光伏储能逆变器的并/离网、离/并网切换方法和电路与流程

本发明涉及光储发电
技术领域：
，更具体地说，涉及光伏储能逆变器的并/离网、离/并网切换方法和电路。
背景技术：
：光伏储能逆变器具有两种典型的运行模式，并网模式和离网模式。当电网正常时，光伏储能逆变器运行于并网模式；当电网异常时，光伏储能逆变器切换到离网模式下运行，直到电网恢复正常时再切换回并网模式。如何保证并网模式与离网模式间切换的安全可靠性，是本领域一直追求的目标。技术实现要素：有鉴于此，本发明提供了光伏储能逆变器的并/离网、离/并网切换方法和电路，以保证并网模式与离网模式间切换的安全可靠性。一种光伏储能逆变器的并/离网切换方法，应用于并/离网切换电路；所述并/离网切换电路包括第一电容滤波电路、第二电容滤波电路、第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关、第五可控开关和第六可控开关，其中：光伏储能逆变器的网侧依次级联所述第一可控开关与所述第一电容滤波电路的串联支路、所述第三可控开关、所述第二电容滤波电路以及所述第四可控开关后分成两条支路，第一支路连接到电网，第二支路连接到本地负载；所述第五可控开关的线圈与所述第二可控开关串联后接在所述第二电容滤波电路两端；所述第五可控开关的常闭触点与所述第六可控开关的线圈串联后接在所述第一支路的零线与火线之间；所述第六可控开关的常开触点串联在所述第一支路的火线上；所述并/离网切换方法，包括：当光伏储能逆变器运行于并网模式时，保持所述第一可控开关和所述第二可控开关断开、所述第三可控开关和所述第四可控开关闭合；判断电网是否发生故障；当判断得到电网发生故障时，控制光伏储能逆变器停机，并断开所述第三可控开关和所述第四可控开关；闭合所述第一可控开关和所述第三可控开关，并控制光伏储能逆变器启动；在逆变电压达到光伏储能逆变器额定输出电压后的逆变电压过零点时刻，闭合所述第二可控开关；将光伏电压调节至最大功率点，再在逆变电压过零点时刻闭合所述第四可控开关。其中，所述判断电网是否发生故障，至少包括：基于第一判据和/或第二判据，判断是否发生孤岛故障；具体的，所述第一判据，包括：获取电网电压，判断获取到的电网电压是否小于预设值；若是，判定为发生孤岛故障；所述第二判据，包括：获取所述第六可控开关的开关状态；判断所述第六可控开关是否呈断开状态；若是，判定为发生孤岛故障。可选地，所述并/离网切换电路还包括：与所述第六可控开关的线圈相串联的手动开关，所述手动开关默认为闭合状态；对应的，所述判断电网是否发生故障前，还包括：判断所述手动开关的开关状态是否为断开状态；若是，执行所述控制光伏储能逆变器停机，并断开所述第三可控开关和所述第四可控开关的步骤；若否，执行所述判断电网是否发生故障的步骤。一种光伏储能逆变器的离/并网切换方法，应用于离/并网切换电路；所述离/并网切换电路包括第一电容滤波电路、第二电容滤波电路、第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关、第五可控开关和第六可控开关，其中：光伏储能逆变器的网侧依次级联所述第一可控开关与所述第一电容滤波电路的串联支路、所述第三可控开关、所述第二电容滤波电路以及所述第四可控开关后分成两条支路，第一支路连接到电网，第二支路连接到本地负载；所述第五可控开关的线圈与所述第二可控开关串联后接在所述第二电容滤波电路两端；所述第五可控开关的常闭触点与所述第六可控开关的线圈串联后接在所述第一支路的零线与火线之间；所述第六可控开关的常开触点串联在所述第一支路的火线上；所述离/并网切换方法，包括：当光伏储能逆变器运行于离网模式时，保持所述第一可控开关、所述第二可控开关、所述第三可控开关和所述第四可控开关闭合；判断电网是否恢复正常；若判断得到电网恢复正常，则控制光伏储能逆变器停机，断开所述第三可控开关、所述第四可控开关和所述第二可控开关，以及在所述第一电容滤波电路自放电完成时，断开所述第一可控开关；控制光伏储能逆变器启动，并闭合所述第三可控开关和所述第四可控开关。可选地，所述离/并网切换电路还包括：与所述第六可控开关的线圈相串联的手动开关，所述手动开关默认为闭合状态；所述控制光伏储能逆变器停机前，还包括：判断得到所述手动开关的开关状态为闭合状态。一种光伏储能逆变器的并/离网切换电路，包括主电路和控制单元；所述主电路包括第一电容滤波电路、第二电容滤波电路、第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关、第五可控开关和第六可控开关，其中：光伏储能逆变器的网侧依次级联所述第一可控开关与所述第一电容滤波电路的串联支路、所述第三可控开关、所述第二电容滤波电路以及所述第四可控开关后分成两条支路，第一支路连接到电网，第二支路连接到本地负载；所述第五可控开关的线圈与所述第二可控开关串联后接在所述第二电容滤波电路两端；所述第五可控开关的常闭触点与所述第六可控开关的线圈串联后接在所述第一支路的零线与火线之间；所述第六可控开关的常开触点串联在所述第一支路的火线上；所述控制单元，用于当光伏储能逆变器运行于并网模式时，保持所述第一可控开关和所述第二可控开关断开、所述第三可控开关和所述第四可控开关闭合；判断电网是否发生故障；当判断得到电网发生故障时，控制光伏储能逆变器停机，并断开所述第三可控开关和所述第四可控开关；闭合所述第一可控开关和所述第三可控开关，并控制光伏储能逆变器启动；在逆变电压达到光伏储能逆变器额定输出电压后的逆变电压过零点时刻，闭合所述第二可控开关；将光伏电压调节至最大功率点，再在逆变电压过零点时刻闭合所述第四可控开关。其中，所述控制单元判断电网是否发生故障，至少包括：基于第一判据和/或第二判据，判断是否发生孤岛故障；具体的，所述第一判据，包括：获取电网电压，判断获取到的电网电压是否小于预设值；若是，判定为发生孤岛故障；所述第二判据，包括：获取所述第六可控开关的开关状态；判断所述第六可控开关是否呈断开状态；若是，判定为发生孤岛故障。可选地，所述主电路还包括：与所述第六可控开关的线圈相串联的手动开关，所述手动开关默认为闭合状态；对应的，所述控制单元判断电网是否发生故障前，还用于判断所述手动开关的开关状态是否为断开状态；若是，执行所述控制光伏储能逆变器停机，并断开所述第三可控开关和所述第四可控开关的步骤；若否，执行所述判断电网是否发生故障的步骤。一种光伏储能逆变器的离/并网切换电路，包括主电路和控制单元；所述主电路包括第一电容滤波电路、第二电容滤波电路、第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关、第五可控开关和第六可控开关，其中：光伏储能逆变器的网侧依次级联所述第一可控开关与所述第一电容滤波电路的串联支路、所述第三可控开关、所述第二电容滤波电路以及所述第四可控开关后分成两条支路，第一支路连接到电网，第二支路连接到本地负载；所述第五可控开关的线圈与所述第二可控开关串联后接在所述第二电容滤波电路两端；所述第五可控开关的常闭触点与所述第六可控开关的线圈串联后接在所述第一支路的零线与火线之间；所述第六可控开关的常开触点串联在所述第一支路的火线上；所述控制单元，用于当光伏储能逆变器运行于离网模式时，保持所述第一可控开关、所述第二可控开关、所述第三可控开关和所述第四可控开关闭合；判断电网是否恢复正常；若判断得到电网恢复正常，则控制光伏储能逆变器停机，断开所述第三可控开关、所述第四可控开关和所述第二可控开关，以及在所述第一电容滤波电路自放电完成时，断开所述第一可控开关；控制光伏储能逆变器启动，并闭合所述第三可控开关和所述第四可控开关。可选地，所述主电路还包括：与所述第六可控开关的线圈相串联的手动开关，所述手动开关默认为闭合状态；对应的，所述控制单元控制光伏储能逆变器停机前，还用于判断得到所述手动开关的开关状态为闭合状态。从上述的技术方案可以看出，本发明公开的并/离网切换方法应用于并/离网切换电路，该并/离网切换方法在检测到电网故障时，对PCS的启停时刻以及所述并/离网切换电路中各可控开关的动作时序进行了严格限制，使得在PCS先由并网模式进入停机状态，再由停机状态进入离网模式的过程中，不会出现器件损坏现象，从而保证了并/离网切换的安全可靠性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a为本发明实施例公开的一种并/离网切换电路的主电路拓扑结构示意图；图1b为本发明实施例公开的一种并/离网切换方法流程图；图2a为本发明实施例公开的又一种并/离网切换电路的主电路拓扑结构示意图；图2b为本发明实施例公开的又一种并/离网切换方法流程图；图3为本发明实施例公开的一种离/并网切换方法流程图；图4为本发明实施例公开的又一种离/并网切换方法流程图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例公开了一种光伏储能逆变器(以下简称PCS)的并/离网切换方法，以保证并/离网模式切换的安全可靠性。所述并/离网切换方法应用于并/离网切换电路，如图1a所示，所述并/离网切换电路包括第一电容滤波电路C1、第二电容滤波电路C2、第一可控开关K1、第二可控开关K2、第三可控开关K3、第四可控开关K4、第五可控开关K5和第六可控开关K6，具体的：PCS的网侧依次级联K1与C1的串联支路、K3、C2以及K4后分成两条支路，第一支路连接到电网，第二支路连接到本地负载；K5的线圈与K2串联后接在C2两端；K5的常闭触点与K6的线圈串联后接在所述第一支路的零线与火线之间(在图1a中，L、N和PE分别表示零线、火线和地线)；K6的常开触点串联在所述第一支路的火线上。参见图1b，所述并/离网切换方法，包括：步骤S01：当PCS运行于并网模式时，保持K1和K2断开、K3和K4闭合。相比离网模式，并网模式下需要的滤波电容容量较小，所以本实施例在离网模式下闭合K1，使得C1和C2同时接入电路；在并网模式下断开K1，使得C2接入电路、C1不接入电路。保持K2断开、K3和K4闭合，是PCS运行于并网模式的必要条件，具体分析如下：K2断开后，K5的线圈不得电，所以K5的常闭触点呈闭合状态；K5的常闭触点、K3和K4均闭合后，K6的线圈由电网电压得电，同时PCS的网侧输出电流经过C2滤波后通过所述第二支路流入本地负载；K6的线圈得电后，K6的常开触点闭合，此时PCS的网侧输出电流经过C2滤波后通过所述第一支路流入电网，从而实现了PCS并网运行。用0、1分别表示可控开关的断开、闭合状态，则PCS在并网模式下运行时，各可控开关的初始开关状态如表1所示。表1-各可控开关的初始开关状态可控开关编号初始开关状态K10K20K31K41K51K61步骤S02：判断电网是否发生故障；若判断得到电网发生故障，进入步骤S03；否则，返回步骤S02。孤岛故障是最常见的电网故障之一。对应的，所述判断电网是否发生故障，至少包括：判断是否发生孤岛故障。本实施例基于第一判据和/或第二判据来进行孤岛故障判断。相较于基于单重判据的孤岛故障判断，基于双重判据的孤岛故障判断虽然会增加计算的复杂度，但提高了判断结果的可靠性。其中，所述第一判据，包括：获取电网电压Vgrid，判断Vgrid是否小于预设值，若是，判定为发生孤岛故障。所述预设值根据孤岛故障的判断标准确定。比如说，在实际应用时以Vgrid＜50VAC作为判定发生孤岛故障的标准，即视Vgrid＜50VAC为并网点无电流流过，则所述预设值就设为50VAC。所述第二判据，包括：获取K6的开关状态；判断K6是否呈断开状态；若是，判定为发生孤岛故障。发生孤岛故障后，K6的线圈不能再从电网电压取电。K6的线圈失电后，K6的常开触点恢复为断开状态。所以通过判断K6的开关状态可以判断出是否发生孤岛故障。步骤S03：控制PCS停机，并断开K3和K4。为满足安全法规的要求，逆变器的网侧需要接两个继电器，作用是在逆变器不工作或故障时断开，以隔断逆变器与电网的连接。本实施例中的K3和K4正是这两个继电器。PCS停机后，PCS的网侧输出电压(即逆变电压)为零，从而运行于并网模式的PCS切换到了停机状态。接下来，需要利用步骤S04～步骤S06控制处于停机状态的PCS进入离网模式下运行。PCS运行于离网模式时，需保持K1、K2、K3和K4闭合，但为了安全可靠的切换到离网模式，对各可控开关的切换动作有时序要求，具体描述如下。步骤S04：闭合K1和K3，并控制PCS启动。PCS启动后，逆变电压由0V开始缓升；闭合K1，是为了提高PCS在离网状态下的输出性能，同时将K3切换到PCS运行于离网模式时需要满足的开关状态。步骤S05：在逆变电压达到PCS额定输出电压(记为Ve)后的逆变电压过零点时刻闭合K2。闭合K2，是为了使逆变电压施加在K5的线圈两端，使K5的线圈得电。K5的线圈得电后，K5的常闭触点断开，K6的线圈失电，K6的常开触点恢复为断开状态。闭合K2的时刻之所以选择在逆变电压达到Ve后的逆变电压过零点时刻，是因为：逆变电压从0V缓升到Ve后，其波形是幅值为Ve的正弦波，如果在逆变电压瞬时值较高时刻下闭合K2，则较高的瞬时电压会施加在K5的线圈两端，对K5的线圈造成冲击；而选择在逆变电压过零点时刻闭合K2则可以避免这一问题。步骤S06：将光伏电压调节至最大功率点，再在逆变电压过零点时刻闭合K4，从而安全可靠地切换到了离网模式。将光伏电压调节至最大功率点后，PCS能够以最大输出功率为接入PCS的蓄电池充电，这样当闭合K4后，接入PCS的光伏电池与蓄电池都能够快速输出功率，使PCS达到最大带载能力。闭合K4的时刻，之所以选在逆变电压过零点时刻，是为了避免在逆变电压瞬时值较高时闭合K4，对本地负载造成冲击。用0、1分别表示可控开关的断开、闭合状态，则PCS在离网模式下运行时，各可控开关的初始开关状态如表2所示。表2-各可控开关的初始开关状态可控开关编号初始开关状态K11K21K31K41K50K60由上可知，本实施例公开了一种应用于并/离网切换电路的并/离网切换方法，该并/离网切换方法在检测到电网故障时，对PCS的启停时刻以及所述并/离网切换电路中各可控开关的动作时序进行了严格限制，使得在PCS先由并网模式进入停机状态，再由停机状态进入离网模式的过程中，不会出现器件损坏现象，从而保证了并/离网切换的安全可靠性。此外，当电网未发生故障、且PCS运行于并网模式时，如果工作人员希望能够强制将PCS切换到离网模式下运行，则可通过在图1a-图1b所示方案的基础上做以下改进进行实现。图1a所示并/离网切换电路还包括：与K6的线圈相串联的手动开关B1(如图2a所示)，B1默认为闭合状态。当工作人员希望将PCS切换到离网模式下运行，可以手动断开B1。B1断开后，K6的线圈失电，K6的常开触点断开。对应的，图1b所示步骤S02执行前，还包括(参见图2b)：步骤S011：判断B1的开关状态是否为断开状态，若是，说明工作人员手动断开了B1，此时直接进入步骤S03；若否，执行所述步骤S02。本发明实施例还公开了一种离/并网切换方法，以保证离/并网模式切换的安全可靠性。所述离/并网切换方法应用于离/并网切换电路，该离/并网切换电路与图1a所示离/并网切换电路的主电路拓扑结构相同，不再赘述。参见图3，所述离/并网切换方法，包括：步骤S01：当PCS运行于离网模式时，保持K1、K2、K3和K4闭合。K1、K2、K3和K4均闭合后，K5的常闭触点与K6的常开触点均处于断开状态。步骤S02：判断电网是否恢复正常；若是，进入步骤S03；若否，返回步骤S02；步骤S03：控制PCS停机，断开K3、K4和K2，以及在C1自放电完成时，断开K1。PCS停机后，K5的线圈不能再由逆变电压得电，K5的常闭触点闭合；K5的常闭触点闭合后，K6的线圈由电网电压得电，K6的常开触点闭合。PCS停机、K4断开后，C1开始自放电(主要是利用PCS内部器件进行自放电)，当C1恢复为零电压状态时，即可断开K1来分断C1的自放电回路。K2可以与K4同时断开，也可以与K1同时断开，并不局限。步骤S04：控制PCS启动，并闭合K3和K4，从而切换到了并网模式，此时各可控开关的初始开关状态已恢复为如表1所示。图3所示方案的目的在于，将离网模式下PCS的状态、C1的状态以及各可控开关的开关状态切换回并网模式下的初始运行状态。此外，本发明实施例还公开了另一种离/并网切换方法，该离/并网切换方法应用于另一种离/并网切换电路，该离/并网切换电路与图2a所示离/并网切换电路的主电路拓扑结构相同，不再赘述。参见图4，所述离/并网切换方法，包括：步骤S01：当PCS运行于离网模式时，保持K1、K2、K3和K4闭合。步骤S02：判断电网是否恢复正常；若是，进入步骤S03；若否，返回步骤S02；步骤S03：判断B1的开关状态是否为闭合状态，若否，说明工作人员正强制PCS运行于离网模式，程序结束；若是，进入步骤S04。步骤S04：控制PCS停机，并断开K3和K4和K2；以及在C1与C2自放电完成时，断开K1。步骤S05：控制PCS启动，并闭合K3和K4，从而切换到了并网模式。图4所示方案与图3所示方案的区别之处在于，由于对应的离/并网切换电路中引入了B1，所以离/并网切换方法上增加了步骤S03。对应上述方法，本发明实施例还公开了以下电路。本发明实施例公开了一种光伏储能逆变器的并/离网切换电路，包括主电路和控制单元，其中：所述主电路的组成及其连接关系如图1a所示，不再赘述；所述控制单元用于，当PCS运行于并网模式时，保持K1和K2断开、K3和K4闭合；判断电网是否发生故障；若判断得到电网发生故障，控制PCS停机，并断开K3和K4；闭合K1和K3，并控制PCS启动；在逆变电压达到PCS额定输出电压后的逆变电压过零点时刻闭合K2；将光伏电压调节至最大功率点，再在逆变电压过零点时刻闭合K4。其中，所述控制单元判断电网是否发生故障，至少包括：基于第一判据和/或第二判据，判断是否发生孤岛故障。其中，所述第一判据，包括：获取电网电压Vgrid，判断Vgrid是否小于预设值，若是，判定为发生孤岛故障。所述第二判据，包括：获取K6的开关状态；判断K6是否呈断开状态；若是，判定为发生孤岛故障。可选的，所述主电路还包括：与K6的线圈相串联的手动开关B1(如图2a所示)，B1默认为闭合状态。对应的，所述控制单元在判断电网是否发生故障前，还用于判断B1的开关状态是否为断开状态，若是，跳入所述控制PCS停机，并断开K3和K4的步骤；若否，执行所述判断电网是否发生故障的步骤。本发明实施例还公开了一种光伏储能逆变器的离/并网切换电路，包括主电路和控制单元，其中：所述主电路的组成及其连接关系如图1a所示，不再赘述；所述控制单元用于，当PCS运行于离网模式时，保持K1、K2、K3和K4闭合；判断电网是否恢复正常；若是，控制PCS停机，断开K3、K4和K2，以及在C1自放电完成时，断开K1；控制PCS启动，并闭合K3和K4。可选的，所述主电路还包括：与K6的线圈相串联的手动开关B1(如图2a所示)，B1默认为闭合状态。对应的，所述控制单元控制光伏储能逆变器停机前，还用于判断得到B1的开关状态为闭合状态。综上所述，本发明公开的并/离网切换方法应用于并/离网切换电路，该并/离网切换方法在检测到电网故障时，对PCS的启停时刻以及所述并/离网切换电路中各可控开关的动作时序进行了严格限制，使得在PCS先由并网模式进入停机状态，再由停机状态进入离网模式的过程中，不会出现器件损坏现象，从而保证了并/离网切换的安全可靠性。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的切换电路而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页1 2 3