逆变器及其控制方法、控制装置与流程

1.本发明涉及电气技术领域，具体涉及一种逆变器的控制方法、一种逆变器的控制装置和一种逆变器。


背景技术：

2.逆变器的应用范围非常广泛，例如在电网中，为保障停电时负载供电，一般设置有储能系统，储能电源（直流电源）经过直流转换电路，再经过逆变器逆变得到交流电并供给到负载。
3.相关技术中，为了防止逆变器工作时发生过流导致设备损坏，逆变器一般设计有过流保护电路，然而，当冲击性负载接入时，由于启动电流大，容易触发逆变器的过流保护，导致逆变器关机，进而影响负载的工作可靠性。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提出一种逆变器的控制方法，本发明实时根据逆变器的输出电流、输出电压、直流母线电压对逆变器的工作模式进行调节，可以限制冲击性负载接入时的启动电流，防止逆变器因发生过流保护而关机，进而提高逆变器的带载能力，同时可以使逆变器适应不同动态响应特性的直流母线。
5.本发明的第二个目的在于提出一种逆变器的控制装置。
6.本发明的第三个目的在于提出一种逆变器。
7.本发明采用的技术方案如下：本发明第一方面的实施例提出了一种逆变器的控制方法，包括以下步骤：获取所述逆变器的输出电流、输出电压、直流母线电压；判断所述输出电流是否大于或等于过流保护阈值；如果所述输出电流大于或等于过流保护阈值，则控制所述逆变器停止工作；如果所述输出电流小于所述过流保护阈值，则进一步判断所述输出电流是否大于或等于逐周期限流阈值，其中，所述逐周期限流阈值小于所述过流保护阈值；如果所述输出电流大于或等于逐周期限流阈值，则控制所述逆变器工作在逐周期限流模式；如果所述输出电流小于所述逐周期限流阈值，则根据所述输出电压、所述直流母线电压和所述输出电流对输入至所述逆变器的pwm（pulse width modulation，脉冲宽度调制）信号的占空比进行调节。
8.本发明上述提出的逆变器的控制方法还可以具有如下附加技术特征：根据本发明的一个实施例，根据所述输出电压、所述直流母线电压和所述输出电流对输入至所述逆变器的pwm信号的占空比进行调节，具体包括：根据所述直流母线电压获取动态限流曲线；根据所述输出电压和输出电压给定值获取输出电流给定值；根据所述输出电流给定值、所述输出电流和所述动态限流曲线获取输入至所述逆变器的pwm信号的占空比。
9.根据本发明的一个实施例，根据以下公式获取所述动态限流曲线：
其中，为动态限流曲线，为限流电流上限值，为限流电流下限值，v
bus
为直流母线电压，为第一预设电压，为第二预设电压，为第三预设电压，，，为逐周期限流阈值。
10.根据本发明的一个实施例，根据所述输出电压和输出电压给定值获取输出电流给定值，具体包括：将所述输出电压和所述输出电压给定值分别输入第一加法器的正输入端和负输入端，以获取所述输出电压和所述输出电压给定值的差值；将所述输出电压和所述输出电压给定值的差值输入第一pid（proportion integration differentiation，比例-积分-微分）调节器，以获取输出电流给定值。
11.根据本发明的一个实施例，根据所述输出电流给定值、所述输出电流和所述动态限流曲线获取输入至所述逆变器的pwm信号的占空比，包括：将所述输出电流和所述输出电流给定值分别输入第二加法器的正输入端和负输入端，以获取所述输出电流和所述输出电流给定值的差值；将所述输出电流和所述输出电流给定值的差值、所述动态限流曲线输入第二pid调节器，以获取输入至所述逆变器的pwm信号的占空比。
12.本发明第二方面的实施例提出了一种逆变器的控制装置，包括：第一获取模块，所述第一获取模块用于获取所述逆变器的输出电流、输出电压、直流母线电压；控制模块，所述控制模块用于判断所述输出电流是否大于或等于过流保护阈值，如果所述输出电流大于或等于过流保护阈值，则所述控制模块控制所述逆变器停止工作；如果所述输出电流小于所述过流保护阈值，则所述控制模块进一步判断所述输出电流是否大于或等于逐周期限流阈值，其中，所述逐周期限流阈值小于所述过流保护阈值；如果所述输出电流大于或等于逐周期限流阈值，则所述控制模块控制所述逆变器工作在逐周期限流模式；如果所述输出电流小于所述逐周期限流阈值，则所述控制模块根据所述输出电压、所述直流母线电压和所述输出电流对输入至所述逆变器的pwm信号的占空比进行调节。
13.本发明上述提出的逆变器的控制装置还可以具有如下附加技术特征：根据本发明的一个实施例，所述控制模块具体用于：根据所述直流母线电压获取动态限流曲线；根据所述输出电压和输出电压给定值获取输出电流给定值；根据所述输出电流给定值、所述输出电流和所述动态限流曲线获取输入至所述逆变器的pwm信号的占空比。
14.根据本发明的一个实施例，所述控制模块根据以下公式获取所述动态限流曲线：
其中，为动态限流曲线，为限流电流上限值，为限流电流下限值，v
bus
为直流母线电压，为第一预设电压，为第二预设电压，为第三预设电压，，，为逐周期限流阈值。
15.根据本发明的一个实施例，所述控制模块进一步用于：将所述输出电压和所述输出电压给定值分别输入第一加法器的正输入端和负输入端，以获取所述输出电压和所述输出电压给定值的差值；将所述输出电压和所述输出电压给定值的差值输入第一pid调节器，以获取输出电流给定值；将所述输出电流和所述输出电流给定值分别输入第二加法器的正输入端和负输入端，以获取所述输出电流和所述输出电流给定值的差值；将所述输出电流和所述输出电流给定值的差值、所述动态限流曲线输入第二pid调节器，以获取输入至所述逆变器的pwm信号的占空比。
16.本发明第三方面的实施例提出了一种逆变器，包括本发明第二方面实施例所述的逆变器的控制装置。
17.本发明的有益效果：本发明实时根据逆变器的输出电流、输出电压、直流母线电压对逆变器的工作模式进行调节，可以限制冲击性负载接入时的启动电流，防止逆变器因发生过流保护而关机，进而提高逆变器的带载能力，同时可以使逆变器适应不同动态响应特性的直流母线。
附图说明
18.图1是根据本发明一个实施例的逆变器的控制方法的流程图；图2是根据本发明一个实施例的逆变器的控制方法的原理示意图；图3是根据本发明一个实施例的动态限流曲线的示意图；图4是根据本发明一个实施例的逆变器的占空比的获取原理图；图5是根据本发明一个实施例的逆变器的控制方法的实验仿真图；图6是根据本发明另一个实施例的逆变器的控制方法的实验仿真图；图7是根据本发明一个实施例的逆变器的控制装置的方框示意图。
具体实施方式
19.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。
20.图1是根据本发明一个实施例的逆变器的控制方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：s1，获取逆变器的输出电流i
ac
、输出电压v
ac
、直流母线电压v
bus
。
21.具体地，如图2所示，直流电源的输出端与逆变器的直流母线相连，逆变器可以将直流电源输出的直流电转换为交流电输出并给负载供电，直流电源可以为一个，也可以为多个，根据实际应用场景设定。可以通过在逆变器的输出端设置电压采样电路获取逆变器的输出电压v
ac
，在逆变器的直流母线端设置电压采样电路获取直流母线电压v
bus
，在逆变器的输出端设置电流采样电路获取输出电流i
ac
。
22.s2，判断输出电流i
ac
是否大于或等于过流保护阈值i
limit_ocp
。其中，过流保护阈值i
limit_ocp
可以根据实际情况进行预设。
23.s3，如果输出电流i
ac
大于或等于过流保护阈值i
limit_ocp
，则控制逆变器停止工作。
24.s4，如果输出电流i
ac
小于过流保护阈值i
limit_ocp
，则进一步判断输出电流i
ac
是否大于或等于逐周期限流阈值i
limit_cbc
。其中，逐周期限流阈值i
limit_cbc
小于过流保护阈值i
limit_ocp
，可以根据实际情况进行预设。
25.s5，如果输出电流i
ac
大于或等于逐周期限流阈值i
limit_cbc
，则控制逆变器工作在逐周期限流模式。
26.逐周期限流模式即每个周期将取样电流（本发明中指输出电流i
ac
）与基准值（本发明中指逐周期限流阈值i
limit_cbc
）进行比较，如果取样电流达基准值，则关闭当前周期脉冲，等到下个周期重新发出脉冲。
27.s6，如果输出电流i
ac
小于逐周期限流阈值i
limit_cbc
，则根据输出电压v
ac
、直流母线电压v
bus
和输出电流i
ac
对输入至逆变器的pwm信号的占空比进行调节。
28.具体地，可以通过微控制器、驱动器实现逆变器的相关控制功能，驱动器可以实现逆变器的驱动，可以将电流采样电路采集的输出电流i
ac
直接输入至过流保护电路，过流保护电路可以在输出电流i
ac
大于或等于过流保护阈值i
limit_ocp
时，直接驱动驱动器的使能信号至不使能状态，通过封锁驱动以控制逆变器停止工作，达到限制电流增大的目的，起到过流保护目的且响应速度快。电流采样电路、电压采样电路还可以通过模数转换电路连接至微控制器，以将电流采样电路、电压采样电路采集的模拟信号转换为相关的数字信号供微控制器识别。如果输出电流i
ac
小于过流保护阈值i
limit_ocp
，则微控制器进一步将输出电流i
ac
与逐周期限流阈值i
limit_cbc
的进行对比，如果输出电流i
ac
大于或等于逐周期限流阈值i
limit_cbc
，则微控制器控制逆变器工作在逐周期限流模式，控制驱动器在每个开关周期内通过提前关闭pwm输出以达到限制电流增大的目的。如果输出电流i
ac
小于逐周期限流阈值i
limit_cbc
，则微控制器进一步根据输出电压v
ac
、直流母线电压v
bus
和输出电流i
ac
对输入至逆变器的pwm信号的占空比进行调节，以根据逆变器的工作参数对逆变器进行实时调节。由此，该方法实时根据逆变器的输出电流、输出电压、直流母线电压对逆变器的工作模式进行调节，可以限制冲击性负载接入时的启动电流，防止逆变器因发生过流保护而关机，进而提高逆变器的带载能力，同时可以使逆变器适应不同动态响应特性的直流母线。
29.根据本发明的一个实施例，根据输出电压v
ac
、直流母线电压v
bus
和输出电流i
ac
对输入至逆变器的pwm信号的占空比进行调节，具体包括：根据直流母线电压v
bus
获取动态限流曲线；根据输出电压v
ac
和输出电压给定值v
ac_ref
获取输出电流给定值i
ac_ref
；根据输出电流给定值i
ac_ref
、输出电流i
ac
和动态限流曲线获取输入至逆变器的pwm信号的占空比。
30.进一步地，根据本发明的一个实施例，根据以下公式获取动态限流曲线：其中，为动态限流曲线，为限流电流上限值，为限流电流下限值，v
bus
为直流母线电压，为第一预设电压，为第二预设电压，为第三预设电压，，，为逐周期限流阈值。
31.具体地，动态限流曲线可参见图3所示，图3中是以直流母线电压v
bus
处于v1和v2之间时动态限流曲线与母线电压直流母线电压v
bus
呈线性关系为例，也可以是非线性关系，根据实际情况设定。
32.根据本发明的一个实施例，根据输出电压v
ac
和输出电压给定值v
ac_ref
获取输出电流给定值i
ac_ref
，具体包括：将输出电压v
ac
和输出电压给定值v
ac_ref
分别输入第一加法器的正输入端和负输入端，以获取输出电压v
ac
和输出电压给定值v
ac_ref
的差值；将输出电压v
ac
和输出电压给定值v
ac_ref
的差值输入第一pid调节器，以获取输出电流给定值i
ac_ref。
33.根据本发明的一个实施例，根据输出电流给定值i
ac_ref
、输出电流i
ac
和动态限流曲线获取输入至逆变器的pwm信号的占空比，具体包括：将输出电流i
ac
和输出电流给定值i
ac_ref
分别输入第二加法器的正输入端和负输入端，以获取输出电流i
ac
和输出电流给定值i
ac_ref
的差值；将输出电流i
ac
和输出电流给定值i
ac_ref
的差值、动态限流曲线输入第二pid调节器，以获取输入至逆变器的pwm信号的占空比。
34.具体地，如图4所示，第一加法器的正端输入信号为输出电压给定值v
ac_ref
，负端输入信号为逆变器的输出电压v
ac
，本发明中第一加法器的目的是获取输出电压给定值v
ac_ref
和输出电压v
ac
之间的差值（偏差）。第一加法器的输出接入到第一pid调节器，第一pid调节器可以经过内部一系列运算，得到输出电流给定值i
ac_ref
，第一pid调节器的调节参数可以根据相关实验提前获取，第一pid调节器的目的是根据输出电压给定值v
ac_ref
和输出电压v
ac
的偏差给出期望的输出电流给定值i
ac_ref
。
35.第一pid调节器的输出端接入到第二加法器的正端，第二加法器的负端信号为输出电流给定值i
ac_ref
，本发明中第二加法器的目的是获取输出电流给定值i
ac_ref
和输出电流i
ac
之间的差值（偏差）。第二加法器的输出端接入到第二pid调节器，第二pid调节器的输出限幅信号来自于动态限流曲线，其经过限幅处理后的输出为逆变器的pwm信号的占空比，一般而言，如果第二pid调节器的输入低于动态限流曲线，则无需对当前占空比进行调节，如果输入高于动态限流曲线，则需降低占空比，第二pid调节器的具体调节参数可以根据相关实验提前获取，达到本发明的目的即可。
36.为证明本发明的有效性，发明人采用如下试验验证。
37.如图5所示逆变器的工作波形，在t=t1时刻冲击性负载接入时，直流母线电压v
bus
明显降低，此时输出电流i
ac
增大，达到逐周期限流阈值i
limit_cbc
后触发逐周期限流模式，限制输出电流继续增大。在t=t2时刻，直流母线电压v
bus
开始上升，由于直流母线电压v
bus
没有降低到动态限流曲线工作范围内，因此负载正常启动。
38.如图6所示，在t=t3时刻冲击性负载接入时，直流母线电压v
bus
明显降低，此时输出电流i
ac
增大，达到逐周期限流阈值i
limit_cbc
后触发逐周期限流模式，限制输出电流继续增大。在t=t4时刻，直流母线电压v
bus
进一步下降，此时动态限流曲线起作用，根据当前直流母线电压v
bus
调节输出电流限幅值，使实际输出电流跟随直流母线电压不断减小，从而实现对负载的限流启动。
39.综上所述，根据本发明实施例的逆变器的控制方法，实时根据逆变器的输出电流、输出电压、直流母线电压对逆变器的工作模式进行调节，可以限制冲击性负载接入时的启动电流，防止逆变器因发生过流保护而关机，进而提高逆变器的带载能力，同时可以使逆变器适应不同动态响应特性的直流母线。
40.与上述的逆变器的控制方法相对应，本发明还提出一种逆变器的控制装置。由于本发明的装置实施例与上述的方法实施例相对应，对于装置实施例中未披露的细节可参照上述的方法实施例，本发明中不再进行赘述。
41.图7是根据本发明一个实施例的逆变器的控制装置的方框示意图，如图7所示，该装置包括：第一获取模块1和控制模块2。
42.其中，第一获取模块1用于获取逆变器的输出电流、输出电压、直流母线电压；控制模块2用于判断输出电流是否大于或等于过流保护阈值，如果输出电流大于或等于过流保护阈值，则控制模块控制逆变器停止工作；如果输出电流小于过流保护阈值，则控制模块进一步判断输出电流是否大于或等于逐周期限流阈值，其中，逐周期限流阈值小于过流保护
阈值；如果输出电流大于或等于逐周期限流阈值，则控制模块控制逆变器工作在逐周期限流模式；如果输出电流小于逐周期限流阈值，则控制模块根据输出电压、直流母线电压和输出电流对输入至逆变器的pwm信号的占空比进行调节。
43.根据本发明的一个实施例，控制模块2具体用于：根据直流母线电压获取动态限流曲线；根据输出电压和输出电压给定值获取输出电流给定值；根据输出电流给定值、输出电流和动态限流曲线获取输入至逆变器的pwm信号的占空比。
44.根据本发明的一个实施例，控制模块2根据以下公式获取动态限流曲线：其中，为动态限流曲线，为限流电流上限值，为限流电流下限值，v
bus
为直流母线电压，为第一预设电压，为第二预设电压，为第三预设电压，，，为逐周期限流阈值。
45.根据本发明的一个实施例，控制模块2进一步用于：将输出电压和输出电压给定值分别输入第一加法器的正输入端和负输入端，以获取输出电压和输出电压给定值的差值；将输出电压和输出电压给定值的差值输入第一pid调节器，以获取输出电流给定值；将输出电流和输出电流给定值分别输入第二加法器的正输入端和负输入端，以获取输出电流和输出电流给定值的差值；将输出电流和输出电流给定值的差值、动态限流曲线输入第二pid调节器，以获取输入至逆变器的pwm信号的占空比。
46.根据本发明实施例的逆变器的控制装置，实时根据逆变器的输出电流、输出电压、直流母线电压对逆变器的工作模式进行调节，可以限制冲击性负载接入时的启动电流，防止逆变器因发生过流保护而关机，进而提高逆变器的带载能力，同时可以使逆变器适应不同动态响应特性的直流母线。
47.此外，本发明还提出一种逆变器，包括本发明上述的逆变器的控制装置。
48.根据本发明实施例的逆变器，通过上述的逆变器的控制装置，实时根据逆变器的输出电流、输出电压、直流母线电压对逆变器的工作模式进行调节，可以限制冲击性负载接入时的启动电流，防止逆变器因发生过流保护而关机，进而提高逆变器的带载能力，同时可以使逆变器适应不同动态响应特性的直流母线。
49.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征
可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、
ꢀ“
示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
52.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（ram），只读存储器（rom），可擦除可编辑只读存储器（eprom或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（cdrom）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
53.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（pga），现场可编程门阵列（fpga）等。
54.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步
骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
55.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
56.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
57.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。