一种逆变系统及其工作电压控制方法与流程

本发明涉及逆变器电压控制技术领域，特别涉及一种逆变系统及其工作电压控制方法。

背景技术：

在逆变器的应用领域，存在一些因素将会导致直流电源的输出功率大于逆变器能够输出的最大功率；比如当逆变器处于超配工作状态下，即，假设逆变器的额定功率为p，而配置其直流电源(如光伏电池板)的容量为n*p，使得逆变器在一定的光照温度条件下，其输出功率将大于p。

当逆变器超配时，且在一定光照和温度条件下，直流电源的输出功率大于逆变器能够输出的最大功率时，逆变器将不能工作在直流电源输出的mpp电压点umpp，且工作点电压会大于该mpp电压点umpp；超配的越多，其工作点电压将会越高。

而逆变器工作在较高电压，将会影响逆变器寿命，并且会出现高压降额甚至停机的情况，从而在有些情况下降低系统发电量。

技术实现要素：

本发明提供一种逆变系统及其工作电压控制方法，以解决现有技术中在直流电源的输出功率大于逆变器能够输出的最大功率时，影响逆变器寿命和降低系统发电量的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种逆变系统的工作电压控制方法，应用于逆变系统的控制器；所述逆变系统的工作电压控制方法包括：

将直流电源的输出功率与相应预设功率进行比较；

若直流电源的输出功率大于第一预设功率，则输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低；

若直流电源的输出功率大于第二预设功率，则输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低，并控制调节装置导通；所述调节装置的两端分别与逆变系统中逆变器的直流侧正负极相连、设置于直流电源与直流母线电容之间；

所述第二预设功率大于所述第一预设功率，所述第一预设功率大于逆变器能够输出的最大功率。

优选的，在所述控制调节装置导通之后，还包括：

若直流电源的输出功率下降到小于第三预设功率，则控制所述调节装置关断；

在所述输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低之后，还包括：

若直流电源的输出功率下降到小于第四预设功率，则输出正常工作状态下的最大功率点跟踪指令；

所述第三预设功率小于所述第二预设功率，所述第四预设功率小于所述第一预设功率，所述第三预设功率大于所述第四预设功率，所述第三预设功率及所述第四预设功率大于等于逆变器能够输出的最大功率。

优选的，还包括：

将逆变器能够输出的最大功率所对应的较小工作电压与逆变器的电压下限进行比较；

若所述较小工作电压小于所述电压下限，则输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压为所述电压下限，并控制所述调节装置导通。

优选的，所述控制调节装置导通，包括：

控制所述调节装置常通或者斩波输出。

优选的，所述将直流电源的输出功率与相应预设功率进行比较，包括：

先将所述直流电源的输出功率与所述第一预设功率进行比较；

若所述直流电源的输出功率大于所述第一预设功率，则在输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低之后，再将所述直流电源的输出功率与所述第二预设功率进行比较。

一种逆变系统，包括：逆变器、调节装置和控制器；所述调节装置的两端分别与所述逆变器的直流侧正负极相连、设置于直流电源与直流母线电容之间；

所述控制器用于执行上述任一所述的逆变系统的工作电压控制方法。

优选的，所述调节装置包括：电阻和开关管；

所述电阻与所述开关管串联连接，串联后的两端分别与所述逆变器的直流侧正负极相连；

所述开关管的控制端与所述控制器相连。

一种逆变系统的工作电压控制方法，应用于双级式逆变系统的控制器；所述逆变系统的工作电压控制方法包括：

将直流电源的输出功率与相应预设功率进行比较；

若直流电源的输出功率大于第五预设功率，则输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低；

若直流电源的输出功率大于第六预设功率，则控制前级dc/dc变换器中的开关管导通，使直流母线电压下降；待直流母线电压下降至预设阈值时，控制所述开关管关断，以所述预设阈值为初始指令电压输出最大功率点跟踪指令，直至后级逆变器的输出功率为其能够输出的最大功率；

所述第六预设功率大于所述第五预设功率，所述第五预设功率大于后级逆变器能够输出的最大功率。

优选的，所述将直流电源的输出功率与相应预设功率进行比较，包括：

先将所述直流电源的输出功率与所述第五预设功率进行比较；

若所述直流电源的输出功率大于所述第五预设功率，则在输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低之后，再将所述直流电源的输出功率与所述第六预设功率进行比较。

一种逆变系统，包括：后级逆变器、控制器及至少一个前级dc/dc变换器；

所述控制器用于执行上述的逆变系统的工作电压控制方法。

本发明提供的所述逆变系统的工作电压控制方法，通过将直流电源的输出功率与相应预设功率进行比较；在直流电源的输出功率大于逆变器能够输出的最大功率时，比如在大于第一预设功率时，输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低；而在直流电源的输出功率大于第二预设功率时，不仅控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低，同时控制逆变器直流侧的调节装置导通，消耗直流电源的输出功率；避免直流电源的输出功率大于逆变器能够输出的最大功率时，由于逆变器工作在较高电压，而导致的逆变器寿命减短和系统发电量降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内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1是本发明实施例提供的逆变系统的工作电压控制方法的流程图；

图2是本发明另一实施例提供的直流电源的输出功率的变化规律图；

图3是本发明另一实施例提供的直流电源的输出功率的变化规律图；

图4是本发明另一实施例提供的直流电源的输出功率的变化规律图；

图5是本发明另一实施例提供的直流电源的输出功率的变化规律；

图6是本发明另一实施例提供的逆变系统的工作电压控制方法的流程图；

图7是本发明另一实施例提供的逆变系统的工作电压控制方法的流程图；

图8是本发明另一实施例提供的逆变系统的工作电压控制方法的流程图；

图9是本发明另一实施例提供的直流电源的输出功率的变化规律图；

图10是本发明另一实施例提供的逆变系统的结构示意图；

图11是本发明另一实施例提供的双级式逆变系统的结构示意图；

图12是本发明另一实施例提供的逆变系统的工作电压控制方法的流程图；

图13是本发明另一实施例提供的逆变系统的工作电压控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供一种逆变系统的工作电压控制方法，以解决现有技术中在直流电源的输出功率大于逆变器能够输出的最大功率时，影响逆变器寿命和降低系统发电量的问题。

具体的，该逆变系统的工作电压控制方法，应用于逆变系统的控制器；参见图1，该逆变系统的工作电压控制方法包括：

s101、将直流电源的输出功率与相应预设功率进行比较；

这些相应预设功率与逆变器能够输出的最大功率具有一定的关系，受逆变器的器件设计、海拔、环境温度、直流母线电压等影响，即可以表征当前条件下，逆变器能够输出的最大功率，进而能够得到直流电源的输出功率是否大于逆变器能够输出的最大功率。

若直流电源的输出功率大于第一预设功率，则执行步骤s102；

s102、输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低；

第一预设功率可以为一个比逆变器能够输出的最大功率略大一些的功率值，具体可以根据实际应用环境进行设定，此处不做具体限定。

当直流电源的输出功率大于该第一预设功率时，控制通过输出新的最大功率点跟踪指令，以控制直流电源输出的最大功率点跟踪电压，比如光伏电池板的汇流装置的输出电压，按照预设步长逐渐降低；该预设步长可以根据具体应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

若直流电源的输出功率大于第二预设功率，则执行步骤s103；

s103、输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低，并控制调节装置导通；

调节装置的两端分别与逆变系统中逆变器的直流侧正负极相连、设置于直流电源与直流母线电容之间；

第二预设功率大于第一预设功率，第一预设功率大于逆变器能够输出的最大功率。

当直流电源的输出功率大于比第一预设功率更高的第二预设功率时，则需要导通逆变器直流侧的调节装置，具体可以控制其常通或者斩波输出，以消耗直流电源的输出功率，避免直流电源过大的输出功率全部输入至逆变器，导致逆变器的工作电压升高。

在具体的实际应用中，逆变器能够输出的最大功率pinv_m由逆变器本身的设计、直流电源(直流侧光伏电池板)配置、电压、温度、海拔等因数共同决定。逆变器能够输出的最大功率pinv_m与直流电源的输出电压udc之间的关系参见图2，逆变器能够输出的最大功率pinv_m与温度t之间的关系参见图3，逆变器能够输出的最大功率pinv_m与海拔之间的关系参见图4。

逆变器正常工作状态下，控制器控制直流电源以最大功率点跟踪电压进行输出，逆变器的输出功率等于其接收的直流电源的输出功率；但是，由于某些因素，导致直流电源的最大功率点pmpp大于逆变器能够输出的最大功率pinv_m时，直流电源的输出功率与逆变器的工作电压之间的关系参见图5，逆变器能够输出的最大功率pinv_m对应两个工作电压：较小的工作电压uwork'和较大的工作电压uwork；当直流电源的输出功率大于逆变器能够输出的最大功率pinv_m时，逆变器的工作电压将会升高至uwork'以上，直流电源的输出功率越大，逆变器的工作电压越高，该工作电压过高，将会影响逆变器寿命，并且会出现高压降额甚至停机的情况，从而在有些情况下降低系统发电量。

本实施例提供的该逆变系统的工作电压控制方法，在直流电源的输出功率大于逆变器能够输出的最大功率pinv_m时，比如在大于第一预设功率时，输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低；而在直流电源的输出功率大于第二预设功率时，不仅控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低，同时控制逆变器直流侧的调节装置导通，消耗直流电源的输出功率；避免直流电源的输出功率大于逆变器能够输出的最大功率pinv_m时，由于逆变器工作在较高电压，而导致的逆变器寿命减短和系统发电量降低。

值得说明的是，在具体的实际应用中，步骤s101可以是将直流电源的输出功率分别与第一预设功率和第二预设功率进行比较，参见图1，当直流电源的输出功率大于第一预设功率时，则执行步骤s102；当直流电源的输出功率大于第二预设功率时，则执行步骤s103。

或者，参见图6，步骤s101也可以是按照先后顺序将直流电源的输出功率分别与第一预设功率和第二预设功率进行比较，具体的，步骤s101包括：先执行的步骤s111，和在步骤s102之后的步骤s112；

s111、将直流电源的输出功率与第一预设功率进行比较；

若直流电源的输出功率大于第一预设功率，则在执行步骤s102、输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低之后，再执行步骤s112；

s112、将直流电源的输出功率与第二预设功率进行比较；若直流电源的输出功率大于第二预设功率时，则执行步骤s103、输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低，并控制调节装置导通。

按照如图6所示的先后顺序进行相应预设功率的比较，可以通过步骤s102使最大功率点跟踪电压逐渐降低，再判断是否需要控制调节装置导通，避免误判断和调节装置的反复导通。

在上述实施例和图1至图6的基础之上，本发明另一实施例还提供了一种具体的逆变系统的工作电压控制方法，参见图7，包括：

s201、将直流电源的输出功率与相应预设功率进行比较；

若直流电源的输出功率大于第一预设功率，则执行步骤s202；

s202、输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低；

若直流电源的输出功率大于第二预设功率，则执行步骤s203；

s203、输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低，并控制调节装置导通；

若直流电源的输出功率下降到小于第三预设功率，则执行步骤s204；

s204、控制调节装置关断；

若直流电源的输出功率下降到小于第四预设功率，则执行步骤s205；

s205、输出正常工作状态下的最大功率点跟踪指令；

其中，第三预设功率小于第二预设功率，第四预设功率小于第一预设功率，第三预设功率大于第四预设功率，第三预设功率及第四预设功率大于等于逆变器能够输出的最大功率。

在直流电源的输出功率大于第二预设功率时，控制器将控制逆变器直流侧的调节装置导通，以消耗直流电源的输出功率，随着直流电源输出功率的逐渐减小，当直流电源的输出功率下降到小于第三预设功率时，控制器将控制该调节装置关断，逆变器将接收直流电源的全部输出功率。

在直流电源的输出功率大于第一预设功率和第二预设功率时，控制器将输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低；随着最大功率点跟踪电压的逐渐降低，直流电源的输出功率也将逐渐减小，当直流电源的输出功率下降到小于第四预设功率时，控制器将输出正常工作状态下的最大功率点跟踪指令，控制直流电源以最大功率点电压进行正常输出。

本实施例给出了直流电源的输出功率根据控制器的控制逐渐减小之后的工作原理；该第三预设功率和第四预设功率的取值可以根据具体的应用环境进行设定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

另外，步骤s201也可以是按照先后顺序将直流电源的输出功率分别与第一预设功率和第二预设功率进行比较，再执行完步骤s203之后，再按照先后顺序，先将直流电源的输出功率与第三预设功率进行比较，再执行完步骤s204之后，再将直流电源的输出功率与第四预设功率进行比较。

具体可以根据其实际应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

本发明另一实施例还提供了另外一种逆变系统的工作电压控制方法，在上述实施例及图1至图7的基础之上，该逆变系统的工作电压控制方法还包括如图8所示的：

s301、将逆变器能够输出的最大功率所对应的较小工作电压与逆变器的电压下限进行比较；

若较小工作电压小于电压下限，则执行步骤s302；

s302、输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压为电压下限，并控制调节装置导通。

参见图9，直流电源的最大功率点pmpp大于逆变器能够输出的最大功率pinv_m，逆变器能够输出的最大功率pinv_m对应两个工作电压：较小的工作电压uwork'和较大的工作电压uwork；若逆变器的电压下限umin大于较小的工作电压uwork'，则控制器将控制直流电源的最大功率点跟踪电压为电压下限，使逆变器工作在其电压下限umin上；并且，控制器将控制调节装置导通，使其常通或者斩波输出，以消耗直流电源的输出功率，减少直流电源流入逆变器的功率，避免影响逆变器的寿命和系统发电量。

本发明另一实施例还提供了一种逆变系统，参见图10，包括：逆变器101、调节装置102和控制器；调节装置102的两端分别与逆变器101的直流侧正负极相连、设置于直流电源与直流母线电容c之间；

控制器用于将直流电源的输出功率与相应预设功率进行比较；若直流电源的输出功率大于第一预设功率，则输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低；若直流电源的输出功率大于第二预设功率，则输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低，并控制调节装置导通；第二预设功率大于第一预设功率，第一预设功率大于逆变器能够输出的最大功率。

优选的，控制器还用于：

在控制调节装置导通之后，若直流电源的输出功率下降到小于第三预设功率，则控制调节装置关断；

在输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低之后，若直流电源的输出功率下降到小于第四预设功率，则输出正常工作状态下的最大功率点跟踪指令；

第三预设功率小于第二预设功率，第四预设功率小于第一预设功率，第三预设功率大于第四预设功率，第三预设功率及第四预设功率大于等于逆变器能够输出的最大功率。

优选的，控制器还用于：

将逆变器能够输出的最大功率所对应的较小工作电压与逆变器的电压下限进行比较；若较小工作电压小于电压下限，则输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压为电压下限，并控制调节装置导通。

优选的，控制器用于控制调节装置102导通，具体用于：

控制调节装置102常通或者斩波输出。

优选的，参见图9，调节装置102包括：电阻r0和开关管t0；

电阻r0与开关管t0串联连接，串联后的两端分别与逆变器101的直流侧正负极相连；

开关管t0的控制端与控制器相连。

优选的，开关管t0为：mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金氧半场效晶体管)、igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)功率三极管、igct(intergratedgatecommutatedthyristors，集成门极换流晶闸管)或者直流接触器等。此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

另外，控制器可以为单独的控制器，也可以集成于逆变器101中，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

其余工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种逆变系统的工作电压控制方法，应用于双级式逆变系统(如图11所示)的控制器；该逆变系统的工作电压控制方法参见图12，包括：

s401、将直流电源的输出功率与相应预设功率进行比较；

若直流电源的输出功率大于第五预设功率，则执行步骤s402；

s402、输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低；

若直流电源的输出功率大于第六预设功率，则执行步骤s403；

s403、控制前级dc/dc变换器中的开关管(如图11中的t1)导通，使直流母线电压下降；待直流母线电压下降至预设阈值时，控制开关管关断，以预设阈值为初始指令电压输出最大功率点跟踪指令，直至后级逆变器的输出功率为其能够输出的最大功率；

第六预设功率大于第五预设功率，第五预设功率大于后级逆变器能够输出的最大功率。

优选的，步骤s401中将直流电源的输出功率与相应预设功率进行比较，可以是将直流电源的输出功率按照先后顺序分别与第五预设功率和第六预设功率进行比较，即步骤s401包括如图13所示的：

先执行的步骤s411，和在步骤s102之后的步骤s412；

s411、将直流电源的输出功率与第五预设功率进行比较；

若直流电源的输出功率大于第五预设功率，则在执行步骤s402、输出新的最大功率点跟踪指令、控制最大功率点跟踪电压按照预设步长逐渐降低之后，再执行步骤s412；

s412、将直流电源的输出功率与第六预设功率进行比较；若直流电源的输出功率大于第六预设功率时，则执行步骤s403、控制前级dc/dc变换器中的开关管导通，使直流母线电压下降；待直流母线电压下降至预设阈值时，控制开关管关断，以预设阈值为初始指令电压输出最大功率点跟踪指令，直至后级逆变器的输出功率为其能够输出的最大功率。

按照如图13所示的先后顺序进行相应预设功率的比较，可以通过步骤s402使最大功率点跟踪电压逐渐降低，再判断是否需要控制前级dc/dc变换器的开关管导通，避免误判断和开关管的反复导通。

本发明另一实施例还提供了另外一种逆变系统，如图11所示，包括：后级逆变器201、控制器及至少一个前级dc/dc变换器202；

控制器用于执行上述实施例及图12和图13所述的逆变系统的工作电压控制方法。

其余工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明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。对于实施例公开的装置而言，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。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。