一种三相并网逆变器防逆流装置及控制方法与流程

本发明涉及三相并网逆变器，特别涉及一种三相并网逆变器防逆流装置及控制方法。

背景技术

目前逆变器防逆流的通常做法是通过防逆流控制器检测电网接入点电网功率，当检测到电网提供给负载的总功率小于某一预设功率时，说明逆变器输出功率有并入电网的趋势，需要提前控制逆变器，降低其功率，其通讯方式是通过rs-485总线、can总线或者以太网等完成。当防逆流控制器检测到有逆流发生时，通过总线发送降功率命令或者通过防逆流控制器直接断开逆变器和电网的连接。由于控制降功率存在检测、控制和通讯的延迟，叠加负载的不稳定与波动，特别是在逆变器输出功率和控制功率的临界区域，逆变器输出功率就会振荡。

对于三相负载，防逆流控制器检测到任意一相有逆流趋势时，便控制逆变器停机或降低功率，因此，逆变器输出功率不超过最低一相输出功率的3倍，逆变器的输出功率无法匹配三相线路上的所有负载，造成光伏能量的浪费。若采用3台单相逆变器独立控制，又将增加系统成本。因此亟需提供一种带防逆流的三相光伏逆变器控制装置及控制方法，能够针对单独使用的三相逆变器，将防逆流功能集成到逆变器内，独立控制每一相的输出功率，实现每一相独立的防逆流控制，如在可逆系统，可将防逆流功能关闭，在不可逆系统，将防逆流功能开启。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决上述问题，提供一种三相并网逆变器防逆流装置及控制方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种三相并网逆变器防逆流装置，主功率电路包括光伏组件pv1～pvn、boost电路、三电平逆变电路、逆变滤波电路和并网继电器，其中，boost电路包括输入滤波电容c1、boost电感l1、boost功率管q1、boost二极管d1和母线电容c2、c3；三电平逆变电路包括功率管q2～q13和二极管d2～d7；逆变滤波器电路包括电感l2～l4和电容c4～c6；光伏组件pv1～pvn与输入滤波电容c1并联，光伏组件pv1～pvn的正极与boost电感l1的一端连接，boost电感l1的另一端与boost二极管d1的正极、boost功率管q1的漏极以星形连接，母线电容c2和母线电容c3串联后一端与boost二极管d1的负极连接，另一端与boost功率管q1的源极连接；功率管q2～q4的漏极分别与boost二极管d1的负极连接，功率管q11～q13的源极分别与boost功率管q1的源极连接，功率管q2～q4的源极、二极管d2～d4的负极和功率管q5～q7的漏极分别以星形连接，二极管d2～d4分别与二极管d5～d7的正极连接，二极管d5～d7的正极、功率管q8～q10的源极和功率管q11～q13的漏极分别以星形连接，功率管q5～q7的源极分别与功率管q8～q10的漏极连接；功率管q5、功率管q6和功率管q7的源极分别与电感l2～l4的一端连接，电感l2～l4的另一端、电容c4～c6的一端和并网继电器k1的三相开关触点的一端分别以星形连接，母线电容c2、c3的连接点、二极管d5～d7的负极、电容c4～c6的另一端与并网继电器k1的中性线开关触点的一端连接，并网继电器k1的三相开关触点的另一端和中性线开关触点的另一端分别与市电电网的a相、b相、c相和中性线连接。

一种三相并网逆变器防逆流装置的控制方法，所述单元按以下顺序进行工作：

(1)所述pv电压电流检测单元首先采样光伏极板输出电压upv和输出电流ipv；

(2)将采样后的电量信号upv和ipv经所述mppt单元进行最大功率跟踪；

(3)所述mppt单元计算当前最大功率点时的输出电流平均值参考ioref，并输出pwm控制boost输出最大功率；

(4)所述输出电流控制器根据三相防逆流控制单元输出的iaref、ibref、icref和mppt单元输出的ioref取较小值分别计算三相参考电流，并与逆变输出电流ioa、iob、ioc比较后进行pi闭环控制，分别输出ua、ub、uc给所述spwm单元，spwm单元的输出控制所述三相逆变主电路的开关管工作；

(5)所述逆变电流检测单元用于检测三相逆变主电路输出电流ioa、iob、ioc，并将检测得到的信号反馈至所述输出电流控制器，实现每相电流的闭环控制，同时检测的逆变电流ioa、iob、ioc分别接入a、b、c相防逆流控制单元，用于计算该相的给定电流；

(6)所述电网电压检测单元用于检测电网电压uga、ugb、ugc，所述电网进线电流检测单元用于检测电网进线电流iga、igb、igc，并将检测得到的三相电量信号分别反馈至所述a、b、c电网功率计算单元，电网功率计算用于计算电网进线的每相功率pa、pb、pc；

(7)逐相确定逆变器有无逆流发生，a相防逆流控制单元据pa和ioa计算出iaref，并输出到电流控制单元，公式iaref＝ioa-(pa/uga)，当pa<0时，得到iaref<ioa，得出逆变器a相正在发生逆流，否则逆变器a相正常；b相防逆流控制单元根据pb和iob计算ibref，并输出到电流控制单元，公式ibref＝iob-(pb/ugb)，当pb<0时，得到ibref<iob，得出逆变器b相正在发生逆流，否则逆变器b相正常；c相防逆流控制单元根据pc和ioc计算icref，并输出到电流控制单元，公式icref＝ioc-(pc/ugc)，当pc<0时，得到icref<ioc，逆变器c相正在发生逆流，否则逆变器c相正常。

一种三相并网逆变器防逆流装置的控制方法，所述光伏逆变器逆流现象通过电网功率计算单元的a、b、c相的电网功率pa、pb、pc的数值来判断，工作顺序如下：

(1)根据a、b、c相逆变器电网功率的计算公式pa＝uga×iga，pb＝ugb×igb，pc＝ugc×igc，得到当逆变器各相的电网功率pa、pb、pc；

(2)当pa、pb、pc中哪项的数值小于零时，即表示光伏逆变器系统中该相正在发生逆流，否则表示光伏逆变器系统中该相正常。

本发明的有益效果是，与现有技术相比较，本发明提出的三相并网逆变器防逆流装置及其控制方法的能够实现三相逆变器每相独立防逆流功能，针对本地负载不平衡，通过防逆流控制，逆变器输出功率匹配每一相负载功率，提高光伏组件利用率，利用逆变器检测网侧进线功率并进行防逆流控制，节省了防逆流控制器的成本，提高防逆流控制精度，真正做到自发自用。

本发明提供的装置结构简单实用，安装方便，不需对现有本地负载配电线进行改造即可安装和连接使用，节省投资。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图只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是本发明系统主功率电路图；

图2为本发明系统组成框图。

其中，pv1～pvn.光伏组件，c1.输入滤波电容，l1.boost电感，d1.boost二极管，q1.boost功率管，c2～c3.母线电容，q2～q13.三电平逆变功率管，d2～d7.三电平逆变二极管，l2～l4.逆变滤波电感，c4～c6.逆变滤波电容，k1.并网继电器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例中一种三相并网逆变器防逆流装置，主功率电路包括光伏组件pv1～pvn、boost电路、三电平逆变电路、逆变滤波电路和并网继电器，其中，boost电路包括输入滤波电容c1、boost电感l1、boost功率管q1、boost二极管d1和母线电容c2、c3；三电平逆变电路包括功率管q2～q13和二极管d2～d7；逆变滤波器电路包括电感l2～l4和电容c4～c6；光伏组件pv1～pvn与输入滤波电容c1并联，光伏组件pv1～pvn的正极与boost电感l1的一端连接，boost电感l1的另一端与boost二极管d1的正极、boost功率管q1的漏极以星形连接，母线电容c2和母线电容c3串联后一端与boost二极管d1的负极连接，另一端与boost功率管q1的源极连接；功率管q2～q4的漏极分别与boost二极管d1的负极连接，功率管q11～q13的源极分别与boost功率管q1的源极连接，功率管q2～q4的源极、二极管d2～d4的负极和功率管q5～q7的漏极分别以星形连接，二极管d2～d4分别与二极管d5～d7的正极连接，二极管d5～d7的正极、功率管q8～q10的源极和功率管q11～q13的漏极分别以星形连接，功率管q5～q7的源极分别与功率管q8～q10的漏极连接；功率管q5、功率管q6和功率管q7的源极分别与电感l2～l4的一端连接，电感l2～l4的另一端、电容c4～c6的一端和并网继电器k1的三相开关触点的一端分别以星形连接，母线电容c2、c3的连接点、二极管d5～d7的负极、电容c4～c6的另一端与并网继电器k1的中性线开关触点的一端连接，并网继电器k1的三相开关触点的另一端和中性线开关触点的另一端分别与市电电网的a相、b相、c相和中性线连接。

结合图1、2，提出一种三相并网逆变器防逆流装置的控制方法的实施方案，具体所述单元按以下顺序进行工作：

(1)所述pv电压电流检测单元首先采样光伏极板输出电压upv和输出电流ipv；

(2)将采样后的电量信号upv和ipv经所述mppt单元进行最大功率跟踪；

(3)所述mppt单元计算当前最大功率点时的输出电流平均值参考ioref，并输出pwm控制boost输出最大功率；

(4)所述输出电流控制器根据三相防逆流控制单元输出的iaref、ibref、icref和mppt单元输出的ioref取较小值分别计算三相参考电流，并于逆变输出电流ioa、iob、ioc比较后进行pi闭环控制，分别输出ua、ub、uc给所述spwm单元，spwm单元的输出控制所述三相逆变主电路的开关管工作；

(5)所述逆变电流检测单元用于检测三相逆变主电路输出电流ioa、iob、ioc，并将检测得到的信号反馈至所述输出电流控制器，实现每相电流的闭环控制，同时检测的逆变电流ioa、iob、ioc分别接入a、b、c相防逆流控制单元，用于计算该相的给定电流；

(6)所述电网电压检测单元用于检测电网电压uga、ugb、ugc，所述电网进线电流检测单元用于检测电网进线电流iga、igb、igc，并将检测得到的三相电量信号分别反馈至所述a、b、c电网功率计算单元，电网功率计算用于计算电网进线的每相功率pa、pb、pc；

(7)逐相确定逆变器有无逆流发生，a相防逆流控制单元据pa和ioa计算出iaref，并输出到电流控制单元，公式iaref＝ioa-(pa/uga)，当pa<0时，得到iaref<ioa，得出逆变器a相正在发生逆流，否则逆变器a相正常；b相防逆流控制单元根据pb和iob计算ibref，并输出到电流控制单元，公式ibref＝iob-(pb/ugb)，当pb<0时，得到ibref<iob，得出逆变器b相正在发生逆流，否则逆变器b相正常；c相防逆流控制单元根据pc和ioc计算icref，并输出到电流控制单元，公式icref＝ioc-(pc/ugc)，当pc<0时，得到icref<ioc，逆变器c相正在发生逆流，否则逆变器c相正常。

结合图1、2，提出了一种三相并网逆变器防逆流装置的控制方法的另一种实施方案，所述光伏逆变器逆流现象通过电网功率计算单元的a、b、c相的电网功率pa、pb、pc的数值来判断，工作顺序如下：

(1)根据a、b、c相逆变器电网功率的计算公式pa＝uga×iga，pb＝ugb×igb，pc＝ugc×igc，得到当逆变器各项的电网功率pa、pb、pc；

(2)当pa、pb、pc中哪项的数值小于零时，即表示光伏逆变器系统中该相正在发生逆流，否则表示光伏逆变器系统中该相正常。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。