功率转换电路、逆变电路、光伏发电系统及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种功率转换电路、逆变电路、光伏发电系统及其控制方法。

背景技术：

在光伏发电系统中，串联的光伏阵列具有很高的电压，为了提高光伏发电系统的安全性，通常要求在光伏发电系统中装配快速关断装置，以将光伏组件(光伏阵列、功率转换电路以及逆变电路)相互之间的电气连接断开，保证在一定范围内的带电导体之间的电压不超过预定的安全数值。例如nec690.12(美国国家电工规范)标准规定，在光伏发电系统受控关断30s内光伏面板阵列界限1英尺外电压降低到30v以下，并且30s内阵列界限内电压降低到80v以下。

由于需要控制使得光伏组件之间的电气连接断开，因此光伏组件之间需要通信以实现快速关断和系统的重新启动。目前，光伏发电系统常采用电力线或无线通讯方式进行通信，系统结构较为复杂，且成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此,本发明提供一种功率转换电路、逆变电路、光伏发电系统及其控制方法，以实现光伏发电系统的快速关断，并且使得系统通信更简单。

第一方面，本发明实施例提供一种光伏发电系统的控制方法，所述方法包括：

根据快速关断信号来控制功率转换电路的输出端和逆变电路的输入端之间的连接线路上的第一电流，所述功率转换电路与光伏面板阵列连接；

通过检测所述第一电流来控制与所述功率转换电路的状态，以使得所述连接线路上的电压满足预设要求。

进一步地，通过检测所述第一电流来控制所述功率转换电路的状态包括：

在检测到所述第一电流持续预定时间小于预定的第一值时，控制所述功率转换电路切换到第一状态，在所述第一状态下，所述功率转换电路的输出电压减小到第一预定值。

进一步地，所述第一预定值为所述功率转换电路的最小输出电压。

进一步地，通过检测所述第一电流来控制所述功率转换电路的状态包括：

在检测到所述第一电流由小于所述预定的第一值切换为大于所述预定的第一值时，控制所述功率转换电路切换到第二状态，在所述第二状态下，所述功率转换电路的输出电压增大到第二预定值。

进一步地，根据快速关断信号来控制功率转换电路的输出端和逆变电路的输入端之间的连接线路上的电流包括：

在检测到有效的所述快速关断信号时，控制所述逆变电路切换到第一逆变电路状态，在所述第一逆变电路状态下，所述逆变电路停止工作以使得所述第一电流下降为零。

进一步地，根据快速关断信号来控制功率转换电路的输出端和逆变电路的输入端之间的连接线路上的电流包括：

在检测到无效的所述快速关断信号和无效的逆变电路启动信号时，控制使得所述连接线路上的第一电流大于预定的第一值。

进一步地，控制使得所述连接线路上的第一电流大于预定的第一值包括：

控制所述逆变电路切换到第二逆变电路状态，在所述第二逆变电路状态下，所述逆变电路从输入线路至少抽取一次电流以使得在每次抽取电流期间所述第一电流大于所述预定的第一值。

进一步地，控制使得所述连接线路上的第一电流大于预定的第一值包括：

控制与所述连接线路相连接的电流产生电路产生额外的电流以使得所述第一电流大于所述预定的第一值。

进一步地，所述方法还包括：

在检测到有效的逆变电路启动信号时，控制所述逆变电路切换到第三逆变电路状态，在所述第三逆变电路状态下，所述逆变电路向交流侧传递能量，使得所述第一电流恒大于预定的第一值。

第二方面，本发明实施例提供一种光伏发电系统，包括：

逆变电路，被配置为受控改变所述逆变电路的输入线路上的第一电流；以及

至少一个功率转换电路，串联连接在所述输入线路上，被配置为根据所述第一电流切换到不同的状态。

进一步地，所述功率转换电路被配置为在检测到所述第一电流持续预定时间小于预定的第一值时切换到第一状态，在所述第一状态下，所述功率转换电路的输出电压减小到第一预定值。

进一步地，所述第一预定值为所述功率转换电路的最小输出电压。

进一步地，所述功率转换电路被配置为在检测到所述第一电流由小于所述预定的第一值切换为大于所述预定的第一值时，受控切换到第二状态，在所述第二状态下，所述功率转换电路的输出电压增大到第二预定值。

进一步地，所述逆变电路被配置为在检测到有效的快速关断信号时切换到第一逆变电路状态，在所述第一逆变电路状态下，所述逆变电路停止工作以使得所述第一电流下降为零。

进一步地，所述逆变电路被配置为在检测到无效的快速关断信号和无效的逆变电路启动信号时切换到第二逆变电路状态，在所述第二逆变电路状态下，所述逆变电路从输入线路上至少抽取一次电流以使得在每次抽取电流期间所述第一电流大于预定的第一值。

进一步地，所述系统还包括：

电流产生电路，与输入线路连接，被配置为在检测到无效的快速关断信号和无效的逆变电路启动信号时产生额外的电流以使得所述第一电流大于预定的第一值。

进一步地，所述逆变电路被配置为在检测到有效的逆变电路启动信号时切换到第三逆变电路状态，在所述第三逆变电路状态下，所述逆变电路向交流侧传递能量，使得所述第一电流恒大于预定的第一值。

第三方面，本发明实施例提供一种功率转换电路，用于连接光伏发电系统的光伏面板，所述功率转换电路包括：

功率级电路；以及

控制电路，被配置为通过检测输出线路上的第一电流来控制所述功率转换电路的状态；

其中，所述控制电路被配置为在检测到所述第一电流持续预定时间小于预定的第一值时，控制所述功率级电路切换到第一状态，在所述第一状态下，所述功率转换电路的输出电压减小到第一预定值。

进一步地，所述控制电路还被配置为在检测到所述第一电流由小于所述预定的第一值切换为大于所述预定的第一值时，控制所述功率级电路切换到第二状态，在所述第二状态下，所述功率转换电路的输出电压增大到第二预定值。

进一步地，所述控制电路包括：

电流检测电路，被配置为检测所述输出线路上的第一电流并与所述预定的第一值比较以产生使能信号；

定时电路，被配置为根据所述使能信号进行定时并在预定时间后输出状态信号；以及

基准信号产生电路，被配置为根据所述状态信号调节所述功率级电路的输出电压基准信号以调节所述功率转换电路的输出电压。

第四方面，本发明实施例提供一种逆变电路，应用于光伏发电系统，所述逆变电路包括：

逆变器；以及

控制电路，被配置为控制所述逆变器以改变所述逆变电路的输入线路上的第一电流。

进一步地，所述控制电路被配置为在检测到有效的快速关断信号时控制所述逆变器切换到第一逆变电路状态，在所述第一逆变电路状态下，所述逆变器停止工作以使得所述第一电流下降为零。

进一步地，所述控制电路还被配置为在检测到无效的快速关断信号和无效的逆变电路启动信号时控制所述逆变器切换到第二逆变电路状态，在所述第二逆变电路状态下，所述逆变器从所述输入线路至少抽取一次电流以使得在每次抽取电流期间所述第一电流大于预定的第一值。

进一步地，所述控制电路还被配置为在检测到有效的逆变电路启动信号时控制所述逆变器切换到第三逆变电路状态，在所述第三逆变电路状态下，所述逆变器向交流侧传递能量使得所述第一电流恒大于预定的第一值。

进一步地，所述控制电路包括：

驱动信号产生电路，被配置为根据快速关断信号和逆变电路启动信号产生第一驱动信号，以控制所述逆变器的开关；以及

选通电路，被配置为切换所述第一驱动信号与第二驱动信号，从而改变所述逆变器的工作状态；

其中，所述第一驱动信号用于在所述光伏发电系统关断期间控制所述逆变器的开关，所述第二驱动信号用于在所述光伏发电系统正常工作期间控制所述逆变器的开关。

本发明实施例的技术方案根据快速关断信号控制功率转换电路的输出端和逆变电路的输入端之间的连接线路上的第一电流，并通过检测所述第一电流控制与光伏面板阵列连接的所述功率转换电路的状态以使得所述连接线路上的电压满足预设要求，因此，可以实现光伏发电系统的快速关断，并且使得系统通信更简单。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的光伏发电系统的电路图；

图2是本发明实施例的逆变电路的电路图；

图3是本发明实施例的功率转换电路的电路图；

图4是本发明实施例的一种实施方式的逆变电路的电路图；

图5是本发明实施例的一种实施方式的功率转换电路的电路图；

图6是本发明实施例的光伏发电系统的工作波形图；

图7是本发明实施例的另一种实施方式的逆变电路的电路图；

图8是本发明实施例的另一种实施例的功率转换电路的电路图；

图9是本发明实施例的光伏发电系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本发明实施例的光伏发电系统的电路图，采用组串式逆变器来实现光伏发电系统的快速关断。如图1所示，光伏发电系统1包括光伏面板阵列11-1n(n≥1)、功率转换电路21-2n和组串式逆变器31。功率转换电路21-2n可以为简单的电控开关或任意拓扑形式的功率变换器等。其中，每个光伏面板阵列与一个功率转换电路连接，所有的功率转换电路串联连接至组串式逆变器31。组串式逆变器31中集成有逆变电路311、直流断路器312和交流逆变器313。其中，直流断路器312和交流断路器313用于快速关断，直流断路器312和/或交流逆变器313也可以集成在组串式逆变器31外部。组串式逆变器可以有不止一个的串联输入端，并且，在能量传输线路上还可以设置有其他的交流或直流断路器(图1中未示出)以进行快速关断。应理解，交流电源的切断可以立即断开组串式逆变器31的输出，但是，此时组串式逆变器31的输入端仍然有高压电供电。因此，组串式逆变器31和所有的功率转换电路之间需要进行通信，以便于所有功率转换电路均能够切断光伏面板输入或减小功率转换电路的输出以使得光伏发电系统中各个器件之间的电压满足预定的安全规范。另外，如果快速关断被重置，则需要组串式逆变器31和所有功率转换电路之间再次进行通信以便光伏发电系统重新启动。本发明实施例通过简单的逻辑电路和功率级电路的重复利用以使得可以根据线路上的电流变化来实现光伏发电系统中各个电路之间的通信，使得电路结构简单易实现，降低了成本。

图2是本发明实施例的逆变电路的电路图。如图2所示，逆变电路2包括逆变器21和控制电路22。其中，控制电路22被配置为控制逆变器21以改变逆变电路2输入线路上的第一电流istr。具体地，控制电路22被配置为在检测到有效的快速关断信号shutdown时控制逆变器21停止工作以使得第一电流istr下降为0(也即第一逆变电路状态)，从而实现快速关断。

控制电路22还被配置为在检测到无效的快速关断信号shutdown和无效的逆变电路启动信号startup时，控制逆变器21从输入线路上至少抽取一次电流，以使得在每次抽取电流期间第一电流istr大于预定的第一值(也即第二逆变电路状态)。由此，光伏发电系统中的功率转换电路可以通过检测第一电流istr的变化来获取关断或重新启动的信息，从而实现逆变电路与功率转换电路之间的通信。其中，预定的第一值可以根据电路参数设置为0到第一电流istr的峰值之间。

控制电路22还被配置为在检测到有效的逆变电路启动信号startup时控制逆变器21向交流侧传递能量使得第一电流istr恒大于预定的第一值(也即第三逆变电路状态)，也即此时光伏发电系统开始正常工作。

优选地，控制电路22可以包括驱动信号产生电路221和选通电路222。其中，驱动信号产生电路221被配置为根据快速关断信号shutdown和逆变电路启动信号startup产生第一驱动信号pwm1，以控制逆变器21的开关使得第一电流istr为0或从输入线路上抽取电流以使得第一电流istr大于预定的第一值。选通电路222被配置为切换第一驱动信号pwm1和第二驱动信号pwm2以改变逆变器21的工作状态。容易理解，第一驱动信号pwm1用于在光伏发电系统关断期间控制逆变器21的开关，第二驱动信号pwm2用于在光伏发电系统正常工作期间控制逆变器21的开关。

图3是本发明实施例的功率转换电路的电路图。如图3所示，功率转换电路3包括功率级电路31和控制电路32。其中，控制电路32被配置为通过检测输出线路(也即逆变电路21的输入线路)上的第一电流istr来控制功率转换电路31的状态。具体地，控制电路32被配置为在检测到第一电流istr持续预定时间小于预定的第一值时，控制功率转换电路3的输出电压减小到第一预定值(此时功率级电路31处于第一状态)。也就是说，在逆变电路21受控于有效的快速关断信号shutdown停止工作以使得第一电流istr下降至0并持续预定时间后，功率转换电路3的输出电压受控减小到第一预定值，从而使得功率转换电路3与逆变电路2之间的电压满足预定的安全规范。容易理解，该第一预定值可以一个较小的预设值以使得功率转换电路有足够的能量对逆变电路供电。其中，该预设值根据实际应用中逆变电路的供电电压设置。

控制电路32还被配置为在检测到第一电流istr由小于预定的第一值切换为大于预定的第一值时，控制功率转换电路3的输出电压增大到第二预定值(此时功率级电路31处于第二状态)。也就是说，在逆变电路21处于第二逆变电路状态时，也即其从输入线路上抽取电流使得第一电流由小于预定的第一值切换为大于预定的第一值时，控制功率级电路31中的开关使得功率转换电路3的输出电压增大到第二预定值。其中，第二预定值用于表征光伏发电系统正常工作时每个功率转换电路3的输出电压。容易理解，逆变电路2可以通过抽取多次其输入线路上的电流以使得在有效的逆变电路启动信号到来前，每个功率转换电路均能够检测到第一电流istr的变化以维持在第二状态，从而提高功率转换电路3和逆变电路2之间通信的可靠性。

优选地，控制电路32可以包括输入反馈信号产生电路321、第一驱动电路322、基准信号产生电路323、定时电路324、电流检测电路325和输出反馈信号产生电路326。其中，输入反馈信号产生电路321被配置为生成用于表征功率级电路31的输入电压的输入反馈信号vinfb。输出反馈信号产生电路326被配置为生成用于表征功率级电路31的输出电压的输出反馈信号voutfb。电流检测电路325被配置为输出用于表征第一电流istr的电流采样信号vstr并将其与预定的第一值比较以产生使能信号en。定时信号324被配置为根据使能信号en进行定时并在预定时间后输出状态信号sts。基准信号产生电路323被配置为根据状态信号sts调节功率转换电路3的输出电压基准信号vref。第一驱动电路322被配置为根据输入反馈信号vinfb、输出反馈信号voutfb、电流采样信号vstr以及输出电压基准信号vref控制功率级电路的开关以调节功率转换电路3的输出电压。

本发明实施例的技术方案根据快速关断信号控制功率转换电路的输出端和逆变电路的输入端之间的连接线路上的第一电流，并通过检测第一电流控制与光伏面板阵列连接的功率转换电路的状态以使得连接线路上的电压满足预设要求，因此，可以实现光伏发电系统的快速关断，并且使得系统通信更简单。

图4是本发明实施例的一种实施方式的逆变电路的电路图。如图4所示，本实施例的逆变电路4包括控制电路41和两级逆变器，第一级为boost变换器42(升压型拓扑)，第二级为桥式逆变器43。boost变换器42包括电感l1、开关s1和二极管d1。控制电路41包括驱动信号产生电路411和选通电路412。驱动信号产生电路411用于生成第一驱动信号pwm1。其中，驱动信号产生电路411包括置位信号产生电路411a、复位信号产生电路411b、rs触发器411c和或非门电路nor1。rs触发器411c在置位时输出第一驱动信号pwm1。或非门电路nor1用于根据快速关断信号shutdown和逆变电路启动信号startup生成第一使能信号sth。置位信号产生电路411a包括与门电路and1和时钟发生器u1，用于根据第一使能信号sth和时钟发生器u1输出的时钟信号clk1生成rs触发器411c的置位信号set。

复位信号产生电路411b用于生成rs触发器411c的复位信号res。复位信号产生电路411b包括电阻r1和r2、误差放大器gm1、与非门电路nand1、开关s2、电容c1、电压源v1和比较器cmp1。其中，电阻r1和电阻r2连接在boost变换器42的输入端i和接地端j之间。误差放大器gm1的输入端分别连接至电阻r1和r2的公共端m和接地端j，输出端连接至比较器cmp1的一个输入端(例如正向输入端)。与非门电路nand1用于根据第一使能信号sth和第一驱动信号pwm1生成开关s2的开关控制信号cs1。开关s2和电容c1并联连接在误差放大器gm1的输出端和接地端之间。电压源v1连接在比较器cmp1的另一端和接地端之间。比较器cmp1用于比较电容c1上的电压vc1和电压源v1的电压以输出rs触发器411c的复位信号res。

选通电路412包括开关k1和k2。选通电路412受控于第一使能信号sth切换第一驱动信号pwm1和第二驱动信号pwm2以控制逆变电路的状态，从而改变第一电流istr的值。其中，第一驱动信号pwm1用于在光伏发电系统关断期间控制逆变电路的状态，第二驱动信号pwm2用于在光伏发电系统正常工作期间控制逆变电路的状态。也即，在第一使能信号sth有效时，选通信号412中的开关k1受控导通、开关k2受控关断使得第一驱动信号pwm1来控制逆变电路的状态。在第一使能信号sth无效时，选通信号412中的开关k1受控关断、开关k2受控导通使得第二驱动信号pwm2来控制逆变电路的状态。

优选地，逆变电路4还包括第二驱动电路44，用于根据第一驱动信号pwm1或第二驱动信号pwm2来驱动开关s1的导通或关断，从而控制第一电流istr的大小。

如图4所示，在快速关断信号shutdown和逆变电路启动信号startup均无效时，或非门电路nor1输出有效的第一使能信号sth使得在时钟信号clk1有效时控制rs触发器411c置位以输出有效的第一驱动信号pwm1。则与非门电路nand1输出无效的开关控制信号cs1以控制开关s2关断。同时，选通信号412中的开关k1受控导通，使得第一驱动信号pwm1控制第二驱动电路44以驱动s1导通。因此，boost变换器42中的电感l1上的电流il1开始增大。第一电流istr为电感电流il1经过电容cin的电流，因此，第一电流istr随之增大。也即，此时开始从逆变电路的输入线路上抽取电流以使得第一电流istr大于预定的第一值。在一种可选的实现方式中，预定的第一值为0。

电阻r1和r2组成分压电路，用于采样获取表征电感电流il1的采样信号vm。由于此时开关s2受控关断，误差放大器gm1的输出开始为电容c1充电。在电容c1中的电压vc1上升到大于电压源v1的电压时，比较器cmp1输出有效的复位信号res使得rs触发器复位，输出无效的第一驱动信号pwm1，从而控制开关s1关断，电感电流il1开始下降，第一电流istr开始下降。在第一电流istr下降到0时，一次电流抽取过程结束。

如图4所示，电感电流il1的峰值ilpeak为：

其中，vin为boost变换器42的输入电压，t为电感l1的充电时间(也即开关s1的导通时间)。其中，电感l1的充电时间t满足以下公式：

其中，gm为误差放大器gm1的放大系数。由此可知，电感电流的峰值满足：

因此，在本实施例中，可以通过改变电流源v1的电压来改变电感电流il1的峰值ilpeak，从而改变第一电流istr的峰值。在第一电流istr的峰值足够大时，功率转换电路就能够检测到第一电流，以实现逆变电路与功率转换电路之间的通信。

在另一种可选的实现方式中，可以在光伏发电系统中设置电流产生电路，与逆变电路的输入线路连接，以在检测到无效的快速关断信号和无效的逆变电路启动信号时产生额外的电流以使得第一电流istr大于预定的第一值。优选地，电流产生电路可以受控于控制电路41输出的第一驱动信号pwm1产生额外的电流使得第一电流istr大于预定的第一值。从而使得功率转换电路能够检测到第一电流，以实现逆变电路与功率转换电路之间的通信。应理解，第一电流可以是任意形状的，可以是多个脉冲，也可以是一个直流量，只要其可以大于预定的第一值即可，因此对第一电流产生的电路结构并不局限于本发明实施例。

图5是本发明实施例的一种实施方式的功率转换电路的电路图。如图5所示，本实施方式的功率转换电路5包括功率级电路51和控制电路52。其中，功率级电路51为一种dcdc变换器，本实施例以buck型变换器(降压型拓扑)为例。功率级电路51开关q3、开关q4和电感l1。

控制电路52包括电流检测电路521、定时电路522、基准信号产生电路523、输出反馈信号产生电路524、第三驱动电路525、输入反馈信号产生电路526以及误差放大器gm3。在一种可选的实现方式中，输出反馈信号产生电路524和输入反馈信号526均可以采用分压电路。如图5所示，输入反馈信号产生电路526包括电阻r5和r6，被配置为产生用于表征功率级电路51的输入电压的输入反馈信号vinfb。输出反馈信号产生电路524包括电阻r3和r4，被配置为产生用于表征功率级电路51的输出电压的输出反馈信号voutfb。

电流检测电路521包括电流采样电路521a和比较器cmp2。其中，电流采样电路521a包括电阻r7、电阻r8、电容c3和误差放大器gm2，用于获取表征第一电流istr的电流采样信号vstr。比较器cmp2用于比较电流采样信号vstr和第一参考阈值vth1以生成第二使能信号en。第一参考阈值vth1用于表征预定的第一值。应理解，可以根据具体电路参数将第一参考阈值vth1设置为0到电流采样信号vstr峰值之间的值。

定时电路522包括反相器522a、或非门电路nor2、时钟发生器u2、计时器522b和比较器cmp3。其中，在第二使能信号en无效(也即第一电流istr小于预定的第一值)时，经过反相器522a后输出的信号en'有效，计时器522b受控开始计时。比较器cmp3用于比较计时信号vp和计时参考信号vn输出状态信号sts。计时信号vp用于表征计时器522b当前的计时时间，计时参考信号vn用于表征预定时间。在计时器522b的计时时间达到预定时间时，状态信号sts置为有效。应理解，该预定时间可根据具体的电路参数设置，但要满足预定的安全规范(例如在nec690.12中，该预定时间需要小于30s)。同时，在状态信号sts有效时，或非门电路nor2输出无效的信号以控制时钟发生器u2停止工作，进而控制计时器522b停止工作以节约能量，减少损耗。

基准信号产生电路523包括电流源i1和i2、开关q1和q2、电容c2、二极管d1和d2以及电压源e1和e2。其中，开关q1和电流源i1串联连接在上拉电源vcc和中间端h之间，电流源i2和开关q2串联后与电容c2并联连接在中间端h和接地端之间。二极管d2和电压源e2串联后与电容c2并联连接，二极管d2的阴极连接至中间端h。二极管d1和电压源e1串联后与电容c2并联连接，二极管d2的阳极连接至中间端h。

在一种优选的实现方式中，开关q1为p型mos管，开关q2为n型mos管。因此，在状态信号sts有效时，开关q2受控导通，电容c2通过电流源i2放电。在状态信号sts无效时，开关q1受控导通，电流源i1给电容c2充电。二极管d1和d2以及电压源e1和e2组成箝位电路，用于将电容c2上的电压(也即输出电压基准信号vref)限制在最小电压vmin和最大电压vmax之间。应理解，最小电压vmin用于表征功率转换电路的输出电压vout的第一预定值，也即在光伏发电系统关断时，使得功率转换电路的输出电压vout在维持逆变电路工作的同时满足预定的安全规范。最大电压vmax用于表征功率转换电路的输出电压vout的第二预定值，也即在光伏发电系统正常工作时功率转换电路的输出电压。

误差放大器gm3用于根据输出电压基准信号vref和输出反馈信号voutfb输出第三驱动信号pw以驱动第三驱动电路525使其控制开关q3和q4的导通和关断，从而控制功率转换电路的输出电压跟随输出电压基准信号vref变化。

图6是本发明实施例的光伏发电系统的工作波形图。如图6所示，同时参考图4和图5，在t0时刻，快速关断被触发，也即快速关断信号shutdown被置为有效，逆变电路4受控关断不再输出能量，第一电流istr开始减小。其中，可以通过关闭交流断路器和/或关闭直流断路器和/或禁用逆变电路等方式来实现光伏发电系统的快速关断。应理解，逆变电路4的输出在快速关断信号shutdown被置为有效时能够受控断开，但是其输入端仍旧存在高压供电，也即此时功率转换电路5仍旧在输出较高的电压。

在t1时刻，第一电流istr减小到0，功率转换电路5中的比较器cmp2输出无效的第二使能信号en。第二使能信号en经过反相器522a后得到有效的信号en'，计时器522b受控于时钟发生器u2开始计时。

在t2时刻，计时器522b的计时时间达到预定时间使得计时信号vp大于计时参考信号vn，比较器cmp3输出有效的状态信号sts。由此，开关q2在t2时刻受控导通，电容c2通过电流源i2和开关q2放电，电容c2上的电压(也即输出电压基准信号vref)由逐渐减小，并在t3时刻减小至最小值vmin。应理解，图6示出的电压基准信号vref呈线性下降，但在实际应用中其不一定为线性，任何能够实现在状态信号sts有效时使得输出电压基准信号vref减小至最小值vmin的电路结构均可应用于本实施中。在t2-t3时刻，由于输出电压基准信号vref减小，功率转换电路5通过误差放大器gm3和第三驱动电路使得功率转换电路5的输出电压vout逐渐减小。此时输出电容cout放电，因此第一电流istr存在有一负值。并且，在t3时刻，功率转换电路5的输出电压vout减小到最小值，也即第一预定值。此时，输出电压基准信号vref维持最小值不变，第一电流istr为0。应理解，此时功率转换电路5的输出电压vout在满足预定的安全规范的同时，还能够给逆变电路提供工作电压。容易理解，在t3时刻，光伏发电系统完成快速关断。

在t4时刻，快速关断信号shutdown置为无效，也即光伏发电系统受控重新启动，所有能量传输通路上的断路器(直流断路器或交流断路器)均被闭合。由于逆变电路4的输入(也即功率转换电路5的输出)存在正电压，因此可以使得逆变电路受控作为负载以抽取电流。此时，逆变电路启动信号startup和快速关断信号shutdown均无效，如图4所示，或非门电路nor1输出有效的第一使能信号sth，选通电路412中的开关k1受控导通。第一使能信号sth和时钟发生器u1输出的时钟信号clk1经过与门电路and1后输出置位信号set，以使得rs触发器411c被置位输出有效的第一驱动信号pwm1，从而控制开关s1导通，电感电流il1的电流逐渐上升，其峰值为ilpeak。同时，在第一使能信号sth和第一驱动信号pwm1有效时，与非门电路nand1输出无效的开关控制信号cs1以控制开关s2关断。误差放大器gm1的输出给电容c1充电，电容c1上的电压vc1逐渐上升。在电容c1上的电压vc1上升到大于电压源v1的电压时比较器cmp1输出有效的复位信号res以使得rs触发器411c复位，第一驱动信号pwm1被置为无效，开关s1受控关断，电感电流il1受控下降，并在t5时刻下降至0。并且，第一驱动信号pwm1无效时，与非门电路nand1输出有效的开关控制信号cs1以控制开关s2导通，电容c1上的电压vc1下降至0。由此，逆变电路4抽取的电流是t4-t5时间段内的一个脉冲电流，由于第一电流istr是电感电流il1经过电容cin后的电流，因此第一电流istr在t4-t5时间段内也有一个类似的脉冲。在下一次时钟发生器u1输出的时钟信号clk1到来时，再次产生第一电流istr。容易理解，抽取电流所获取的电流脉冲可以为任意形状。

在t4时刻，功率转换电路5中的电流检测电路521能够检测到第一电流大于预定的第一值。在图6示出的一种实现方式中预定的第一值为0。应理解，该预定的第一值可以为0至其峰值之间的任一值以使得可以检测到该电流脉冲。比较器cmp2输出有效的第二使能信号en，计时器522b的清零信号res1有效，使得其输出的计时信号vp为0。比较器cmp3输出的状态信号sts置低。理论上可以在此时控制开关q1导通以使得电容c2上的电压(也即输出电压基准信号vref)开始增大，系统进入缓启动阶段，但是通常可以在系统缓启动之前设置一段延迟时间(图5中未示出延迟电路，可以通过模拟或数字电路控制来实现延迟)以使得系统可以稳定启动，该时间段可以为小于预定的定时时间的任意值，当然也可以设置为0。

在本实施例中，延迟至t6时刻使得开关q1受控导通，开关q2受控关断，电流源i1开始给电容c2充电，电容c2上的电压(也即输出电压基准信号vref)逐渐增大并在t7时刻上升至最大电压vmax，从而控制功率转换电路5的输出电压逐渐上升至最大输出电压(也即第二预定值)以完成光伏发电系统的启动。应理解，在t5时刻，第一电流istr为0，第二使能信号en无效，此时计时器522b开始计时，由于t5-t6时间段小于计时器522b的预定时间，因此状态信号sts保持无效，输出电压基准信号vref仍旧保持最大值vmax。并且，在t6-t7时刻，输出电容cout被充电，第一电流istr为一个大于0的值，第二使能信号en置为有效，计时器522b被清零，且时钟发生器u2受控停止工作以节约能量。应理解，若预定的第一值被设置为大于t6-t7时刻的值，则此阶段第一电流istr小于预定的第一值，因此第二使能信号en仍然无效，计时器522b继续计时，只要时钟发生器u1产生的时钟信号clk1的周期小于计时器522b的预定时间，则状态信号sts保持无效，输出电压基准信号vref仍旧保持最大值vmax，不会跌落。

在t7时刻，功率转换电路5的输出电压vout达到最大值，此后保持不变，第一电流istr为0。第二使能信号en无效，此时计时器522b被使能开始计时。

在t8时刻，逆变电路4中的时钟发生器u1输出的时钟信号clk1再次置高，逆变电路4再次抽取电流，电感电流il1开始上升，第一电流istr随之上升大于0，计时器522b受控停止计时。由此，容易理解，逆变电路4抽取电流的频率必须小于计时器522的预定的计时时间(也即在快速关断期间第一电流istr持续小于0的预定时间)，以避免使得状态信号sts置高而导致的输出电压基准信号vref在系统缓启动期间下降的风险。本实施例给出的是根据时钟信号clk1周期性地抽取电流以使得输出电压基准信号vref仍旧保持最大值vmax，应理解，每个周期内，可以控制逆变电路抽取或产生多个脉冲的电流或者直流量，只要满足第一电流小于预定的第一值的时间不超过计时器522b的预定时间即可。

在t9时刻，第二次抽取电流结束。通过抽取多次输入线路上的电流以使得在有效的逆变电路启动信号到来前，每个功率转换电路均能够检测到第一电流istr的变化以维持在第二状态，从而使得所有的功率转换电路的输出电压均达到最大输出电压以使得光伏发电系统开始正常工作。

在t10时刻之后，逆变电路启动信号startup置为有效，第一使能信号sth置低，选通电路412中的开关k1受控关断，开关k2受控导通，第二驱动信号pwm2开始控制boost变换器42中的开关s1。由此，逆变电路4开始传输能量，第一电流istr的值恒大于0，光伏发电系统处于正常工作状态。

其中，在t4-t10时刻，逆变电路4以预先设定的频率抽取电流，应理解，该预先设定的频率可以为定频、变频，也可以加入延时，但其最大的重复周期必须小于计时器的预定的计时时间。在抽取电流阶段结束后，所有功率转换电路均能够保持最大的输出电压以使得逆变电路具有在光伏发电系统正常工作时的输入电压。

应理解，在本实施例中，各种电流或电压的增大或减小均以线性增大或减小为例，各种电流或电压以非线性增大或减小也均能够实现上述功能。

本发明实施例的技术方案根据快速关断信号控制功率转换电路的输出端和逆变电路的输入端之间的连接线路上的第一电流，并通过检测所述第一电流控制与光伏面板阵列连接的所述功率转换电路的状态以使得所述连接线路上的电压满足预设要求，因此，可以实现光伏发电系统的快速关断，并且使得系统通信更简单。

图7是本发明实施例的另一种实施方式的逆变电路的电路图。如图7所示，本实施方式中的逆变电路7采用单级逆变器(桥式逆变器)来实现，进一步简化了电路结构，节约成本。本实施方式与图4中的逆变电路的区别在于：图4中的控制电路使得第一驱动信号pwm1和第二驱动信号pwm2控制逆变器的第一级电路boost变换器中的开关来实现抽取电流。而本实施方式中的控制电路使得第一驱动信号pwm1和第二驱动信号pwm2控制桥式逆变器中的开关来实现抽取电流，并详细描述了时钟发生器的一种实现方法。以下描述仅针对于图4中的实施方式的区别，其类似的电路结构及工作过程在此不再赘述。

逆变电路7包括逆变器71、控制电路72、电平移位器73、第四驱动电路74和第五驱动电路75。电平移位器73、第四驱动电路74和第五驱动电路75被配置为根据第一驱动信号pwm1控制逆变器71的工作状态以在电流抽取阶段以预定的频率(定频或变频)抽取电流，并第二驱动信号pwm2控制逆变器71输出光伏发电系统正常工作下应输出的能量。

其中，逆变器71包括开关s3-s5。开关s3与开关s6串联连接在逆变电路的输入端和接地端之间，开关s4和开关s5串联连接在逆变电路的输入端和接地端之间。控制电路72在光伏发电系统处于快速关断阶段时输出第一驱动信号pwm1以控制开关s3和s4(或控制开关s5和s6)使得其以预定的频率(定频或变频)抽取电流，在光伏发电系统处于正常工作状态时输出第二驱动信号pwm2以控制开关s3和s4(或控制开关s5和s6)使得逆变电路向外传输能量。控制电路72的工作过程与图4所示的逆变电路类似，再次不再赘述。

控制电路72包括时钟发生器721。在本实施方式中，时钟发生器包括第一分压电路721a、第二分压电路721b、比较器cmp5、分频器721c和脉冲发生器721d。第一分压电路721a连接在交流输出端口的一端o2和接地端之间。第二分压电路721b连接在交流输出端口的另一端o1和接地端之间。比较器cmp5用于比较第一分压电路721a与第二分压电路721b的中间端电压，其输出端与分频器721c连接。由此，在交流电源ac过零时(也即端o1的电压大于端o2的电压时)，比较器cmp5输出有效的信号以使得分频器721c控制脉冲发生器721d产生时钟上升沿，在交流电源ac小于零时(也即端o1的电压小于端o2的电压时)，比较器输出无效的信号以使得分频器721c控制脉冲发生器721d产生时钟下升沿。应理解，本实施方式中的时钟发生器只是一种优选的实现方式，其他能够实现上述功能的时钟发生器均能够应用于本实施例中。

图8是本发明实施例的另一种实施方式的功率转换电路的电路图。本实施方式中的功率转换电路8与图5中的功率转换电路5的区别在于：本实施方式的功率转换电路采用电流控制模式来控制功率级电路中的开关的导通和关断，以控制功率转换电路的输出。如图8所示，功率转换电路8包括误差放大器gm4-gm6以及第六驱动电路81。其中，误差放大器gm5用于生成表征第一电流istr的第一电流反馈信号istr'。误差放大器gm6用于根据输出电压基准信号vref和用于表征输出电压的输出反馈信号voutfb生成第一电流基准信号iref。误差放大器gm4用于根据第一电流反馈信号istr'和第一电流基准信号iref生成控制信号ctr以控制第六驱动电路81，从而驱动开关q5和q6的导通或关断以控制功率转换电路的输出电压。在本实施方式中，采用电流控制模式来控制开关q5和q6的导通或关断以控制功率转换电路的输出电压，由于第一电流基准信号iref是具有滤波效果的电流信号，因此进一步避免了误动作的情况。

其中，生成和控制输出电压基准信号vref变化的电路结构与图5类似，在此不再赘述。

图9是本发明实施例的光伏发电系统的控制方法的流程图。如图9所示，本发明实施例的光伏发电系统的控制方法包括以下步骤：

在步骤s100，根据快速关断信号来控制功率转换电路的输出端和逆变电路的输入端之间的连接线路上的第一电流。其中，功率转换电路与光伏面板阵列连接。

在步骤s200，通过检测上述第一电流来控制功率转换电路的状态，以使得连接线路上的电压满足预设要求。例如，预设要求可以为nec690.12标准(在nec2017中，在30s内光伏面板阵列界限1英尺外电压降低到30v以下，并且30s内阵列界限内电压降低到80v以下)。

进一步地，通过检测第一电流来控制与光伏面板阵列连接的功率转换电路的状态包括：

在检测到第一电流持续预定时间小于预定的第一值时，控制功率转换电路切换到第一状态，在第一状态下，功率转换电路的输出电压减小到第一预定值。

进一步地，第一预定值为功率转换电路的最小输出电压。

进一步地，通过检测第一电流来控制与光伏面板阵列连接的功率转换电路的状态包括：

在检测到第一电流由小于预定的第一值切换为大于预定的第一值时，控制功率转换电路切换到第二状态，在第二状态下，功率转换电路的输出电压增大到第二预定值。

进一步地，根据快速关断信号来控制功率转换电路的输出端和逆变电路的输入端之间的连接线路上的电流包括：

在检测到有效的快速关断信号时，控制逆变电路切换到第一逆变电路状态，在第一逆变电路状态下，逆变电路停止工作以使得第一电流下降为零。

进一步地，根据快速关断信号来控制功率转换电路的输出端和逆变电路的输入端之间的连接线路上的电流包括：

在检测到无效的快速关断信号和无效的逆变电路启动信号时，控制使得连接线路上的第一电流大于预定的第一值。

进一步地，控制使得所述连接线路上的第一电流大于预定的第一值包括：

控制逆变电路切换到第二逆变电路状态，在第二逆变电路状态下，逆变电路从输入线路至少抽取一次电流以使得在每次抽取电流期间第一电流大于预定的第一值。

进一步地，控制使得连接线路上的第一电流大于预定的第一值包括：

控制与连接线路相连接的电流产生电路产生额外的电流以使得所述第一电流大于预定的第一值。

进一步地，所述方法还包括：

在检测到有效的逆变电路启动信号时，控制逆变电路切换到第三逆变电路状态，在第三逆变电路状态下，逆变电路向交流侧传递能量，使得第一电流恒大于预定的第一值。

本发明实施例的技术方案根据快速关断信号控制功率转换电路的输出端和逆变电路的输入端之间的连接线路上的第一电流，并通过检测所述第一电流控制与光伏面板阵列连接的所述功率转换电路的状态以使得所述连接线路上的电压满足预设要求，因此，可以实现光伏发电系统的快速关断，并且使得系统通信更简单。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。