控制变流器的直流母线电容放电的方法、控制器和系统与流程

本公开涉及电路领域，尤其涉及一种控制变流器的直流母线电容放电的方法、控制器和系统。

背景技术：

光伏空调系统内部含有变流器或者逆变器，直流母线环节设置有大量的电容。在正常工作的时候，电容上存储着相当大的电能；当光伏空调系统出现故障或者需要检修时，需要将电容存储的电能泄放至安全电压等级以下，才能进行相关操作。

相关技术中，可以依靠电容本身的esr(equivalentseriesresistance，等效串联电阻)和电路本身的阻抗进行自然放电。或者，在正负母线之间接入大阻值的电阻进行放电。或者，将小阻值的电阻和可控开关接入正负母线之间，在光伏空调系统正常运行时，开关断开，电阻不接入正负母线之间；当光伏空调系统故障或检修时，通过手动或者自动控制开关闭合，将电阻接入正负母线之间进行放电。

技术实现要素：

申请人发现，依靠电容本身的esr和电路本身的阻抗进行自然放电，虽然不用添加额外的元器件，但放电时间非常长，特别是电压越低的时候电容放电速度越慢；另外，随着光伏空调系统功率等级的增加，电容上存储的电能也更多，等待时间也会更长，不利于维护人员对系统进行快速检查。

在正负母线之间接入大阻值的电阻进行放电的方式，不管在光伏空调系统运行或者停止时，电阻都进行放电。这样会损失一定的电能，增加了光伏空调系统的损耗，且长期运行也要考虑为电阻设计独立的结构及散热方式，比较占用结构空间。

将小阻值的电阻和可控开关接入正负母线之间进行放电的方式，小阻值的电阻放电虽然快，但整个放电系统复杂，需要电阻和可控开关，以及相应的控制回路及散热措施；特别是可控开关，不管是常见的断路器或者接触器，触点在吸合瞬间都会电损伤，因此使用寿命不长久，需要经常更换断路器或者接触器。直流母线电压等级的不同，使用的器件也需要满足对应的电压，造成整个光伏空调系统的选型复杂，成本增加和安全性降低。

本公开要解决的一个技术问题是，提供一种一种控制变流器的直流母线电容放电的方法、控制器和系统，能够在不增加额外的电器元件的前提下，实现直流母线电容的快速放电。

根据本公开一方面，提出一种控制变流器的直流母线电容放电的方法，其中，变流器包括变流电路和逆变电路，变流电路的第一端通过第一直流母线与逆变电路的第一输入端连接，变流电路的第二端通过第二直流母线与逆变电路的第二输入端连接，变流电路的三相端分别连接第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器，逆变电路的输出端连接负载，第一直流母线和第二直流母线之间设置直流母线电容，方法包括：在直流母线电容需要放电的情况下，控制第一直流母线和第二直流母线与光伏发电设备连接的第一开关断开；控制第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器与电网侧连接的第二开关断开，并将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器短接在一起。

在一些实施例中，将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器的电网侧的端子连接在一起。

在一些实施例中，将第一电抗器的电网侧端子与第二电抗器的变流电路侧端子连接；将第二电抗器的电网侧端子与第三电抗器的变流电路侧端子连接；将第三电抗器的电网侧端子与第一电抗器的变流电路侧端子连接。

在一些实施例中，变流电路包括多个igbt绝缘栅双极型晶体管，方法还包括：减少向igbt发送的控制信息中的电流周期参数的值，以便增大变流电路输出的电压频率。

在一些实施例中，控制变流电路中每个igbt的关断时间，以便变流电路输出相位相差120°的三相电流。

根据本公开的另一方面，还提出一种控制变流器的直流母线电容放电的控制器，其中，变流器包括变流电路和逆变电路，变流器包括变流电路和逆变电路，变流电路的第一端通过第一直流母线与逆变电路的第一输入端连接，变流电路的第二端通过第二直流母线与逆变电路的第二输入端连接，变流电路的三相端分别连接第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器，逆变电路的输出端连接负载，第一直流母线和第二直流母线之间设置直流母线电容，控制器包括：第一控制单元，被配置为在直流母线电容需要放电的情况下，控制第一直流母线和第二直流母线与光伏发电设备连接的第一开关断开；第二控制单元，被配置为控制第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器与电网侧连接的第二开关断开，并将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器短接在一起。

在一些实施例中，第二控制单元被配置为将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器的电网侧的端子连接在一起。

在一些实施例中，第二控制单元被配置为将第一电抗器的电网侧端子与第二电抗器的变流电路侧端子连接；将第二电抗器的电网侧端子与第三电抗器的变流电路侧端子连接；将第三电抗器的电网侧端子与第一电抗器的变流电路侧端子连接。

根据本公开的另一方面，还提出一种控制变流器的直流母线电容放电的控制器，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行如上述的方法。

根据本公开的另一方面，还提出一种控制变流器的直流母线电容放电的系统，包括：上述的控制器；以及变流器，包括：变流电路，第一端通过第一直流母线与逆变电路的第一输入端连接，第二端通过第二直流母线与逆变电路的第二输入端连接，三相端分别连接第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器；逆变电路，输出端连接负载；直流母线电容，设置在第一直流母线和第二直流母线之间；第一开关，被配置为在直流母线电容需要放电的情况下，断开第一直流母线和第二直流母线与光伏发电设备之间的连接；以及第二开关，被配置为在直流母线电容需要放电的情况下，断开第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器与电网侧的连接，并将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器短接在一起。

根据本公开的另一方面，还提出一种光伏系统，包括：上述的控制变流器的直流母线电容放电的系统；以及光伏发电设备。

根据本公开的另一方面，还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述的方法。

与相关技术相比，本公开实施例在直流母线电容需要放电的情况下，将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器短接在一起，第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器作为变流电路的负载，能够在不增加额外的电器元件的前提下，实现直流母线电容的快速放电。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1为本公开变流器的一个实施例的结构示意图。

图2为本公开控制变流器的直流母线电容放电的方法的一个实施例的流程示意图。

图3为本公开变流器的另一个实施例的结构示意图。

图4为本公开变流器的另一个实施例的结构示意图。

图5为本公开控制变流器的直流母线电容放电的控制器的一个实施例的结构示意图。

图6为本公开控制变流器的直流母线电容放电的控制器的另一个实施例的结构示意图。

图7为本公开控制变流器的直流母线电容放电的控制器的另一个实施例的结构示意图。

图8为本公开控制变流器的直流母线电容放电的控制器的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

图1为本公开变流器的一个实施例的结构示意图。该变流器包括变流电路110、逆变电路120和直流母线电容130，其中，变流电路110的第一端通过第一直流母线141与逆变电路120的第一输入端连接，第二端通过第二直流母线142与逆变电路120的第二输入端连接，三相端a、b、c分别连接第一电抗器l1、第二电抗器l2和第三电抗器l3。逆变电路120输出端u、v、w连接负载ms，负载例如为永磁同步电机的压缩机，该压缩机例如为空调的压缩机。直流母线电容130设置在第一直流母线141和第二直流母线142之间。第一直流母线141和第二直流母线142与光伏发电设备150之间设置有第一开关k1。第一电抗器l1、第二电抗器l2与第三电抗器l3与电网侧160之间设置第二开关k2，第二开关k2为并网开关。

光伏发电设备150输出的直流电通过逆变电路120转换为三相交流电，三相交流电被施加到负载ms。当光伏发电设备150输出的电能除满足负载ms用电外，还有剩余电能，则可以通过变流电路110将直流电转换为交流电，并将交流电输送至电网侧160。当光伏发电设备150输出的电能不能满足负载ms用电时，电网侧160通过变流电路110将三相交流电转换为直流电，直流电经过逆变电路120转换为三相交流电供负载ms使用。

在光伏系统正常运行时，直流母线电容130通过电网侧160或者光伏发电设备150供电，作为整个系统中重要部分，该直流母线电容130存储电能，当光伏系统出现故障或者检修需要停机运行时，需要快速释放该直流母线电容130上的电能，以保证维护人员的人身安全。在一个实施例中，如图2所示，对控制变流器的直流母线电容放电的方法包括以下步骤：

在步骤210，在直流母线电容需要放电的情况下，控制第一直流母线和第二直流母线与光伏发电设备连接的第一开关断开。直流母线不再接入光伏发电设备。

在步骤220，控制第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器与电网侧连接的第二开关断开。

在步骤230，将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器短接在一起。

在该实施例中，在直流母线电容需要放电的情况下，将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器短接在一起，第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器作为变流电路的负载，能够在不增加额外的电器元件的前提下，实现直流母线电容的快速放电。

在一个实施例中，如图1所示，对第二开关进行改进，该第二开关k2包括第一子开关a-1、第二子开关b-1和第三子开关c-1，其中，第一子开关a-1与第一电抗器l1一端连接，第二子开关b-1与第二电抗器l2一端连接，第三子开关c-1与第三电抗器l3一端连接，该第二开关k2还包括触点a-2、a-3、b-2、b-3、c-2、和c-3，其中，触点a-2、b-2和c-2分别与电网连接，触点a-3、b-3和c-3可以通过铜排或者电缆短接在一起。

如图1所示，光伏系统正常工作时，通过追踪交流电网的相位进行并网，即将a_1与a_2闭合，b_1与b_2闭合，c_1与c_2闭合。如图3所示，在直流母线电容130需要放电时，a_1与a_2断开，b_1与b_2断开，c_1与c_2断开；a_1与a_3闭合，b_1与b_3闭合，c_1与c_3闭合。第一电抗器l1、第二电抗器l2和第三电抗器l3组成形成星型连接。组成星型连接的第一电抗器l1、第二电抗器l2和第三电抗器l3作为变流电路110的a相、b相、c相的输出负载，形成电流回路。

在该实施例中，星型电抗器负载和相变流电路的内部损耗的共同作用下进行放电，直到存储在直流母线电容上的电能降至安全电压等级以下，例如，降至36v以下，在不增加额外的电器元件的前提下，有效解决了目前光伏系统内部的直流母线电容放电系统复杂，放电时间过长，成本过高，器件选型受电压等级限制，整体安全性低等问题。

在本公开的另一个实施例中，还可以将第一电抗器的电网侧端子与第二电抗器的变流电路侧端子连接，将第二电抗器的电网侧端子与第三电抗器的变流电路侧端子连接，将第三电抗器的电网侧端子与第一电抗器的变流电路侧端子连接。即第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器组成三角形连接，组成三角形连接的第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器作为变流电路的输出负载，形成电流回路。

如图4所示，第二开关k2的触点a-2、b-2和c-2分别与电网连接，触点a-3设置在l1的变流电路侧、b-3设置在l2的变流电路侧、c-3设置在l3的变流电路侧。在直流母线电容130需要放电时，a_1与a_2断开，b_1与b_2断开，c_1与c_2断开；a_1与a_3闭合，b_1与b_3闭合，c_1与c_3闭合。第一电抗器l1、第二电抗器l2和第三电抗器l3组成形成三角形连接。

在该实施例中，三角形电抗器负载和变流电路的内部损耗的共同作用下，存储在直流母线电容上的电能将很快降至安全电压等级以下，在不增加额外的电器元件的前提下，实现直流母线电容的快速、安全放电。

变流电路包括多个igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)。在本公开的另一个实施例中，减少向igbt发送的控制信息中的电流周期参数的值，以便增大变流电路输出的电压频率。例如，电网输出的电压频率为50hz，电流周期为0.02s，变流电路与电网侧断开后，控制变流电路输出的电流周期为0.01s，变流电路输出的电压频率为100hz。本领域的技术人员应当理解，将变流电路输出的电流周期减小到0.01s用于举例，可以根据具体情况进行设置。其中，电抗器的等效阻抗为r＝2πfl，f为电压频率，l为电抗值，增大变流电路输出的电压频率，使得电抗器的等效阻抗增大，进一步加快了直流母线电容的放电速度。

在本公开的另一个实施例中，控制变流电路中每个igbt的关断时间，以便变流电路输出相位相差120°的三相电流。

图5为本公开控制变流器的直流母线电容放电的控制器的一个实施例的结构示意图。该控制器包括第一控制单元510和第二控制单元520。

第一控制单元510被配置为在直流母线电容需要放电的情况下，控制第一直流母线和第二直流母线与光伏发电设备连接的第一开关断开。

第二控制单元520被配置为控制第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器与电网侧连接的第二开关断开，并将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器短接在一起。

在该实施例中，将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器短接在一起，第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器作为变流电路的负载，能够在不增加额外的电器元件的前提下，实现直流母线电容的快速放电。

在一个实施例中，第二控制单元520被配置为将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器的电网侧的端子连接在一起。即将第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器组成三角形连接，组成三角形连接的第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器作为变流电路的输出负载，形成电流回路。

在该实施例中，三角形电抗器负载和变流电路的内部损耗的共同作用下，存储在直流母线电容上的电能将很快降至安全电压等级以下，在不增加额外的电器元件的前提下，实现直流母线电容的快速、安全放电。

在另一个实施例中，第二控制单元520被配置为将第一电抗器的电网侧端子与第二电抗器的变流电路侧端子连接；将第二电抗器的电网侧端子与第三电抗器的变流电路侧端子连接；将第三电抗器的电网侧端子与第一电抗器的变流电路侧端子连接。即将第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器组成三角形连接，组成三角形连接的第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器作为变流电路的输出负载，形成电流回路。

在该实施例中，三角形电抗器负载和变流电路的内部损耗的共同作用下，存储在直流母线电容上的电能将很快降至安全电压等级以下，在不增加额外的电器元件的前提下，实现直流母线电容的快速、安全放电。

在本公开的另一个实施例中，如图6所示，该控制器还可以包括igbt控制单元560，被配置为减少向igbt发送的控制信息中的电流周期参数的值，以便增大变流电路输出的电压频率。igbt控制单元560还被配置为控制变流电路中每个igbt的关断时间，以便变流电路输出相位相差120°的三相电流。

在该实施例中，通过自行构造三相互差120°相位的三相电，以及提高变流电路输出的电压频率，利用电抗器的等效阻抗和晶体管开关损耗等进行放电，直到直流母线电容的电压降至安全电压等级以下。能够有效解决目前光伏系统内部的直流母线电容放电系统复杂、放电时间过长、成本过高、器件选型受电压等级限制、整体安全性低等问题。

图7为本公开控制变流器的直流母线电容放电的控制器的另一个实施例的结构示意图。该控制器包括存储器710和处理器720。其中：存储器710可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器710用于存储图2所对应实施例中的指令。处理器720耦接至存储器710，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器720用于执行存储器中存储的指令。

在一个实施例中，还可以如图8所示，该控制器800包括存储器810和处理器820。处理器820通过bus总线830耦合至存储器810。该控制器800还可以通过存储接口840连接至外部存储装置850以便调用外部数据，还可以通过网络接口860连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)，此处不再进行详细介绍。

在该实施例中，通过存储器存储数据指令，再通过处理器处理上述指令，能够在不增加额外的电器元件的前提下，实现直流母线电容的快速放电。

在本公开的另一个实施例中，保护一种控制变流器的直流母线电容放电的系统，该控制变流器的直流母线电容放电的系统包括控制器、变流器、第一开关和第二开关，其中，控制器已在上述实施例中进行了详细介绍，第一开关被配置为在直流母线电容需要放电的情况下，断开第一直流母线和第二直流母线与光伏发电设备之间的连接；以及第二开关被配置为在直流母线电容需要放电的情况下，断开第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器与电网侧的连接，并将第一电抗器、第二电抗器与第三电抗器短接在一起。

在本公开的另一个实施例中，保护一种光伏系统，该光伏系统包括上述的控制变流器的直流母线电容放电的系统以及光伏发电设备。

在另一个实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现图2所对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。