逆变器加热控制方法、装置及发电系统与流程

1.本发明涉及逆变器保护技术领域，尤其涉及一种逆变器加热控制方法、装置及发电系统。


背景技术：

2.逆变器是把直流电能转变成定频定压或调频调压交流电的转换装置，其广泛应用于光伏系统领域，在低温环境下，逆变器的运行会受到影响，例如低温启动失败，存在较大的可靠性隐患。
3.目前，常见的逆变器加热装置是电阻型的，采用市电给电阻进行加热，加热功率通常在200
‑
300w左右。现有的加热装置存在以下问题：其一，加热装置的功率小，加热效率低，造成逆变器内部温升慢，低温环境下，加热装置投入的运行时间较长，需要等待的时间长，影响整机启动时间；其二，逆变器内部空间存在热损耗，若内部空间设计大，则需要增加加热装置的数量，导致成本增加，安全性降低，且加热装置对于关键部件的加热效果较差，加热作用较弱；其三，加热装置需要配置特定的温度检测单元和控制单元，导致设备成本增加。


技术实现要素：

4.本发明提供一种逆变器加热控制方法，解决了现有的逆变器加热装置加热功率小、空间占比大、启动时间长的问题，有利于改善加热效果，降低成本。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种逆变器加热控制方法，所述逆变器设有阻抗元件，其特征在于，包括以下步骤：获取所述逆变器的实时运行参数；根据所述实时运行参数确定是否满足预设待机条件；若满足所述预设待机条件，则获取所述逆变器当前所在地区的环境温度参数；根据所述环境温度参数及预设低温阈值确定是否满足预设低温条件；若满足所述预设低温条件，则控制所述逆变器切换至无功运行模式，在所述无功运行模式下，所述阻抗元件与电网之间进行能量交互产生热量。
6.可选地，所述逆变器加热控制方法还包括以下步骤：根据所述实时运行参数确定是否满足预设并网条件；若满足所述预设并网条件，则控制所述逆变器切换至发电运行模式。
7.可选地，所述实时运行参数包括：逆变器的实时直流母线电压；所述根据所述实时运行参数确定是否满足预设并网条件，包括以下步骤：判断所述实时直流母线电压是否高于预设并网电压阈值；若所述实时直流母线电压高于所述预设并网电压阈值，则判定满足预设并网条件。
8.可选地，在判断所述实时运行参数满足预设待机条件之后，还包括以下步骤：将所述逆变器的运行状态切换至停机模式；若所述环境温度参数满足所述预设低温条件，则控制所述逆变器切换至所述无功运行模式。
9.可选地，获取所述逆变器当前所在地区的环境温度参数，包括以下步骤：获取所述
逆变器当前所在地区预设月份中预设时间段内的至少一个环境温度；根据所述预设月份及所述至少一个环境温度建立环境温度日志；获取所述逆变器的实时月份；根据所述实时月份对所述环境温度日志进行查表，确定所述环境温度参数，所述环境温度参数包括至少一个环境温度。
10.可选地，根据所述环境温度参数及预设低温阈值确定是否满足预设低温条件，包括以下步骤：获取所述环境温度参数中的最低温度；判断所述最低温度是否低于所述预设低温阈值；若所述最低温度低于所述预设低温阈值，则判定满足预设低温条件。
11.可选地，所述实时运行参数包括有功输出功率和直流输入电流，根据所述实时运行参数确定是否满足预设待机条件，包括以下步骤：判断所述有功输出功率是否小于或者等于预设功率阈值；若所述有功输出功率小于或者等于所述预设功率阈值，且持续时间大于第一预设时间阈值，则确定满足预设待机条件；或者，判断所述直流输入电流是否小于或者等于预设电流阈值；若所述直流输入电流小于或者等于所述预设电流阈值，且持续时间大于第二预设时间阈值，则确定满足预设待机条件。
12.可选地，所述控制所述逆变器切换至无功运行模式，包括以下步骤：获取并网点电压参数、并网点无功功率测量值及并网点无功功率阈值；根据所述并网点电压参数、所述并网点无功功率测量值及所述并网点无功功率阈值确定所述逆变器的无功输出功率；根据所述无功输出功率控制逆变器工作于所述无功运行模式。
13.第二方面，本发明实施例还提供了一种逆变器加热控制装置，包括：参数设置单元，用于获取所述逆变器当前所在地区的环境温度参数；检测单元，用于获取所述逆变器的实时运行参数；控制单元，用于根据所述实时运行参数确定是否满足预设待机条件，并在满足所述预设待机条件时，根据所述环境温度参数及预设低温阈值确定是否满足预设低温运行条件，以及在满足所述预设低温运行条件时，控制所述逆变器进入无功运行模式。
14.第三方面，本发明实施例还提供了一种发电系统，包括上述逆变器加热控制装置。
15.本发明实施例提供的发电系统，设置逆变器加热控制装置，该装置用于执行逆变器加热控制方法，该方法通过逆变器的实时运行参数，根据实时运行参数判断逆变器是否即将进入待机模式，在逆变器进入待机模式之前，根据环境温度参数和预设低温阈值判断是否需要启动低温加热，若需要启动低温加热，则控制逆变器切换至无功运行模式，在无功运行模式下，逆变器的阻抗元件运行发热，维持器件自身温度及逆变器内部环境温度，避免环境温度过低导致的逆变器重启失败，解决了现有的逆变器加热装置加热功率小、空间占比大、启动时间长的问题，有利于改善加热效果，提高低温运行可靠性，降低生产成本。
附图说明
16.图1是本发明实施例一提供的一种逆变器加热控制方法的流程图；
17.图2是本发明实施例一提供的另一种逆变器加热控制方法的流程图；
18.图3是本发明实施例一提供的又一种逆变器加热控制方法的流程图；
19.图4是本发明实施例二提供的一种逆变器加热控制装置的结构示意图；
20.图5是本发明实施例三提供的一种发电系统的结构示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
22.实施例一
23.图1是本发明实施例一提供的一种逆变器加热控制方法的流程图，本实施例可适用于光伏系统在低温区域并网运行的应用场景，该光伏系统在日照充足时通过逆变器与电网的并网点连接，该逆变器设有阻抗元件，该方法可以由配置有特定软件程序及硬件结构的逆变器控制器来执行。
24.如图1所示，该逆变器加热控制方法具体包括如下步骤：
25.步骤s1：获取逆变器的实时运行参数。
26.其中，实时运行参数用于表示逆变器的实时输入及输出运行状态。
27.可选地，实时运行参数包括逆变器的实时直流母线电压、输出电压、直流输入电流及有功输出功率。
28.步骤s2：根据实时运行参数确定是否满足预设待机条件。
29.其中，预设待机条件是指由于光照不足或者其他原因引起停机时逆变器的参数阈值，该参数阈值可包括逆变器的输出功率阈值和直流输入电流阈值。
30.可选地，根据实时运行参数确定是否满足预设待机条件，包括以下步骤：判断有功输出功率p是否小于或者等于预设功率阈值p
th
；若有功输出功率p小于或者等于预设功率阈值p
th
，且持续时间大于第一预设时间阈值，则确定满足预设待机条件；或者，判断直流输入电流i是否小于或者等于预设电流阈值i
th
；若直流输入电流i小于或者等于预设电流阈值，且持续时间大于第二预设时间阈值，则确定满足预设待机条件，其中，可设置第一预设时间阈值等于第二预设时间阈值。
31.其中，预设功率阈值p
th
及预设电流阈值i
t
可为逆变器即将停机时，输出功率及直流输入电流的参数阈值。
32.本实施例中，可根据逆变器运行过程中记录的最大有功输出功率设置预设功率阈值p
th
，根据逆变器运行过程中记录的最大直流输入电流设置预设电流阈值i
th
。
33.示例性地，若定义逆变器的最大有功输出功率为pmax、最大直流输入电流为imax，则预设功率阈值p
th
可设置为低于最大有功输出功率pmax*10％的任一数值，预设电流阈值i
th
可设置为低于最大直流输入电流imax*10％的任一数值，对预设功率阈值p
th
及预设电流阈值i
th
的具体数值不作限制。
34.步骤s3：若满足预设待机条件，则获取逆变器当前所在地区的环境温度参数。
35.其中，环境温度参数可为逆变器当前所在地区在夜间的环境温度，可根据当前所在地区在全年不同月份的温度数据集和当前时刻所处的月份进行确定。
36.本实施例中，可通过大数据统计技术采集并存储逆变器所在地区的环境温度，并根据数据比对分析自动确定该环境温度参数，或者，也可根据实际需求由操作人员进行人为设置确定该环境温度参数，对此不作限制。
37.步骤s4：根据环境温度参数及预设低温阈值tmin确定是否满足预设低温条件。
38.步骤s5：若环境温度参数满足预设低温条件，则控制逆变器切换至无功运行模式，
在无功运行模式下，阻抗元件与电网之间进行能量交互产生热量。
39.本实施例中，若环境温度参数不满足预设低温条件，则控制逆变器切换至停机模式，逆变器停止工作。
40.具体地，在日照充足时，逆变器将光伏系统输出的直流母线电压转换为交流电压，并将交流电压传输至电网，通过逆变器控制器检测逆变器的有功输出功率或直流输入电流，若有功输出功率p≤预设功率阈值p
th
，且低功率输出的持续时间大于第一预设时间阈值，或者，直流输入电流i≤预设电流阈值i
th
，且低电流持续时间大于第二预设时间阈值，则判定逆变器即将进入待机模式，逆变器不关机，并获取当前所在地区的环境温度参数，判断环境温度参数中的最低值是否低于预设低温阈值tmin，若环境温度参数中的最低值低于预设低温阈值tmin，则判定满足预设低温条件，控制逆变器切换至无功运行模式，在无功运行模式下，逆变器的输出电流的相位滞后于电网电压的相位，逆变器的阻抗元件保持低功率运行，与电网之间进行能量交互，将电网的电能转换为阻抗元件的热能，维持器件自身温度及逆变器内部环境温度，避免环境温度过低导致的逆变器重启失败，解决了现有的逆变器加热装置加热功率小、空间占比大、启动时间长的问题，有利于改善加热效果，提高低温运行可靠性，降低生产成本。
41.图2是本发明实施例一提供的另一种逆变器加热控制方法的流程图。
42.可选地，如图2所示，在逆变器切换至无功运行模式之后，该逆变器加热控制方法还包括以下步骤：
43.步骤s6：根据实时运行参数确定是否满足预设并网条件。
44.其中，预设并网条件是指达到光伏系统投入并网的条件。
45.可选地，实时运行参数包括：逆变器的实时直流母线电压；根据实时运行参数确定是否满足预设并网条件，包括以下步骤：判断实时直流母线电压是否高于预设并网电压阈值；若实时直流母线电压高于预设并网电压阈值，则判定满足预设并网条件。
46.其中，预设并网电压阈值是指满足预设并网条件时，光伏系统输出的最低直流母线电压值。
47.步骤s7：若满足预设并网条件，则控制逆变器切换至发电运行模式。
48.具体地，在逆变器切换至无功运行模式之后，持续检测逆变器的实时直流母线电压，若实时直流母线电压高于预设并网电压阈值，则判定满足预设并网条件，控制逆变器切换至发电运行模式，在发电运行模式下，根据并网点电压参数及实时直流母线电压调节开关管驱动信号，以使逆变器的输出电压等于并网点电压参数。
49.图3是本发明实施例一提供的又一种逆变器加热控制方法的流程图，本实施例中逆变器停机后，在低温环境下再次运行并维持无功运行。
50.可选地，如图3所示，在判断实时运行参数满足预设待机条件之后，还包括以下步骤：
51.步骤s201：将逆变器的运行状态切换至停机模式。
52.步骤s202：判断停机时间是否达到预设停机时间，其中，预设停机时间可为2小时。
53.若停机时间达到预设停机时间，则执行步骤s203。
54.步骤s203：获取逆变器当前所在地区的环境温度参数，并执行后续步骤s4和步骤s5，在环境温度参数满足预设低温条件时，控制逆变器切换至发电运行模式。
55.其中，判断环境温度参数是否满足预设低温条件与前述方法相同，在此不再赘述。具体地，在停机模式下，逆变器的开关管全部关断，输出功率等于零，在停机时间达到预设停机时间之后，若当前所在地区的环境温度参数满足预设低温条件，则控制逆变器切换至无功运行模式，在无功运行模式下，逆变器的输出电流的相位滞后于电网电压的相位，逆变器的阻抗元件保持低功率运行，与电网之间进行能量交互，将电网的电能转换为阻抗元件的热能，维持器件自身温度及逆变器内部环境温度，通过停机模式与无功运行模式的结合，有利于降低能耗，且避免逆变器持续运行损毁元器件，延长设备使用寿命。
56.需要说明的是，在逆变器停机之后，若需要将逆变器切换至无功运行状态，则先控制备用电源投入，以使备用电源对逆变器提供直流母线电压。
57.可选地，获取逆变器当前所在地区的环境温度参数，包括以下步骤：获取逆变器当前所在地区预设月份中预设时间段内的至少一个环境温度；根据预设月份及至少一个环境温度建立环境温度日志；获取逆变器的实时月份；根据实时月份对环境温度日志进行查表，确定环境温度参数，环境温度参数包括至少一个环境温度。
58.其中，预设月份可包括全年的所有月份或者部分寒冷季节月份，例如，预设月份可包括每年的1月、2月、3月、10月、11月及12月。预设时间段可为包括夜间时间段，例如，预设时间段可具体为夜间22:00至凌晨6:00。
59.示例性地，可通过温度传感器检测环境温度，在预设月份，每间隔预设间隔时间(例如为半小时)记录一个温度值，形成预设月份预设时间段内的环境温度日志，通过对环境温度日志进行查表，确定当前的环境温度。
60.具体地，在逆变器停机之前，可获取当前的实时月份，将实时月份代入环境温度日志中，将环境温度日志中与实时月份相同的预设月份再预设时间段内的环境温度确定为当前的环境温度参数。
61.可选地，根据环境温度参数及预设低温阈值tmin确定是否满足预设低温条件，包括以下步骤：获取环境温度参数中的最低温度；判断最低温度是否低于预设低温阈值tmin；若最低温度低于预设低温阈值tmin，则判定满足预设低温条件。
62.其中，预设低温阈值tmin可设置为维持逆变器正常启动的最低温度值。示例性地，预设低温阈值tmin可等于零下30摄氏度。
63.具体地，环境温度参数中的最低温度是当前所在区域在夜间能达到的最低温度，若该最低温度低于预设低温阈值tmin，则判定当前月份满足预设低温条件，在傍晚逆变器停机之前，控制逆变器运行在无功运行模式，以使逆变器内部的阻抗元件持续低功率运行发热，对逆变器进行自加热，避免采用独立的加热装置对逆变器进行低温加热，降低生产成本。
64.可选地，控制逆变器切换至无功运行模式，包括以下步骤：获取并网点电压参数、并网点无功功率测量值及并网点无功功率阈值；根据并网点电压参数、并网点无功功率测量值及并网点无功功率阈值确定逆变器的无功输出功率；根据无功输出功率控制逆变器工作在无功运行模式。
65.其中，并网点电压参数包括光伏系统并网点的电网电压值及其相位角，并网点无功功率测量值是指光伏系统并网点的电网无功功率值，并网点无功功率阈值包括电网调度指令中的无功功率最大值和最小值。
66.具体地，在无功运行模式下，阻抗元件工作在振动状态，在开关管闭合时，根据并网点电压参数调节输出电流的相位角，以使输出电流的相位滞后于电网电压的相位，并通过并网点无功功率测量值及并网点无功功率阈值计算逆变器的无功输出功率，调节驱动开关管的pwm信号占空比，以使逆变器输出等于该无功输出功率，有利于避免逆变器自加热影响电能质量。
67.可选地，该逆变器加热控制方法还包括以下步骤：获取逆变器内部的实时温度；判断实时温度是否超过预设高温阈值；若实时温度超过预设高温阈值，则控制逆变器切换至停机模式；若停机模式的持续时间达到预设等待时间，则控制逆变器切换至无功运行模式。
68.具体地，在发电运行模式及无功运行模式下，逆变器持续运行，若实时温度超过预设高温阈值，即逆变器内部温度过高，则控制逆变器停机，在停机时间达到预设等待时间，且环境温度参数满足预设低温条件，则控制逆变器切换至无功运行模式，在无功运行模式下，逆变器的输出电流的相位滞后于电网电压的相位，逆变器的阻抗元件保持低功率运行，与电网之间进行能量交互，将电网的电能转换为阻抗元件的热能，维持器件自身温度及逆变器内部环境温度。
69.实施例二
70.基于上述实施例，本发明实施例二提供了一种逆变器加热控制装置，本发明实施例所提供的逆变器加热控制装置可执行本发明任意实施例所提供的逆变器加热控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
71.图4是本发明实施例二提供的一种逆变器加热控制装置的结构示意图。
72.如图4所示，该逆变器加热控制装置100包括：参数设置单元10、检测单元20及控制单元30，其中，参数设置单元10，用于获取逆变器当前所在地区的环境温度参数；检测单元20，用于获取逆变器的实时运行参数；控制单元30，用于根据实时运行参数确定是否满足预设待机条件，并在满足预设待机条件时，根据环境温度参数及预设低温阈值确定是否满足预设低温运行条件，以及在满足预设低温运行条件时，控制逆变器进入无功运行模式，在无功运行模式下，逆变器的阻抗元件与电网之间进行能量交互产生热量。
73.可选地，控制单元30还用于在逆变器处于无功运行模式时，根据实时运行参数确定是否满足预设并网条件，并在逆变器处于无功运行模式，且满足预设并网条件时，控制逆变器切换至发电运行模式。
74.可选地，控制单元30包括存储子单元，该存储子单元用于存储预设并网电压阈值，控制单元30用于判断实时直流母线电压是否高于预设并网电压阈值，并在实时直流母线电压高于预设并网电压阈值时，判定满足预设并网条件。
75.可选地，控制单元30还用于在判断实时运行参数满足预设待机条件时将逆变器的运行状态切换至停机模式，并在环境温度参数满足预设低温条件时，控制逆变器切换至无功运行模式。
76.可选地，参数设置单元10用于获取逆变器当前所在地区预设月份中预设时间段内的至少一个环境温度；根据预设月份及至少一个环境温度建立环境温度日志；获取逆变器的实时月份；以及根据实时月份对环境温度日志进行查表，确定环境温度参数，环境温度参数包括至少一个环境温度。
77.可选地，控制单元30用于获取环境温度参数中的最低温度，并在最低温度低于预
设低温阈值时，判定满足预设低温条件。
78.可选地，实时运行参数包括有功输出功率和直流输入电流，控制单元30还用于在有功输出功率小于或者等于预设功率阈值且持续时间大于第一预设时间阈值，或者，有功输出功率小于或者等于预设电流阈值且持续时间大于第二预设时间阈值时，判定满足预设待机条件。
79.可选地，控制单元30还包括功率因数获取子单元和驱动子单元，功率因数获取子单元用于获取并网点电压参数、并网点无功功率测量值及并网点无功功率阈值，并根据并网点电压参数、并网点无功功率测量值及并网点无功功率阈值确定逆变器的无功输出功率，驱动子单元用于根据无功输出功率控制逆变器工作于无功运行模式。
80.本发明实施例提供的逆变器加热控制装置，用于执行逆变器加热控制方法，该方法通过逆变器的实时运行参数，根据实时运行参数判断逆变器是否即将进入待机模式，在逆变器进入待机模式之前，根据环境温度参数和预设低温阈值判断是否需要启动低温加热，若需要启动低温加热，则控制逆变器切换至无功运行模式，在无功运行模式下，逆变器的阻抗元件运行发热，维持器件自身温度及逆变器内部环境温度，避免环境温度过低导致的逆变器重启失败，解决了现有的逆变器加热装置加热功率小、空间占比大、启动时间长的问题，有利于改善加热效果，提高低温运行可靠性，降低生产成本。
81.实施例三
82.本发明实施例还提供了一种发电系统，该发电系统可为光伏发电系统。
83.图5是本发明实施例三提供的一种发电系统的结构示意图。
84.如图5所示，该发电系统200包括上述逆变器加热控制装置100。
85.本发明实施例提供的发电系统，设置逆变器加热控制装置，该装置用于执行逆变器加热控制方法，该方法通过逆变器的实时运行参数，根据实时运行参数判断逆变器是否即将进入待机模式，在逆变器进入待机模式之前，根据环境温度参数和预设低温阈值判断是否需要启动低温加热，若需要启动低温加热，则控制逆变器切换至无功运行模式，在无功运行模式下，逆变器的阻抗元件运行发热，维持器件自身温度及逆变器内部环境温度，避免环境温度过低导致的逆变器重启失败，解决了现有的逆变器加热装置加热功率小、空间占比大、启动时间长的问题，有利于改善加热效果，提高低温运行可靠性，降低生产成本。
86.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。