一种逆变器功率开关管动态保护控制方法与流程

1.本发明涉及光伏发电系统技术领域，尤其涉及一种逆变器功率开关管动态保护控制方法。


背景技术：

2.随着光伏逆变器市场应用越来越广，逆变器在整机成本上有着较大的压力，使用单管并联相对模块集成来说可有效降低功率开关管器件成本，但单管并联的使用势必会导致pcb线路寄生参数变大，从而导致功率开关管在开关状态下的电压应力更加恶劣，故急需一种更可靠的功率开关管动态保护方法。
3.光伏逆变器若处于不稳定状态运行，如光伏电池电压突变、市电短路、市电电压突变等，功率开关管易出现高电压和大电流的工况，本身逆变内部参数处于极限设计状态，若如果不对逆变器保护阈值进行调整，功率开关应力会超器件范围，导致过压损坏或者过流损坏。
4.针对以上应用问题，需要提出一种新的解决方法，通过对采样信号进行处理后得到满足功率晶体开关管安全工作要求的硬件逐波限流与硬件过流保护处理，实现对功率开关管的可靠保护。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提出一种逆变器功率开关管动态保护控制方法，该逆变器功率开关管动态保护控制方法通过逆变器输入电压、母线电压、输出功率与功率开关管保护门限，进行逆变器功率开关管的逐波限流与硬件过流保护的动态控制，实现对功率开关管的可靠保护，方法实现简单，在原有基础上无新增器件，节省成本。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种逆变器功率开关管动态保护控制方法，应用于逆变器的采样与控制单元，所述采样与控制单元与逆变器母线相连，同时连接到功率开关管；所述功率开关管通过串联或并联等方式连接到母线，同时也接到逆变器交流输出端；所述控制方法包括以下步骤：所述采样与控制单元监控并获取逆变器输入电压和母线电压，转换为低压模信号传输到逆变器系统控制模块，并与预设的逆变器母线电压及输出功率的动态阀值进行比较，根据比较结果调整功率开关管保护门限，进行逆变器功率开关管的逐波限流与硬件过流保护的动态控制，所述逆变器输入电压最大值为u4，触发高压降载的逆变器输入电压阀值为u3’；当逆变器输入电压小于u3’时输出最大输出功率pm，所述功率开关管的逐波限流与硬件过流点根据逆变器输出功率的动态线性变化设置为原设定值；当逆变器输入电压处于输入电压最大值u4与触发高压降载的逆变器输入电压阀值之间并将输出功率限制为pm/n的点u3时，所述功率开关管逐波限流与硬件过流点根据逆变器输出功率的动态线性变化设置为原设定值的1/n。
7.优选地，所述功率开关管保护门限包括输出功率阀值及电流过流阈值。
8.优选地，当逆变器输入电压为ux时，所述逆变器的输出功率为所述功率开关管逐波限流与硬件过流点根据逆变器输出功率的动态线性变化设置为原设定值的倍，其中，u3≤ux≤u4。
9.优选地，所述采样与控制单元获取逆变器的母线电压udc，逆变器的母线电压最高值为udc3，逆变器的母线电压的第一阈值为udc1’，逆变器的母线电压的第二阈值点为udc2’；当逆变器的母线电压udc小于第一阈值udc1’时，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点设置为初始值iocp，当逆变器的母线电压达到第一阈值点udc1’而未到第二阈值点udc2’时，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点降至初始值iocp的倍，当逆变器的母线电压超过第二阈值点udc2’后，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点降低至初始值iocp的倍。
10.优选地，当逆变器输入电压到达u3’后开始进入高压降载，此时逆变器对应的母线电压为udc4’；逐波限流与硬件过流阈值点同步下降，当逆变器的母线电压udc小于udc4’时，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点设置为初始值iocp，当逆变器的母线电压到达udc4’后，所述逆变器系统控制模块开始触发所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点调整曲线，当逆变器的母线电压udc在udc4’与udc3之间时，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点降至初始值iocp的倍，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点跟随逆变器母线电压ux动态调整。
11.优选地，所述逆变器输入电压upv在upv1到upv2之间，所述逆变器系统控制模块控制母线电压udc固定为udc1；所述逆变器输入电压大于upv2时，所述逆变器系统控制模块控制母线电压udc进入浮动，udc＝upv/m，其中，m为小于1的浮动系数；所述逆变器输入电压upv大于upv3时，所述逆变器系统控制模块控制母线电压udc固定为ud3。
12.优选地，通过采样与控制单元获取逆变器输入电压和母线电压，通过逆变器系统控制模块计算并判断当前用于保护功率开关管的保护阀值是否满足预设的逆变器母线电压及输出功率的动态阀值，若否，则维持当前状态继续运行。
13.优选地，通过采样与控制单元采样获取逆变器输入电压和母线电压，通过逆变器系统控制模块计算并判断当前用于保护功率开关管的动态阈值是否满足预设的逆变器母线电压及输出功率的动态阀值，若是，则根据预设预设的逆变器母线电压及输出功率的动态阀值进行阈值调整，继续判断阈值是否合适，重复上述操作。
14.优选地，所述功率开关管逐波限流与硬件过流点动态阈值保护可设置于光伏逆变器系统的直流侧或交流侧。
15.采用上述方法之后，逆变器功率开关管动态保护控制方法，应用于逆变器的采样与控制单元，所述采样与控制单元与逆变器母线相连，同时连接到功率开关管；所述功率开关管通过串联或并联等方式连接到母线，同时也接到逆变器交流输出端；所述控制方法包括以下步骤：所述采样与控制单元监控并获取逆变器输入电压和母线电压，转换为低压模信号传输到逆变器系统控制模块，并与预设的逆变器母线电压及输出功率的动态阀值进行
比较，根据比较结果调整功率开关管保护门限，进行逆变器功率开关管的逐波限流与硬件过流保护的动态控制，所述逆变器输入电压最大值为u4，触发高压降载的逆变器输入电压阀值为u3’；当逆变器输入电压小于u3’时输出最大输出功率pm，所述功率开关管的逐波限流与硬件过流点根据逆变器输出功率的动态线性变化设置为原设定值；当逆变器输入电压处于输入电压最大值u4与触发高压降载的逆变器输入电压阀值之间并将输出功率限制为pm/n的点u3时，所述功率开关管逐波限流与硬件过流点根据逆变器输出功率的动态线性变化设置为原设定值的1/n；该逆变器功率开关管动态保护控制方法通过逆变器输入电压、母线电压、输出功率与功率开关管保护门限，进行逆变器功率开关管的逐波限流与硬件过流保护的动态控制，实现对功率开关管的可靠保护，方法实现简单，在原有基础上无新增器件，节省成本。
附图说明
16.图1为本发明逆变器功率开关管动态保护控制方法的控制连接图；
17.图2为本发明逆变器功率开关管动态保护控制方法的逆变器输出限功率曲线图；
18.图3为本发明逆变器功率开关管动态保护控制方法的逐波限流与硬件过流动态非线性调整图；
19.图4为本发明逆变器功率开关管动态保护控制方法的逐波限流与硬件过流动态线性调整图；
20.图5为本发明逆变器功率开关管动态保护控制方法的输入电压与直流母线电压映射关系图。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
22.实施例一
23.请参阅图1及图2，图1为本发明逆变器功率开关管动态保护控制方法的控制连接图；图2为本发明逆变器功率开关管动态保护控制方法的逆变器输出限功率曲线图；本实施例公开了一种逆变器功率开关管动态保护控制方法，应用于逆变器的采样与控制单元，
24.如图1所示，为本发明逆变器功率开关管动态保护控制方法的控制连接图，通过光伏逆变主系统，采样信号、阈值信号、信号传递路径，组成光伏逆变器功率开关管逐波限流与硬件过流动态保护系统。
25.请参阅图5，图5为本发明逆变器功率开关管动态保护控制方法的输入电压与直流母线电压映射关系图；在本实施例中，所述逆变器系统控制模块控制母线电压udc固定为udc1；所述逆变器输入电压大于upv2时，所述逆变器系统控制模块控制母线电压udc进入浮动，udc＝upv/m，其中，m为小于1的浮动系数；所述逆变器输入电压upv大于upv3时，所述逆变器系统控制模块控制母线电压udc固定为ud3，可防止逆变器输入电压upv较高导致逆变器直流母线浮动过高，使逐波限流与硬件过流保护失效而损坏功率开关管。
26.在本实施例中，所述采样与控制单元与逆变器母线相连，同时连接到功率开关管；
所述功率开关管通过串联或并联等方式连接到母线，同时也接到逆变器交流输出端；所述控制方法包括以下步骤：所述采样与控制单元监控并获取逆变器输入电压和母线电压，转换为低压模信号传输到逆变器系统控制模块，并与预设的逆变器母线电压及输出功率的动态阀值进行比较，根据比较结果调整功率开关管保护门限，进行逆变器功率开关管的逐波限流与硬件过流保护的动态控制，所述逆变器输入电压最大值为u4，触发高压降载的逆变器输入电压阀值为u3’；
27.逆变器输入电压upv最大值为u4，逆变器输入电压upv小于u3’可以输出最大输出功率pm，当upv大于u3’时触发高压降载，当逆变器输入电压upv继续上升到u4时，逆变器输出功率降到零；
28.当逆变器输入电压小于u3’时输出最大输出功率pm，所述功率开关管的逐波限流与硬件过流点根据逆变器输出功率的动态线性变化设置为原设定值；当逆变器输入电压处于输入电压最大值u4与触发高压降载的逆变器输入电压阀值之间并将输出功率限制为pm/n的点u3时，所述功率开关管逐波限流与硬件过流点根据逆变器输出功率的动态线性变化设置为原设定值的1/n。
29.本实施例中，当逆变器输入电压为ux时，所述逆变器的输出功率为所述功率开关管逐波限流与硬件过流点根据逆变器输出功率的动态线性变化设置为原设定值的倍，其中，u3≤ux≤u4。
30.所述功率开关管逐波限流与硬件过流动态调整即可采用线性调整或者非线性调整。
31.在本实施例中，通过采样与控制单元获取逆变器输入电压和母线电压，通过逆变器系统控制模块计算并判断当前用于保护功率开关管的保护阀值是否满足预设的逆变器母线电压及输出功率的动态阀值，若否，则维持当前状态继续运行；
32.通过采样与控制单元采样获取逆变器输入电压和母线电压，通过逆变器系统控制模块计算并判断当前用于保护功率开关管的动态阈值是否满足预设的逆变器母线电压及输出功率的动态阀值，若是，则根据预设预设的逆变器母线电压及输出功率的动态阀值进行阈值调整，继续判断阈值是否合适，重复上述操作。
33.实施例二
34.请参阅图3，图3为本发明逆变器功率开关管动态保护控制方法的逐波限流与硬件过流动态非线性调整图；
35.本实施例中，所述功率开关管逐波限流与硬件过流动态调整采用非线性调整，所述采样与控制单元获取逆变器的母线电压udc，逆变器的母线电压最高值为udc3，逆变器的母线电压的第一阈值为udc1’，逆变器的母线电压的第二阈值点为udc2’；当逆变器的母线电压udc小于第一阈值udc1’时，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点设置为初始值iocp，当逆变器的母线电压达到第一阈值点udc1’而未到第二阈值点udc2’时，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点降至初始值iocp的倍，当逆变器的母线电压超过第二阈值点udc2’后，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点降低至初始值
iocp的倍。
36.实施例三
37.请参阅图4，图4为本发明逆变器功率开关管动态保护控制方法的逐波限流与硬件过流动态线性调整图；
38.本实施例中，所述功率开关管逐波限流与硬件过流动态调整采用非线性调整，当逆变器输入电压到达u3’后开始进入高压降载，此时逆变器对应的母线电压为udc4’；逐波限流与硬件过流阈值点同步下降，当逆变器的母线电压udc小于udc4’时，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点设置为初始值iocp，当逆变器的母线电压到达udc4’后，所述逆变器系统控制模块开始触发所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点调整曲线，当逆变器的母线电压udc在udc4’与udc3之间时，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点降至初始值iocp的倍，所述功率开关管逐波限流与硬件过流阈值点跟随逆变器母线电压ux动态调整。
39.实施例四
40.在本实施例中，所述功率开关管逐波限流与硬件过流点动态阈值保护可设置于光伏逆变器系统的直流侧或交流侧。
41.本实施例的功率开关管可以为igbt或mosfet管，在其他实施例中，也可以为其他类型的功率器件。
42.该逆变器功率开关管动态保护控制方法通过逆变器输入电压、母线电压、输出功率与功率开关管保护门限，进行逆变器功率开关管的逐波限流与硬件过流保护的动态控制，实现对功率开关管的可靠保护，方法实现简单，在原有基础上无新增器件，节省成本。
43.应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。