逆变器和逆变器的控制方法与流程

本技术涉及电子电力领域，尤其涉及一种逆变器和逆变器的控制方法。

背景技术：

1、逆变器作为光伏系统的核心部件，市场规模庞大，应用广泛且市场前景看好。逆变器可以将光伏电池板输出的直流能量通过电力变换技术转化为与电网同频、同相、同幅值的交流电，并向电网输送电力。逆变器存在多种多样的形式，其中微型逆变器与传统逆变器相比，可以直接与单个或者两个光伏电池板相连接，实现组件级的最大功率跟踪,单个光伏电池板的工作性能不影响光伏系统其他光伏电池板发电，使得光伏系统的总体发电效率高、发电量大。然而，现有微型逆变器在某些工况下可能会出现逆变器桥臂直通或者没有续流通路，从而导致微型逆变器短路、过电压等，影响光伏系统的正常供电。因此，如何在保证响应多自由度控制的前提下，实现在任何运行工况下都不会使光伏系统的微型逆变器桥臂直通，且任何时刻都存在续流通路，是当前亟待解决的技术问题之一。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种逆变器和逆变器的控制方法，可以使得逆变器不出现副边桥臂直通情况下保持逆变器内的谐振电流流通，避免逆变器过电压，逆变器工作可靠性更高。

2、第一方面，本技术提供了一种逆变器，该逆变器包括原边桥臂、副边桥臂、变压单元、第一电容、第二电容和控制器，副边桥臂包括多个开关管，多个开关管依次串联，第一电容和第二电容串联后并联在多个开关管两端，变压单元的原边绕组连接原边桥臂，变压单元的副边绕组的一端通过电感连接多个开关管，变压单元的副边绕组的另一端连接第一电容和第二电容的串联连接端。控制器用于响应于副边桥臂的输出端电压绝对值不大于预设值，控制副边桥臂的多个开关管由第一工作模式切换到第二工作模式，响应于副边桥臂的输出端电压绝对值大于预设值，控制副边桥臂的多个开关管由第二工作模式切换到第一工作模式。其中，副边桥臂的多个开关管在第一工作模式下同时导通的开关管数量不大于第一数量，副边桥臂的多个开关管在第二工作模式下同时导通的开关管数量不大于第二数量，其中第一数量大于第二数量，且副边桥臂工作在第一工作模式和第二工作模式中的任一工作模式下都与变压单元形成通流回路。

3、在本技术中，逆变器中的控制器可以在逆变器的并网点电压的电压极性不确定的情况下(比如，可以是并网点电压绝对值不大于预设值时)，控制器可以基于并网点电压以及电感上的谐振电流控制副边桥臂的多个开关管动作(可以是由第一工作模式切换到第二工作模式)。或者，逆变器的并网点电压的电压极性确定的情况下(比如，可以是并网点电压绝对值大于预设值时)，控制器可以基于并网点电压以及电感上的谐振电流控制副边桥臂的多个开关管动作(可以是由第二工作模式切换到第一工作模式)。这里，副边桥臂中多个开关管工作在第一工作模式下同时导通的开关管数量至多为第一数量，副边桥臂中多个开关管工作在第二工作模式下同时导通的开关管数量至多为第二数量，且第一数量大于第二数量，即第一工作模式下同时导通的开关管数量大于第二工作模式下同时导通的开关管数量。这里，在电压极性难以确定的情况下副边桥臂中可以保持多个方向相反的开关管关断，方向相反的开关管可以为包含反并联二极管的开关管，且上述包含反并联二极管的开关管的方向不同。上述控制器还可以基于并网点电压以及电感上的谐振电流控制副边桥臂的多个开关管动作，使得逆变器不出现副边桥臂直通情况下保持变压单元与副边桥臂之间的谐振电流流通，避免逆变器过电压，逆变器工作可靠性更高。

4、结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，副边桥臂包括依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的一端作为副边桥臂的第一连接端，第四开关管的一端作为副边桥臂的第二连接端，第二开关管和第三开关管的连接端作为副边桥臂的桥臂中点，且第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管中相邻的开关管方向相反。第一电容和第二电容串联后并联于副边桥臂的第一连接端和第二连接端，变压单元的副边绕组的一端通过电感连接副边桥臂的桥臂中点。控制器用于切换逆变器的工作模式，响应于副边桥臂的输出端电压绝对值大于预设值，控制逆变器切换至第一工作模式，逆变器在第一工作模式下，副边桥臂中同时导通的开关管数量至多为3个，且变压单元与副边桥臂之间的谐振电流导通。响应于副边桥臂的输出端电压绝对值不大于预设值，控制逆变器切换至第二工作模式，逆变器在第二工作模式下，副边桥臂中同时导通的开关管数量至多为2个，且变压单元与副边桥臂之间的谐振电流导通。这里，逆变器中的控制器可以在副边桥臂的第一连接端和第二连接端之间的电压的电压极性确定的情况下控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管动作，使得副边桥臂中同时导通的开关管数量至多为3个，或者在副边桥臂的第一连接端和第二连接端之间的电压的电压极性不确定的情况下控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管动作，使得副边桥臂中同时导通的开关管数量至多为2个(可以是保持至少两个方向相反的开关管关断)，从而避免出现副边桥臂直通、逆变器电路短路的情况。上述控制器还可以基于并网点电压以及电感上的谐振电流控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管动作，使得逆变器不出现副边桥臂直通情况下保持变压单元与副边桥臂之间的谐振电流流通，避免逆变器过电压，逆变器工作可靠性更高。

5、结合第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，第二工作模式包括响应于电感上的谐振电流大于电流预设值且谐振电流的电流方向为流向副边桥臂，控制器用于在预设开关周期内，依次控制第四开关管关断、第二开关管导通、第三开关管关断以及第一开关管导通，并在第一间隔时间后依次控制第一开关管关断、第三开关管导通、第二开关管关断以及第四开关管导通。响应于电感上的谐振电流大于电流预设值且谐振电流的电流方向为流向变压单元，控制器用于在预设开关周期内，依次控制第三开关管关断、第一开关管导通、第四开关管关断以及第二开关管导通，并在第二间隔时间后依次控制第二开关管关断、第四开关管导通、第一开关管关断以及第三开关管导通。响应于电感上的谐振电流不大于电流预设值，控制器用于在预设开关周期内，依次控制第三开关管和第四开关管同时关断、第一开关管和第二开关管同时导通，并在第三间隔时间后依次控制第一开关管和第二开关管同时关断、第三开关管和第四开关管同时导通。这里，在并网点电压的极性不确定时，控制器基于谐振电流的电流方向控制副边桥臂中的开关管，使得上述第一开关管和上述第三开关管中的至少一个开关管保持关断，同时上述第二开关管和上述第四开关管中的至少一个开关管保持关断，使得在保持变压单元与副边桥臂之间的谐振电流流通的情况下，副边桥臂中保持至少两个对顶开关管(或者，方向相反的开关管)关断，从而避免出现副边桥臂直通、逆变器电路短路的情况，提高了逆变器工作的可靠性。

6、结合第一方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，第一工作模式包括响应于第一连接端和第二连接端的电压差值为正，控制器用于在预设开关周期内，控制第二开关管和第四开关管保持导通，依次控制第三开关管关断、第一开关管导通，并在第四间隔时间后依次控制第一开关管关断、第三开关管导通。响应于第一连接端和第二连接端的电压差值为负，控制器用于在预设开关周期内，控制第一开关管和第三开关管保持导通，依次控制第二开关管关断、第四开关管导通，并在第五间隔时间后依次控制第四开关管关断、第二开关管导通。这里，在并网点电压的极性确定时，控制器基于上述第一连接端和上述第二连接端的电压差值的极性控制副边桥臂中的开关管，以控制上述副边桥臂中同时导通的开关管数量至多为3个，使得在保持变压单元与副边桥臂之间的谐振电流流通的情况下，避免出现副边桥臂直通、逆变器电路短路的情况，提高了逆变器工作的可靠性。

7、结合第一方面第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，第一工作模式切换第二工作模式包括，响应于副边桥臂的输出端电压绝对值由大于电压预设值降低至小于电压预设值，且第一连接端和第二连接端的电压差值为正，控制器用于控制第一开关管和第三开关管处于第二工作模式、控制第二开关管和第四开关管保持导通，并在预设时间后控制第二开关管和第四开关管处于第二工作模式。响应于副边桥臂的输出端电压绝对值由大于电压预设值降低至小于电压预设值，且第一连接端和第二连接端的电压差值为负，控制器用于控制第二开关管和第四开关管处于第二工作模式、控制第一开关管和第三开关管保持导通，并在预设时间后控制第一开关管和第三开关管处于第二工作模式。这里，开关管工作在第一工作模式简单易操作，开关管控制损耗低、控制效率高。然而在控制器不能准确判定第一连接端和第二连接端之间的电压极性时，第一工作模式可能会导致副边桥臂直通，从而导致逆变器过电压、过电流，工作可靠性低，因此通过控制器在不能准确判定第一连接端和第二连接端之间的电压极性时切换采取第二工作模式，使得逆变器不出现副边桥臂直通情况下保持变压单元与副边桥臂之间的谐振电流流通，避免逆变器过电压、过电流，逆变器工作可靠性更高。

8、结合第一方面第三种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，第二工作模式切换第一工作模式包括，响应于副边桥臂的输出端电压绝对值由小于电压预设值升高至大于电压预设值，且第一连接端和第二连接端的电压差值为正，控制器用于控制第二开关管和第四开关管保持导通，并在预设时间后控制第一开关管和第三开关管处于第一工作模式。应于副边桥臂的输出端电压绝对值由小于电压预设值升高至大于电压预设值，且第一连接端和第二连接端的电压差值为负，控制器用于控制第一开关管和第三开关管保持导通，并在预设时间后控制第二开关管和第四开关管处于第一工作模式。这里，开关管工作在第二工作模式可以避免副边桥臂直通，逆变器工作可靠性高。然而上述第二工作模式由于操作复杂，开关管控制损耗高，可能会导致控制效率低，因此通过控制器在可以准确判定第一连接端和第二连接端之间的电压极性时切换采取第一工作模式，使得开关管控制策略更加简单，开关管控制损耗更低，提高控制效率。

9、第二方面，本技术提供了一种逆变器的控制方法，方法适用的逆变器包括原边桥臂、副边桥臂、变压单元、第一电容、第二电容和控制器，副边桥臂包括多个开关管，多个开关管依次串联，第一电容和第二电容串联后并联在多个开关管两端，变压单元的原边绕组连接原边桥臂，变压单元的副边绕组的一端通过电感连接多个开关管，变压单元的副边绕组的另一端连接第一电容和第二电容的串联连接端，方法包括响应于副边桥臂的输出端电压绝对值不大于预设值，控制副边桥臂的多个开关管由第一工作模式切换到第二工作模式，响应于副边桥臂的输出端电压绝对值大于预设值，控制副边桥臂的多个开关管由第二工作模式切换到第一工作模式。其中，副边桥臂的多个开关管在第一工作模式下同时导通的开关管数量不大于第一数量，副边桥臂的多个开关管在第二工作模式下同时导通的开关管数量不大于第二数量，其中第一数量大于第二数量，且副边桥臂工作在第一工作模式和第二工作模式中的任一工作模式下都与变压单元形成通流回路。

10、在本技术中，逆变器中的控制器可以在逆变器的并网点电压的电压极性不确定的情况下(比如，可以是并网点电压绝对值不大于预设值时)，控制器可以基于并网点电压以及电感上的谐振电流控制副边桥臂的多个开关管动作(可以是由第一工作模式切换到第二工作模式)。或者，逆变器的并网点电压的电压极性确定的情况下(比如，可以是并网点电压绝对值大于预设值时)，控制器可以基于并网点电压以及电感上的谐振电流控制副边桥臂的多个开关管动作(可以是由第二工作模式切换到第一工作模式)。这里，副边桥臂中多个开关管工作在第一工作模式下同时导通的开关管数量至多为第一数量，副边桥臂中多个开关管工作在第二工作模式下同时导通的开关管数量至多为第二数量，且第一数量大于第二数量，即第一工作模式下同时导通的开关管数量大于第二工作模式下同时导通的开关管数量。这里，在电压极性难以确定的情况下副边桥臂中可以保持多个方向相反的开关管关断，方向相反的开关管可以为包含反并联二极管的开关管，且上述包含反并联二极管的开关管的方向不同。上述控制器还可以基于并网点电压以及电感上的谐振电流控制副边桥臂的多个开关管动作，使得逆变器不出现副边桥臂直通情况下保持变压单元与副边桥臂之间的谐振电流流通，避免逆变器过电压，逆变器工作可靠性更高。

11、结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，副边桥臂包括依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的一端作为副边桥臂的第一连接端，第四开关管的一端作为副边桥臂的第二连接端，第二开关管和第三开关管的连接端作为副边桥臂的桥臂中点，且第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管中相邻的开关管方向相反，第一电容和第二电容串联后并联于副边桥臂的第一连接端和第二连接端，变压单元的副边绕组的一端通过电感连接副边桥臂的桥臂中点，方法包括响应于副边桥臂的输出端电压绝对值大于预设值，控制逆变器切换至第一工作模式，逆变器在第一工作模式下副边桥臂中同时导通的开关管数量至多为3个且变压单元与副边桥臂之间的谐振电流导通。响应于副边桥臂的输出端电压绝对值不大于预设值，控制逆变器切换至第二工作模式，逆变器在第二工作模式下副边桥臂中同时导通的开关管数量至多为2个且变压单元与副边桥臂之间的谐振电流导通。这里，逆变器中的控制器可以在副边桥臂的第一连接端和第二连接端之间的电压的电压极性确定的情况下控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管动作，使得副边桥臂中同时导通的开关管数量至多为3个，或者在副边桥臂的第一连接端和第二连接端之间的电压的电压极性不确定的情况下控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管动作，使得副边桥臂中同时导通的开关管数量至多为2个(可以是保持至少两个方向相反的开关管关断)，从而避免出现副边桥臂直通、逆变器电路短路的情况。上述控制器还可以基于并网点电压以及电感上的谐振电流控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管动作，使得逆变器不出现副边桥臂直通情况下保持变压单元与副边桥臂之间的谐振电流流通，避免逆变器过电压，逆变器工作可靠性更高。

12、结合第二方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，控制逆变器切换至第二工作模式包括响应于电感上的谐振电流大于电流预设值且谐振电流的电流方向为流向副边桥臂，控制器用于在预设开关周期内，依次控制第四开关管关断、第二开关管导通、第三开关管关断以及第一开关管导通，并在第一间隔时间后依次控制第一开关管关断、第三开关管导通、第二开关管关断以及第四开关管导通。响应于电感上的谐振电流大于电流预设值且谐振电流的电流方向为流向变压单元，控制器用于在预设开关周期内，依次控制第三开关管关断、第一开关管导通、第四开关管关断以及第二开关管导通，并在第二间隔时间后依次控制第二开关管关断、第四开关管导通、第一开关管关断以及第三开关管导通。响应于电感上的谐振电流不大于电流预设值，控制器用于在预设开关周期内，依次控制第三开关管和第四开关管同时关断、第一开关管和第二开关管同时导通，并在第三间隔时间后依次控制第一开关管和第二开关管同时关断、第三开关管和第四开关管同时导通。这里，在并网点电压的极性不确定时，控制器基于谐振电流的电流方向控制副边桥臂中的开关管，使得上述第一开关管和上述第三开关管中的至少一个开关管保持关断，同时上述第二开关管和上述第四开关管中的至少一个开关管保持关断，使得在保持变压单元与副边桥臂之间的谐振电流流通的情况下，副边桥臂中保持至少两个对顶开关管(或者，方向相反的开关管)关断，从而避免出现副边桥臂直通、逆变器电路短路的情况，提高了逆变器工作的可靠性。

13、结合第二方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，控制逆变器切换至第一工作模式包括响应于第一连接端和第二连接端的电压差值为正，控制器用于在预设开关周期内，控制第二开关管和第四开关管保持导通，依次控制第三开关管关断、第一开关管导通，并在第四间隔时间后依次控制第一开关管关断、第三开关管导通。响应于第一连接端和第二连接端的电压差值为负，控制器用于在预设开关周期内，控制第一开关管和第三开关管保持导通，依次控制第二开关管关断、第四开关管导通，并在第五间隔时间后依次控制第四开关管关断、第二开关管导通。这里，在并网点电压的极性确定时，控制器基于上述第一连接端和上述第二连接端的电压差值的极性控制副边桥臂中的开关管，以控制上述副边桥臂中同时导通的开关管数量至多为3个，使得在保持变压单元与副边桥臂之间的谐振电流流通的情况下，避免出现副边桥臂直通、逆变器电路短路的情况，提高了逆变器工作的可靠性。

14、结合第二方面第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，方法还包括响应于副边桥臂的输出端电压绝对值由大于电压预设值降低至小于电压预设值，且第一连接端和第二连接端的电压差值为正，控制第一开关管和第三开关管处于第二工作模式、控制第二开关管和第四开关管保持导通，并在预设时间后控制第二开关管和第四开关管处于第二工作模式。响应于副边桥臂的输出端电压绝对值由大于电压预设值降低至小于电压预设值，且第一连接端和第二连接端的电压差值为负，控制第二开关管和第四开关管处于第二工作模式、控制第一开关管和第三开关管保持导通，并在预设时间后控制第一开关管和第三开关管处于第二工作模式。这里，开关管工作在第一工作模式简单易操作，开关管控制损耗低、控制效率高。然而在控制器不能准确判定第一连接端和第二连接端之间的电压极性时，第一工作模式可能会导致副边桥臂直通，从而导致逆变器过电压、过电流，工作可靠性低，因此通过控制器在不能准确判定第一连接端和第二连接端之间的电压极性时切换采取第二工作模式，使得逆变器不出现副边桥臂直通情况下保持变压单元与副边桥臂之间的谐振电流流通，避免逆变器过电压、过电流，逆变器工作可靠性更高。

15、结合第二方面第三种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，方法还包括响应于副边桥臂的输出端电压绝对值由小于电压预设值升高至大于电压预设值，且第一连接端和第二连接端的电压差值为正，控制第二开关管和第四开关管保持导通，并在预设时间后控制第一开关管和第三开关管处于第一工作模式。响应于副边桥臂的输出端电压绝对值由小于电压预设值升高至大于电压预设值，且第一连接端和第二连接端的电压差值为负，控制第一开关管和第三开关管保持导通，并在预设时间后控制第二开关管和第四开关管处于第一工作模式。这里，开关管工作在第二工作模式可以避免副边桥臂直通，逆变器工作可靠性高。然而上述第二工作模式由于操作复杂，开关管控制损耗高，可能会导致控制效率低，因此通过控制器在可以准确判定第一连接端和第二连接端之间的电压极性时切换采取第一工作模式，使得开关管控制策略更加简单，开关管控制损耗更低，提高控制效率。