功率变换装置及其控制方法与流程

本技术涉及电源，尤其涉及一种功率变换装置及其控制方法。

背景技术：

1、在光伏系统发生快速关断时，为了保证安全，要求光伏系统中逆变器的任意直流输入导体之间、任意直流输入导体对地的电压均需要在30秒内降低到30v以内。

2、目前，为了满足上述快速放电的要求，逆变器主要采用图1所示的结构示意图。如图1所示，逆变器在直流母线bus处增加了能量吸收电路，该能量吸收电路通常采用阻值较小的放电电阻。在光伏系统发生快速关断时，逆变器收到快速关断指令会保护关机，先通过辅助电源主动对母线电容cbus进行放电，当母线电容电压由于辅助电源放电降低时，辅助电源可能会触发过流保护或因辅助电源中可控开关管的占空比较大导致可控开关管的驱动电压不足而关机。在辅助电源关机后，通过能量吸收电路对母线电容cbus进行放电。

3、上述逆变器中，辅助电源在对母线电容cbus放电的过程中，可能会触发过流保护或因辅助电源中可控开关管的占空比较大导致可控开关管的驱动电压不足而使辅助电源关机，因此辅助电源的关机点(即辅助电源关机时的输入电压)通常较高，使得能量吸收电路的放电功率增大，从而导致能量吸收电路的体积较大，进而导致逆变器的体积和电路成本增大。

技术实现思路

1、本技术提供了一种功率变换装置及其控制方法，可减小功率变换装置的体积，并降低功率变换装置的电路成本。

2、第一方面，本技术提供了一种功率变换装置，该功率变换装置包括输入端、逆变电路、辅助电源、第一控制器和输出端，功率变换装置的输入端用于连接直流电源，功率变换装置的输出端用于连接交流电网，辅助电源包括电压调节电路。其中，逆变电路的输入端连接功率变换装置的输入端，逆变电路的输出端连接功率变换装置的输出端。辅助电源用于将逆变电路的输入电压直流变换后向第一控制器输出供电电压。电压调节电路用于在逆变电路的输入电压小于第一电压阈值的情况下，控制辅助电源的输出端与参考地之间的阻抗值增大，以使辅助电源的输出电压降低。

3、在本实施方式中，在功率变换装置发生快速关断时，逆变电路的输入电压会下降。辅助电源在逆变电路的输入电压小于第一电压阈值时控制自身的输出电压降低，可有效避免由于逆变电路的输入电压较低而辅助电源中开关管的占空比较大导致开关管的驱动电压不足而使辅助电源提前关机的情况，从而降低辅助电源的关机点，使功率变换装置在快速关断时可以通过辅助电源将逆变电路的输入电压降低地更低，进而减小功率变换装置的体积，并降低功率变换装置的电路成本。

4、结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，辅助电源还包括第二控制器和第一dc/dc变换电路，第一dc/dc变换电路的输入端连接辅助电源的输入端，第一dc/dc变换电路的输出端连接辅助电源的输出端。第二控制器用于控制第一dc/dc变换电路中开关管的占空比，以对逆变电路的输入电压进行直流变换。第二控制器还用于在辅助电源的输出电压降低的情况下，控制第一dc/dc变换电路中开关管的占空比减小。

5、在本实施方式中，由于辅助电源的输出电压大小和第一dc/dc变换电路中开关管的占空比大小均会影响辅助电源的关机点高低，因此，辅助电源在其输出电压降低时减小第一dc/dc变换电路中开关管的占空比，可进一步降低辅助电源的关机点，使辅助电源将逆变电路的输入电压进一步降得更低，从而进一步减小功率变换装置的体积，并降低功率变换装置的电路成本。

6、结合第一方面或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，辅助电源还包括第二控制器。电压调节电路还用于在逆变电路的输入电压小于第二电压阈值的情况下，控制第二控制器关闭，其中，第二电压阈值小于第一电压阈值。

7、在本实施方式中，功率变换装置在通过辅助电源降低逆变电路的输入电压的过程中，当逆变电路的输入电压过低时，控制第二控制器关闭以使辅助电源停止工作，从而使得母线电压在辅助电源停止工作后通过功率变换装置的直流侧电阻继续降低，以满足功率变换装置在发生快速关断时对其直流侧电压的快速降低要求。该实施方式无需增加能量吸收电路，通过辅助电源和功率变换装置的直流侧电阻即可将逆变电路的输入电压快速降低，可有效减小功率变换装置的体积，并降低功率变换装置的电路成本。

8、结合第一方面至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，电压调节电路包括第一比较电路、第一开关器件、第二开关器件、第一电阻、第二电阻和第三电阻。其中，第一比较电路的输出端连接第一开关器件的控制端，用于比较逆变电路的输入电压与第一电压阈值的大小，并在逆变电路的输入电压小于第一电压阈值的情况下，输出第一电平信号，以使第一开关器件导通。第一开关器件与第一电阻串联在辅助电源的输出端与参考地之间，第二开关器件与第二电阻串联后与第三电阻并联在辅助电源的输出端与参考地之间。第二开关器件的控制端连接第一开关器件与第一电阻的连接处，第二开关器件用于在第一开关器件导通时关断。

9、在本实施方式中，电压调节电路可通过内部的比较电路、开关器件和电阻，即可在逆变电路的输入电压小于第一电压阈值时增大辅助电源的输出端与参考地之间的阻抗值，从而达到降低辅助电源的关机点的效果，进而使得功率变换装置在发生快速关断时仅通过辅助电源和功率变换装置的直流侧电阻实现对功率变换装置的直流侧电压的快速降低。该实施方式虽然需要增加电压调节电路，但是由于本实施方式中辅助电源中各元件的承受电压比能量吸收电路中各元件的承受电压低，因此，电压调节电路中的各电路元件均是采用贴片元件，而能量吸收电路中的各电路元件主要是采用直插元件，显然，本实施方式中功率变换装置的体积更小，并且电路成本更低。

10、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，电压调节电路还包括第四电阻，第四电阻与第三电阻串联在辅助电源的输出端与参考地之间。

11、在本实施方式中，电压调节电路的电路结构多样，使得功率变换装置的结构多样，灵活性高。

12、结合第一方面第二种可能的实施方式至第一方面第四种可能的实施方式中的任一种，在第五种可能的实施方式中，电压调节电路包括第二比较电路，第二比较电路的输出端连接辅助电源的电源输入端，用于比较逆变电路的输入电压与第二电压阈值之间的大小，并在逆变电路的输入电压小于第二电压阈值的情况下，输出第二电平信号，以使第二控制器关闭。

13、在本实施方式中，电压调节电路在逆变电路的输入电压较低时可通过第二比较电路将第二控制器的电源输入端电压拉低的方式关闭第二控制器，电压调节电路对第二控制器的控制方式简单，便于实现。

14、结合第一方面第二种可能的实施方式至第一方面第四种可能的实施方式中的任一种，在第六种可能的实施方式中，电压调节电路包括第二比较电路，第二比较电路的输出端连接辅助电源的使能端。第二比较电路用于比较逆变电路的输入电压与第二电压阈值之间的大小，并在逆变电路的输入电压小于第二电压阈值的情况下，输出第二电平信号，以使第二控制器关闭。

15、在本实施方式中，电压调节电路在逆变电路的输入电压较低时还可以通过第二比较电路将第二控制器的使能端拉低的方式关闭第二控制器，电压调节电路对第二控制器的控制方式多样，灵活性高。

16、结合第一方面第三种可能的实施方式至第一方面第六种可能的实施方式中的任一种，在第七种可能的实施方式中，第一开关器件包括隔离器、开关管或者继电器，第二开关器件包括开关管或者继电器。

17、在本实施方式中，当第一dc/dc变换电路为隔离型dc/dc变换电路时，第一开关器件为隔离器；当第一dc/dc变换电路为非隔离型dc/dc变换电路时，第一开关器件为开关管或者继电器。电压调节电路的电路结构不仅可以适用于采用隔离型dc/dc变换电路的辅助电源，还可以适用于采用非隔离型dc/dc变换电路的辅助电源，适用性强。

18、结合第一方面至第一方面第七种可能的实施方式中的任一种，在第八种可能的实施方式中，第一控制器用于在接收到快速关机指令或者功率变换装置故障的情况下，控制逆变电路停止工作。

19、结合第一方面至第一方面第八种可能的实施方式中的任一种，在第九种可能的实施方式中，功率变换装置还包括第二dc/dc变换电路和直流母线，逆变电路的输入端通过直流母线连接第二dc/dc变换电路的输出端，第二dc/dc变换电路的输入端连接功率变换装置的输入端。

20、在本实施方式中，功率变换装置还可以实现直流变换，功能和电路结构多样，灵活性高。

21、第二方面，本技术提供了一种功率变换装置的控制方法，该功率变换装置包括输入端、逆变电路、辅助电源、第一控制器和输出端，功率变换装置的输入端用于连接直流电源，功率变换装置的输出端用于连接交流电网，辅助电源包括电压调节电路。逆变电路的输入端连接功率变换装置的输入端，逆变电路的输出端连接功率变换装置的输出端。该方法包括：功率变换装置通过辅助电源将逆变电路的输入电压直流变换后向第一控制器输出供电电压。并在逆变电路的输入电压小于第一电压阈值的情况下，功率变换装置通过电压调节电路控制辅助电源的输出端与参考地之间的阻抗值增大，以使辅助电源的输出电压降低。

22、结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，辅助电源还包括第二控制器和第一dc/dc变换电路，第一dc/dc变换电路的输入端连接辅助电源的输入端，第一dc/dc变换电路的输出端连接辅助电源的输出端。功率变换装置通过第二控制器控制第一dc/dc变换电路中开关管的占空比，以对逆变电路的输入电压进行直流变换。在辅助电源的输出电压降低的情况下，功率变换装置还通过第二控制器控制第一dc/dc变换电路中开关管的占空比减小。

23、结合第二方面或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，辅助电源还包括第二控制器。在逆变电路的输入电压小于第二电压阈值的情况下，功率变换装置还通过电压调节电路控制第二控制器关闭，其中，第二电压阈值小于第一电压阈值。

24、结合第二方面至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，电压调节电路包括第一比较电路、第一开关器件、第二开关器件、第一电阻、第二电阻和第三电阻。其中，第一比较电路的输出端连接第一开关器件的控制端。第一开关器件与第一电阻串联在辅助电源的输出端与参考地之间，第二开关器件与第二电阻串联后与第三电阻并联在辅助电源的输出端与参考地之间。第二开关器件的控制端连接第一开关器件与第一电阻的连接处。功率变换装置通过第一比较电路比较逆变电路的输入电压与第一电压阈值的大小，并在逆变电路的输入电压小于第一电压阈值的情况下，通过第一比较电路输出第一电平信号，以使第一开关器件导通，在第一开关器件导通时第二开关器件关断。

25、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，电压调节电路还包括第四电阻，第四电阻与第三电阻串联在辅助电源的输出端与参考地之间。

26、结合第二方面第二种可能的实施方式至第二方面第四种可能的实施方式中的任一种，在第五种可能的实施方式中，电压调节电路包括第二比较电路，第二比较电路的输出端连接辅助电源的电源输入端。功率变换装置通过第二比较电路比较逆变电路的输入电压与第二电压阈值之间的大小，并在逆变电路的输入电压小于第二电压阈值的情况下，通过第二比较电路输出第二电平信号，以使第二控制器关闭。

27、结合第二方面第二种可能的实施方式至第二方面第四种可能的实施方式中的任一种，在第六种可能的实施方式中，电压调节电路包括第二比较电路，第二比较电路的输出端连接辅助电源的使能端。功率变换装置通过第二比较电路比较逆变电路的输入电压与第二电压阈值之间的大小，并在逆变电路的输入电压小于第二电压阈值的情况下，通过第二比较电路输出第二电平信号，以使第二控制器关闭。

28、结合第二方面第三种可能的实施方式至第二方面第六种可能的实施方式中的任一种，在第七种可能的实施方式中，第一开关器件包括隔离器、开关管或者继电器，第二开关器件包括开关管或者继电器。

29、结合第二方面至第二方面第七种可能的实施方式中的任一种，在第八种可能的实施方式中，在接收到快速关机指令或者功率变换装置故障的情况下，功率变换装置通过第一控制器控制逆变电路停止工作。

30、结合第二方面至第二方面第八种可能的实施方式中的任一种，在第九种可能的实施方式中，功率变换装置还包括第二dc/dc变换电路和直流母线，逆变电路的输入端通过直流母线连接第二dc/dc变换电路的输出端，第二dc/dc变换电路的输入端连接功率变换装置的输入端。

31、应理解的是，本技术上述多个方面的实现和有益效果可互相参考。