一种多电平光伏并网逆变器的操作过电压保护装置及方法制造方法及图纸

技术编号:15766360 阅读:500 留言:0更新日期:2017-07-06 11:36
一种多电平光伏并网逆变器的操作过电压保护装置及方法,该装置包括直流输入单元、多电平逆变单元、控制单元、电压检测单元和电流检测单元;直流输入单元的输出端与多电平逆变单元的直流输入端相连接,多电平逆变单元的交流输出端通过网侧开关K与电网相连接但不仅限于与电网相连接,电压检测单元的输入端与电网侧相连接,电压检测单元的输出端与控制单元的输入端相连接,电流检测单元的输入端与多电平逆变单元的交流输出端相连接,电流检测单元的输出端与控制单元的另一输入端相连接,控制单元的输出端与多电平逆变单元中开关管的驱动端相连接;本发明专利技术还公开了该装置的控制方法;可有效的将逆变单元输出电压减小到阈值范围以内,及时保护交流输出侧电子负载的安全;且系统损耗小。

Operation overvoltage protection device and method for multilevel photovoltaic grid connected inverter

A multilevel photovoltaic grid connected inverter over-voltage protection device and method, the device comprises a DC input unit, multilevel inverter unit, control unit, voltage detection unit and a current detection unit; the output end of the DC input unit and multilevel inverter unit is connected with the input end of the straight flow, multilevel inverter AC output at the end of the switch K and the grid connected but not limited to grid connected by the network side and grid side input voltage detecting unit is connected to the output end connected with the control unit voltage detection unit is connected with the input end of the output end of the input, AC side current detection unit and multilevel inverter unit connected to another the input end and the output end of the control unit of the current detecting unit connected to the output end of the switch tube driving end of the control unit and the multilevel inverter unit The invention also discloses a control method of the device, which can effectively reduce the output voltage of the inverter unit to the threshold range, and protect the electronic load of the AC output side in a timely manner, and the system loss is small.

【技术实现步骤摘要】
一种多电平光伏并网逆变器的操作过电压保护装置及方法
本专利技术涉及光伏供电
,本专利技术涉及一种操作过电压保护方法,尤其是涉及一种应用于多电平光伏并网逆变器的操作过电压保护装置及方法。
技术介绍
光伏并网逆变器的交流输出端通过公共连接点直接与电网相连接,同时端口上可能连接其他负载设备,与电网连接后端口电压被电网钳位,端口电压幅值由电网电压大小决定。当电网发生孤岛时,网侧开关断开,逆变器与电网断开,网侧公共连接点的电压不再受到电网钳位,同时逆变器在检测到发生孤岛停止并网前,仍然会继续向电网提供无功功率,导致逆变器交流侧公共连接点的电压上升。为了防止逆变器交流输出端的电子负载受到较高电压的冲击,逆变器交流输出端的瞬态电压不应超过《NB/T32004-2013光伏发电并网逆变器技术规范》中所要求的限值。对于三相并网逆变器,针对并网中存在的以上问题,现有技术根据三相电网电压建立正交的dq旋转坐标系,通过计算三相并网逆变器的逆变电压d轴分量或者电网电压的有效值来判断逆变器的交流输出端是否发生了操作过电压。当判断出发生操作过电压时往往电网侧的电压已经升高,此时即使停止并网,逆变器交流输出端的安规电容Cx(一般是X电容)两端的电压已经较高,此时一般通过逆变器中的内部电阻进行放电。显然安规电容Cx的容值越小放电越快,但是会影响逆变器的电磁兼容(EMC)特性;逆变器内部电阻的阻值越小放电越快,但是会给逆变器带来额外的损耗,增加逆变器的成本。
技术实现思路
为解决上述技术问题,本专利技术提供了一种应用于多电平光伏并网逆变器的操作过电压保护装置及方法,该装置主要是通过检测单元检测电网电压,通过检测电网电压是否发生孤岛,通过控制单元控制逆变器从并网工作状态切换至操作过电压保护的工作状态,直到逆变器的交流输出电压下降到给定电压,整个操作过电压保护过程才结束,逆变器处于待机状态,等待重新并网;该装置及保护方法采用简单的电路结构,并结合控制方法,在电网发生孤岛时,先将逆变器与电网断开快速断开,然后将逆变器交流输出电压降低至标准所要求的范围之内,有效的保护了逆变器交流侧所连接的电子设备。为了达到上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种多电平光伏并网逆变器的操作过电压保护装置,该装置包括直流输入单元、多电平逆变单元、控制单元、电压检测单元和电流检测单元;所述直流输入单元的输出端与多电平逆变单元的直流输入端相连接,所述多电平逆变单元的交流输出端通过网侧开关K与电网相连接但不仅限于与电网相连接,所述电压检测单元的输入端与电网侧相连接,用于检测电网电压,所述电压检测单元的输出端与控制单元的输入端相连接,所述电流检测单元的输入端与多电平逆变单元的交流输出端相连接,所述电流检测单元的输出端与控制单元的另一输入端相连接,所述控制单元的输出端与多电平逆变单元中开关管的驱动端相连接,用于控制多电平逆变单元开关管的工作状态。所述多电平逆变单元为单相或三相;多电平逆变单元由直流母线模块、逆变桥臂、交流滤波模块依次串联连接组成,所述直流母线模块是n-1个母线电容串联构成,n为电平数;所述多电平逆变桥臂包括“零”电平开关组、“正”电平开关组和“负”电平开关组,所述“零”电平开关组串联连接在母线电容中点与“正”电平开关组和“负”电平开关组之间,所述交流滤波模块由滤波电感L和滤波电容Cinv组成,所述滤波电感L的一端与逆变桥臂的输出相连接,另一端为多电平逆变单元的正输出端,所述滤波电容Cinv的一端与多电平逆变单元的正输出端相连接,滤波电容Cinv的另一端与母线电容中点相连接作为多电平逆变单元的负输出端。所述操作过电压保护装置的控制方法:步骤1:电压检测单元实时检测电网电压,并将检测到的电压送给控制单元进行数据处理;步骤2:控制单元对送来的电压数据进行处理,当检测到电网电压有效值Vave小于系统给定的阈值VG时,控制单元控制多电平逆变单元继续处于并网工作状态;当检测到电网电压有效值Vave大于系统给定的阈值VG时,控制单元发出控制信号,使多电平逆变单元所有开关管断开,同时多电平逆变单元从并网状态立即切换至操作过电压保护状态,等待控制单元重新发出控制信号;步骤3:进行操作过电压保护状态,即控制单元重新给零电平开关组发出控制信号,使零电平开关组导通工作,多电平逆变单元内部形成电流回路,使多电平逆变单元交流输出端电压回馈到逆变单元直流输入端的直流母线模块上;步骤4:当多电平逆变单元交流输出端电压值V大于对应的安全电压值Vsafe(所述安全电压值Vsafe是逆变器在进行操作过电压时所要求的安全值),则继续执行步骤3进行操作过电压保护;当多电平逆变单元交流输出端电压V小于安全电压值Vsafe,控制单元将发出控制信号,使零电平开关组关断,操作过电压保护状态停止,网侧开关K断开,多电平逆变单元处于待机状态,操作过电压保护过程结束。和现有技术相比,本专利技术具备如下优点:1.本专利技术装置当逆变单元输出电压超出阈值时,系统可有效的将逆变单元输出电压减小到阈值范围以内,及时保护交流输出侧电子负载的安全。2.该保护装置及方法是将交流输出超出的电能回馈至直流母线,而不是通过系统内部的电阻进行消耗,所以系统损耗小。附图说明图1操作过电压保护装置框图。图2多电平逆变单元电路框图。图3操作过电压保护方法控制流程图。图4为单相T型三电平逆变器。图5为单相T型三电平逆变器发生操作过电压后的四个工作模态,其中图5(a)为[0,D×Ts]时段滤波电容转移至滤波电感L中的电路工作状态,图5(b)为[D×Ts,Ts]时段滤波电感的能量馈送给直流母线模块的电路工作状态,图5(c)为[0,D×Ts]时段滤波电容的能量转移至滤波电感L中的电路工作状态。。。。,图5(d)为[D×Ts,Ts]时段滤波电感的能量馈送给直流母线模块的电路工作状态。图6为三相T型三电平逆变器。图7为单相I型三电平逆变器。图8为单相I型三电平逆变器发生操作过电压后的四个工作模态,其中图8(a)为[0,D×Ts]时段滤波电容转移至滤波电感L中的电路工作状态,图8(b)为[D×Ts,Ts]时段滤波电感的能量馈送给直流母线模块的电路工作状态,图8(c)为[0,D×Ts]时段滤波电容的能量转移至滤波电感L中的电路工作状态,图8(d)为[D×Ts,Ts]时段滤波电感的能量馈送给直流母线模块的电路工作状态。图9为三相I型三电平逆变器。图10为三相I型五电平逆变器。具体实施方式下面结合附图所示的实施例对本专利技术作进一步描述。图1为操作过电压保护装置框图,如图所示,一种应用于多电平光伏并网逆变器的操作过电压保护装置及方法,该装置包括直流输入单元、多电平逆变单元、控制单元、电压检测单元和电流检测单元。所述直流输入单元的输出端与多电平逆变单元的直流输入端相连接,所述多电平逆变单元的交流输出端通过网侧开关K与电网相连,同时逆变单元的交流输出端还可接有其它电子负载,所述电压检测单元的输入端与电网侧相连接,用于检测电网电压,所述电压检测单元的输出端与控制单元的输入端相连接,所述电流检测单元的输入端与多电平逆变单元的交流输出端相连接,所述电流检测单元的输出端与控制单元的另一输入端相连接,所述控制单元的输出端与多电平逆变单元中开关管的驱动端相连接,用于控制多电平逆变单元开本文档来自技高网...
一种多电平光伏并网逆变器的操作过电压保护装置及方法

【技术保护点】
一种多电平光伏并网逆变器的操作过电压保护装置,其特征在于:包括直流输入单元、多电平逆变单元、控制单元、电压检测单元和电流检测单元;所述直流输入单元的输出端与多电平逆变单元的直流输入端相连接,所述多电平逆变单元的交流输出端通过网侧开关K与电网相连接但不仅限于与电网相连接,所述电压检测单元的输入端与电网侧相连接,用于检测电网电压,所述电压检测单元的输出端与控制单元的输入端相连接,所述电流检测单元的输入端与多电平逆变单元的交流输出端相连接,所述电流检测单元的输出端与控制单元的另一输入端相连接,所述控制单元的输出端与多电平逆变单元中开关管的驱动端相连接,用于控制多电平逆变单元开关管的工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种多电平光伏并网逆变器的操作过电压保护装置,其特征在于:包括直流输入单元、多电平逆变单元、控制单元、电压检测单元和电流检测单元;所述直流输入单元的输出端与多电平逆变单元的直流输入端相连接,所述多电平逆变单元的交流输出端通过网侧开关K与电网相连接但不仅限于与电网相连接,所述电压检测单元的输入端与电网侧相连接,用于检测电网电压,所述电压检测单元的输出端与控制单元的输入端相连接,所述电流检测单元的输入端与多电平逆变单元的交流输出端相连接,所述电流检测单元的输出端与控制单元的另一输入端相连接,所述控制单元的输出端与多电平逆变单元中开关管的驱动端相连接,用于控制多电平逆变单元开关管的工作状态。2.根据权利要求1所示的一种多电平光伏并网逆变器的操作过电压保护装置,其特征在于:所述多电平逆变单元为单相或三相;多电平逆变单元由直流母线模块、逆变桥臂、交流滤波模块依次串联连接组成,所述直流母线模块是n-1个母线电容串联构成,n为电平数;所述多电平逆变桥臂包括“零”电平开关组、“正”电平开关组和“负”电平开关组,所述“零”电平开关组串联连接在母线电容中点与“正”电平开关组和“负”电平开关组之间,所述交流滤波模块由滤波电感L和滤波电容Cinv组成,所述滤波电感L的一端与逆变桥臂的输出相连接,另一端为多电平逆变单元的正输出端,所述滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员:张哲惠瑜王昊周洪伟张磊
申请(专利权)人:特变电工西安电气科技有限公司特变电工新疆新能源股份有限公司
类型:发明
国别省市:陕西,61

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