光伏儲能逆變器的並/離網、離/併網切換方法和電路與流程

2023-12-02 22:53:21 3

本發明涉及光儲發電
技術領域：
，更具體地說，涉及光伏儲能逆變器的並/離網、離/併網切換方法和電路。
背景技術：
：光伏儲能逆變器具有兩種典型的運行模式，併網模式和離網模式。當電網正常時，光伏儲能逆變器運行於併網模式；當電網異常時，光伏儲能逆變器切換到離網模式下運行，直到電網恢復正常時再切換回併網模式。如何保證併網模式與離網模式間切換的安全可靠性，是本領域一直追求的目標。技術實現要素：有鑑於此，本發明提供了光伏儲能逆變器的並/離網、離/併網切換方法和電路，以保證併網模式與離網模式間切換的安全可靠性。一種光伏儲能逆變器的並/離網切換方法，應用於並/離網切換電路；所述並/離網切換電路包括第一電容濾波電路、第二電容濾波電路、第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關、第四可控開關、第五可控開關和第六可控開關，其中：光伏儲能逆變器的網側依次級聯所述第一可控開關與所述第一電容濾波電路的串聯支路、所述第三可控開關、所述第二電容濾波電路以及所述第四可控開關後分成兩條支路，第一支路連接到電網，第二支路連接到本地負載；所述第五可控開關的線圈與所述第二可控開關串聯後接在所述第二電容濾波電路兩端；所述第五可控開關的常閉觸點與所述第六可控開關的線圈串聯後接在所述第一支路的零線與火線之間；所述第六可控開關的常開觸點串聯在所述第一支路的火線上；所述並/離網切換方法，包括：當光伏儲能逆變器運行於併網模式時，保持所述第一可控開關和所述第二可控開關斷開、所述第三可控開關和所述第四可控開關閉合；判斷電網是否發生故障；當判斷得到電網發生故障時，控制光伏儲能逆變器停機，並斷開所述第三可控開關和所述第四可控開關；閉合所述第一可控開關和所述第三可控開關，並控制光伏儲能逆變器啟動；在逆變電壓達到光伏儲能逆變器額定輸出電壓後的逆變電壓過零點時刻，閉合所述第二可控開關；將光伏電壓調節至最大功率點，再在逆變電壓過零點時刻閉合所述第四可控開關。其中，所述判斷電網是否發生故障，至少包括：基於第一判據和/或第二判據，判斷是否發生孤島故障；具體的，所述第一判據，包括：獲取電網電壓，判斷獲取到的電網電壓是否小於預設值；若是，判定為發生孤島故障；所述第二判據，包括：獲取所述第六可控開關的開關狀態；判斷所述第六可控開關是否呈斷開狀態；若是，判定為發生孤島故障。可選地，所述並/離網切換電路還包括：與所述第六可控開關的線圈相串聯的手動開關，所述手動開關默認為閉合狀態；對應的，所述判斷電網是否發生故障前，還包括：判斷所述手動開關的開關狀態是否為斷開狀態；若是，執行所述控制光伏儲能逆變器停機，並斷開所述第三可控開關和所述第四可控開關的步驟；若否，執行所述判斷電網是否發生故障的步驟。一種光伏儲能逆變器的離/併網切換方法，應用於離/併網切換電路；所述離/併網切換電路包括第一電容濾波電路、第二電容濾波電路、第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關、第四可控開關、第五可控開關和第六可控開關，其中：光伏儲能逆變器的網側依次級聯所述第一可控開關與所述第一電容濾波電路的串聯支路、所述第三可控開關、所述第二電容濾波電路以及所述第四可控開關後分成兩條支路，第一支路連接到電網，第二支路連接到本地負載；所述第五可控開關的線圈與所述第二可控開關串聯後接在所述第二電容濾波電路兩端；所述第五可控開關的常閉觸點與所述第六可控開關的線圈串聯後接在所述第一支路的零線與火線之間；所述第六可控開關的常開觸點串聯在所述第一支路的火線上；所述離/併網切換方法，包括：當光伏儲能逆變器運行於離網模式時，保持所述第一可控開關、所述第二可控開關、所述第三可控開關和所述第四可控開關閉合；判斷電網是否恢復正常；若判斷得到電網恢復正常，則控制光伏儲能逆變器停機，斷開所述第三可控開關、所述第四可控開關和所述第二可控開關，以及在所述第一電容濾波電路自放電完成時，斷開所述第一可控開關；控制光伏儲能逆變器啟動，並閉合所述第三可控開關和所述第四可控開關。可選地，所述離/併網切換電路還包括：與所述第六可控開關的線圈相串聯的手動開關，所述手動開關默認為閉合狀態；所述控制光伏儲能逆變器停機前，還包括：判斷得到所述手動開關的開關狀態為閉合狀態。一種光伏儲能逆變器的並/離網切換電路，包括主電路和控制單元；所述主電路包括第一電容濾波電路、第二電容濾波電路、第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關、第四可控開關、第五可控開關和第六可控開關，其中：光伏儲能逆變器的網側依次級聯所述第一可控開關與所述第一電容濾波電路的串聯支路、所述第三可控開關、所述第二電容濾波電路以及所述第四可控開關後分成兩條支路，第一支路連接到電網，第二支路連接到本地負載；所述第五可控開關的線圈與所述第二可控開關串聯後接在所述第二電容濾波電路兩端；所述第五可控開關的常閉觸點與所述第六可控開關的線圈串聯後接在所述第一支路的零線與火線之間；所述第六可控開關的常開觸點串聯在所述第一支路的火線上；所述控制單元，用於當光伏儲能逆變器運行於併網模式時，保持所述第一可控開關和所述第二可控開關斷開、所述第三可控開關和所述第四可控開關閉合；判斷電網是否發生故障；當判斷得到電網發生故障時，控制光伏儲能逆變器停機，並斷開所述第三可控開關和所述第四可控開關；閉合所述第一可控開關和所述第三可控開關，並控制光伏儲能逆變器啟動；在逆變電壓達到光伏儲能逆變器額定輸出電壓後的逆變電壓過零點時刻，閉合所述第二可控開關；將光伏電壓調節至最大功率點，再在逆變電壓過零點時刻閉合所述第四可控開關。其中，所述控制單元判斷電網是否發生故障，至少包括：基於第一判據和/或第二判據，判斷是否發生孤島故障；具體的，所述第一判據，包括：獲取電網電壓，判斷獲取到的電網電壓是否小於預設值；若是，判定為發生孤島故障；所述第二判據，包括：獲取所述第六可控開關的開關狀態；判斷所述第六可控開關是否呈斷開狀態；若是，判定為發生孤島故障。可選地，所述主電路還包括：與所述第六可控開關的線圈相串聯的手動開關，所述手動開關默認為閉合狀態；對應的，所述控制單元判斷電網是否發生故障前，還用於判斷所述手動開關的開關狀態是否為斷開狀態；若是，執行所述控制光伏儲能逆變器停機，並斷開所述第三可控開關和所述第四可控開關的步驟；若否，執行所述判斷電網是否發生故障的步驟。一種光伏儲能逆變器的離/併網切換電路，包括主電路和控制單元；所述主電路包括第一電容濾波電路、第二電容濾波電路、第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關、第四可控開關、第五可控開關和第六可控開關，其中：光伏儲能逆變器的網側依次級聯所述第一可控開關與所述第一電容濾波電路的串聯支路、所述第三可控開關、所述第二電容濾波電路以及所述第四可控開關後分成兩條支路，第一支路連接到電網，第二支路連接到本地負載；所述第五可控開關的線圈與所述第二可控開關串聯後接在所述第二電容濾波電路兩端；所述第五可控開關的常閉觸點與所述第六可控開關的線圈串聯後接在所述第一支路的零線與火線之間；所述第六可控開關的常開觸點串聯在所述第一支路的火線上；所述控制單元，用於當光伏儲能逆變器運行於離網模式時，保持所述第一可控開關、所述第二可控開關、所述第三可控開關和所述第四可控開關閉合；判斷電網是否恢復正常；若判斷得到電網恢復正常，則控制光伏儲能逆變器停機，斷開所述第三可控開關、所述第四可控開關和所述第二可控開關，以及在所述第一電容濾波電路自放電完成時，斷開所述第一可控開關；控制光伏儲能逆變器啟動，並閉合所述第三可控開關和所述第四可控開關。可選地，所述主電路還包括：與所述第六可控開關的線圈相串聯的手動開關，所述手動開關默認為閉合狀態；對應的，所述控制單元控制光伏儲能逆變器停機前，還用於判斷得到所述手動開關的開關狀態為閉合狀態。從上述的技術方案可以看出，本發明公開的並/離網切換方法應用於並/離網切換電路，該並/離網切換方法在檢測到電網故障時，對PCS的啟停時刻以及所述並/離網切換電路中各可控開關的動作時序進行了嚴格限制，使得在PCS先由併網模式進入停機狀態，再由停機狀態進入離網模式的過程中，不會出現器件損壞現象，從而保證了並/離網切換的安全可靠性。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1a為本發明實施例公開的一種並/離網切換電路的主電路拓撲結構示意圖；圖1b為本發明實施例公開的一種並/離網切換方法流程圖；圖2a為本發明實施例公開的又一種並/離網切換電路的主電路拓撲結構示意圖；圖2b為本發明實施例公開的又一種並/離網切換方法流程圖；圖3為本發明實施例公開的一種離/併網切換方法流程圖；圖4為本發明實施例公開的又一種離/併網切換方法流程圖。具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例公開了一種光伏儲能逆變器(以下簡稱PCS)的並/離網切換方法，以保證並/離網模式切換的安全可靠性。所述並/離網切換方法應用於並/離網切換電路，如圖1a所示，所述並/離網切換電路包括第一電容濾波電路C1、第二電容濾波電路C2、第一可控開關K1、第二可控開關K2、第三可控開關K3、第四可控開關K4、第五可控開關K5和第六可控開關K6，具體的：PCS的網側依次級聯K1與C1的串聯支路、K3、C2以及K4後分成兩條支路，第一支路連接到電網，第二支路連接到本地負載；K5的線圈與K2串聯後接在C2兩端；K5的常閉觸點與K6的線圈串聯後接在所述第一支路的零線與火線之間(在圖1a中，L、N和PE分別表示零線、火線和地線)；K6的常開觸點串聯在所述第一支路的火線上。參見圖1b，所述並/離網切換方法，包括：步驟S01：當PCS運行於併網模式時，保持K1和K2斷開、K3和K4閉合。相比離網模式，併網模式下需要的濾波電容容量較小，所以本實施例在離網模式下閉合K1，使得C1和C2同時接入電路；在併網模式下斷開K1，使得C2接入電路、C1不接入電路。保持K2斷開、K3和K4閉合，是PCS運行於併網模式的必要條件，具體分析如下：K2斷開後，K5的線圈不得電，所以K5的常閉觸點呈閉合狀態；K5的常閉觸點、K3和K4均閉合後，K6的線圈由電網電壓得電，同時PCS的網側輸出電流經過C2濾波後通過所述第二支路流入本地負載；K6的線圈得電後，K6的常開觸點閉合，此時PCS的網側輸出電流經過C2濾波後通過所述第一支路流入電網，從而實現了PCS併網運行。用0、1分別表示可控開關的斷開、閉合狀態，則PCS在併網模式下運行時，各可控開關的初始開關狀態如表1所示。表1-各可控開關的初始開關狀態可控開關編號初始開關狀態K10K20K31K41K51K61步驟S02：判斷電網是否發生故障；若判斷得到電網發生故障，進入步驟S03；否則，返回步驟S02。孤島故障是最常見的電網故障之一。對應的，所述判斷電網是否發生故障，至少包括：判斷是否發生孤島故障。本實施例基於第一判據和/或第二判據來進行孤島故障判斷。相較於基於單重判據的孤島故障判斷，基於雙重判據的孤島故障判斷雖然會增加計算的複雜度，但提高了判斷結果的可靠性。其中，所述第一判據，包括：獲取電網電壓Vgrid，判斷Vgrid是否小於預設值，若是，判定為發生孤島故障。所述預設值根據孤島故障的判斷標準確定。比如說，在實際應用時以Vgrid＜50VAC作為判定發生孤島故障的標準，即視Vgrid＜50VAC為併網點無電流流過，則所述預設值就設為50VAC。所述第二判據，包括：獲取K6的開關狀態；判斷K6是否呈斷開狀態；若是，判定為發生孤島故障。發生孤島故障後，K6的線圈不能再從電網電壓取電。K6的線圈失電後，K6的常開觸點恢復為斷開狀態。所以通過判斷K6的開關狀態可以判斷出是否發生孤島故障。步驟S03：控制PCS停機，並斷開K3和K4。為滿足安全法規的要求，逆變器的網側需要接兩個繼電器，作用是在逆變器不工作或故障時斷開，以隔斷逆變器與電網的連接。本實施例中的K3和K4正是這兩個繼電器。PCS停機後，PCS的網側輸出電壓(即逆變電壓)為零，從而運行於併網模式的PCS切換到了停機狀態。接下來，需要利用步驟S04～步驟S06控制處於停機狀態的PCS進入離網模式下運行。PCS運行於離網模式時，需保持K1、K2、K3和K4閉合，但為了安全可靠的切換到離網模式，對各可控開關的切換動作有時序要求，具體描述如下。步驟S04：閉合K1和K3，並控制PCS啟動。PCS啟動後，逆變電壓由0V開始緩升；閉合K1，是為了提高PCS在離網狀態下的輸出性能，同時將K3切換到PCS運行於離網模式時需要滿足的開關狀態。步驟S05：在逆變電壓達到PCS額定輸出電壓(記為Ve)後的逆變電壓過零點時刻閉合K2。閉合K2，是為了使逆變電壓施加在K5的線圈兩端，使K5的線圈得電。K5的線圈得電後，K5的常閉觸點斷開，K6的線圈失電，K6的常開觸點恢復為斷開狀態。閉合K2的時刻之所以選擇在逆變電壓達到Ve後的逆變電壓過零點時刻，是因為：逆變電壓從0V緩升到Ve後，其波形是幅值為Ve的正弦波，如果在逆變電壓瞬時值較高時刻下閉合K2，則較高的瞬時電壓會施加在K5的線圈兩端，對K5的線圈造成衝擊；而選擇在逆變電壓過零點時刻閉合K2則可以避免這一問題。步驟S06：將光伏電壓調節至最大功率點，再在逆變電壓過零點時刻閉合K4，從而安全可靠地切換到了離網模式。將光伏電壓調節至最大功率點後，PCS能夠以最大輸出功率為接入PCS的蓄電池充電，這樣當閉合K4後，接入PCS的光伏電池與蓄電池都能夠快速輸出功率，使PCS達到最大帶載能力。閉合K4的時刻，之所以選在逆變電壓過零點時刻，是為了避免在逆變電壓瞬時值較高時閉合K4，對本地負載造成衝擊。用0、1分別表示可控開關的斷開、閉合狀態，則PCS在離網模式下運行時，各可控開關的初始開關狀態如表2所示。表2-各可控開關的初始開關狀態可控開關編號初始開關狀態K11K21K31K41K50K60由上可知，本實施例公開了一種應用於並/離網切換電路的並/離網切換方法，該並/離網切換方法在檢測到電網故障時，對PCS的啟停時刻以及所述並/離網切換電路中各可控開關的動作時序進行了嚴格限制，使得在PCS先由併網模式進入停機狀態，再由停機狀態進入離網模式的過程中，不會出現器件損壞現象，從而保證了並/離網切換的安全可靠性。此外，當電網未發生故障、且PCS運行於併網模式時，如果工作人員希望能夠強制將PCS切換到離網模式下運行，則可通過在圖1a-圖1b所示方案的基礎上做以下改進進行實現。圖1a所示並/離網切換電路還包括：與K6的線圈相串聯的手動開關B1(如圖2a所示)，B1默認為閉合狀態。當工作人員希望將PCS切換到離網模式下運行，可以手動斷開B1。B1斷開後，K6的線圈失電，K6的常開觸點斷開。對應的，圖1b所示步驟S02執行前，還包括(參見圖2b)：步驟S011：判斷B1的開關狀態是否為斷開狀態，若是，說明工作人員手動斷開了B1，此時直接進入步驟S03；若否，執行所述步驟S02。本發明實施例還公開了一種離/併網切換方法，以保證離/併網模式切換的安全可靠性。所述離/併網切換方法應用於離/併網切換電路，該離/併網切換電路與圖1a所示離/併網切換電路的主電路拓撲結構相同，不再贅述。參見圖3，所述離/併網切換方法，包括：步驟S01：當PCS運行於離網模式時，保持K1、K2、K3和K4閉合。K1、K2、K3和K4均閉合後，K5的常閉觸點與K6的常開觸點均處於斷開狀態。步驟S02：判斷電網是否恢復正常；若是，進入步驟S03；若否，返回步驟S02；步驟S03：控制PCS停機，斷開K3、K4和K2，以及在C1自放電完成時，斷開K1。PCS停機後，K5的線圈不能再由逆變電壓得電，K5的常閉觸點閉合；K5的常閉觸點閉合後，K6的線圈由電網電壓得電，K6的常開觸點閉合。PCS停機、K4斷開後，C1開始自放電(主要是利用PCS內部器件進行自放電)，當C1恢復為零電壓狀態時，即可斷開K1來分斷C1的自放電迴路。K2可以與K4同時斷開，也可以與K1同時斷開，並不局限。步驟S04：控制PCS啟動，並閉合K3和K4，從而切換到了併網模式，此時各可控開關的初始開關狀態已恢復為如表1所示。圖3所示方案的目的在於，將離網模式下PCS的狀態、C1的狀態以及各可控開關的開關狀態切換回併網模式下的初始運行狀態。此外，本發明實施例還公開了另一種離/併網切換方法，該離/併網切換方法應用於另一種離/併網切換電路，該離/併網切換電路與圖2a所示離/併網切換電路的主電路拓撲結構相同，不再贅述。參見圖4，所述離/併網切換方法，包括：步驟S01：當PCS運行於離網模式時，保持K1、K2、K3和K4閉合。步驟S02：判斷電網是否恢復正常；若是，進入步驟S03；若否，返回步驟S02；步驟S03：判斷B1的開關狀態是否為閉合狀態，若否，說明工作人員正強制PCS運行於離網模式，程序結束；若是，進入步驟S04。步驟S04：控制PCS停機，並斷開K3和K4和K2；以及在C1與C2自放電完成時，斷開K1。步驟S05：控制PCS啟動，並閉合K3和K4，從而切換到了併網模式。圖4所示方案與圖3所示方案的區別之處在於，由於對應的離/併網切換電路中引入了B1，所以離/併網切換方法上增加了步驟S03。對應上述方法，本發明實施例還公開了以下電路。本發明實施例公開了一種光伏儲能逆變器的並/離網切換電路，包括主電路和控制單元，其中：所述主電路的組成及其連接關係如圖1a所示，不再贅述；所述控制單元用於，當PCS運行於併網模式時，保持K1和K2斷開、K3和K4閉合；判斷電網是否發生故障；若判斷得到電網發生故障，控制PCS停機，並斷開K3和K4；閉合K1和K3，並控制PCS啟動；在逆變電壓達到PCS額定輸出電壓後的逆變電壓過零點時刻閉合K2；將光伏電壓調節至最大功率點，再在逆變電壓過零點時刻閉合K4。其中，所述控制單元判斷電網是否發生故障，至少包括：基於第一判據和/或第二判據，判斷是否發生孤島故障。其中，所述第一判據，包括：獲取電網電壓Vgrid，判斷Vgrid是否小於預設值，若是，判定為發生孤島故障。所述第二判據，包括：獲取K6的開關狀態；判斷K6是否呈斷開狀態；若是，判定為發生孤島故障。可選的，所述主電路還包括：與K6的線圈相串聯的手動開關B1(如圖2a所示)，B1默認為閉合狀態。對應的，所述控制單元在判斷電網是否發生故障前，還用於判斷B1的開關狀態是否為斷開狀態，若是，跳入所述控制PCS停機，並斷開K3和K4的步驟；若否，執行所述判斷電網是否發生故障的步驟。本發明實施例還公開了一種光伏儲能逆變器的離/併網切換電路，包括主電路和控制單元，其中：所述主電路的組成及其連接關係如圖1a所示，不再贅述；所述控制單元用於，當PCS運行於離網模式時，保持K1、K2、K3和K4閉合；判斷電網是否恢復正常；若是，控制PCS停機，斷開K3、K4和K2，以及在C1自放電完成時，斷開K1；控制PCS啟動，並閉合K3和K4。可選的，所述主電路還包括：與K6的線圈相串聯的手動開關B1(如圖2a所示)，B1默認為閉合狀態。對應的，所述控制單元控制光伏儲能逆變器停機前，還用於判斷得到B1的開關狀態為閉合狀態。綜上所述，本發明公開的並/離網切換方法應用於並/離網切換電路，該並/離網切換方法在檢測到電網故障時，對PCS的啟停時刻以及所述並/離網切換電路中各可控開關的動作時序進行了嚴格限制，使得在PCS先由併網模式進入停機狀態，再由停機狀態進入離網模式的過程中，不會出現器件損壞現象，從而保證了並/離網切換的安全可靠性。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的切換電路而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明實施例的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明實施例將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp