一种解决光伏并网逆变器早晚频繁启动的智能控制方案

摘要

本发明涉及一种解决光伏并网逆变器早晚频繁启动的智能控制方案，包括辅助电源单元，控制组件以及开机延迟启动单元，开机延迟启动单元连接至控制组件和直流电源单元，辅助电源单元连接至控制组件和直流电源单元，控制组件还连接到直流电源单元和电网，开机延迟启动单元判断直流电源单元的输出电压，当输出电压低于预先确定的第一电压值时消耗直流电源单元的电能，避免辅助电源单元启动；当输出电压高于预先确定的第一电压值时，开机延迟启动单元停止消耗直流电源单元的电能，控制组件保持辅助电源单元的启动状态。采用本发明的控制电路，能够在直流电源单元输出的能量匮乏时，延迟启动装置避免辅助电源单元的误启动，提高系统的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及电子电路的控制技术领域，特别是涉及逆变器设备中的电力电子控制装置。 

背景技术

太阳能电池板等装置收集太阳能后转化为电能，并将电能输送至电网，这中间需要将直流转化为交流的逆变装置，一般称之为光伏并网逆变器。太阳能具有时间性波动的特点，例如当正午阳光强烈时，能量充足，而当早上或者晚上等阳光能量匮乏时太阳能电池板输出的直流电压虚高，能量却非常低；导致光伏并网逆变器的电压虚高，在辅助电源单元启动后能量不足，导致辅助电源单元停止工作，这样的重复启动、停止工作会持续很长一段时间，这样会给用户产生负面的影响，认为光伏并网逆变器存在缺陷。 

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于避免阳光能量匮乏时辅助电源单元的误启动，以及由于能量不足导致辅助电源单元重新停止。 

为了实现上述发明的目的，本发明采用的技术方案为： 

一种连接直流电源单元和电网的延迟启动装置，包括辅助电源单元，控制组件以及开机延迟启动单元，开机延迟启动单元连接至控制组件和直流电源单元，辅助电源单元连接至控制组件和直流电源单元，控制组件还连接到直流电源单元和电网，开机延迟启动单元判断直流电源单元的输出电压，当输出电压低于预先确定的第一电压值时消耗直流电源单元的电能，避免辅助电源单元启动，当输出电压高于预先确定的第一电压值时，开机延迟启动单元停止消耗直流电源单元的电能，控制组件保持辅助电源单元的启动状态。 

根据本发明的另一方面，当辅助电源单元启动后，控制组件监测直流 电源单元的输出电压，当输出电压低于预先确定的第二电压值时，控制组件关闭辅助电源单元。 

其中，所述控制组件包括中央处理器单元、整流单元和继电器单元，其中中央处理器单元分别连接至开机延迟启动单元、辅助电源单元、直流电源单元、整流单元和继电器单元，整流单元和继电器单元连接在辅助电源单元和电网之间，当直流电源单元输出电压高于预先确定的第一电压值时，开机延迟启动单元停止消耗直流电源单元的电能，中央处理器单元避免开机延迟启动单元重新消耗直流电源单元的电能，并导通继电器单元，当直流电源单元输出电压降低时，电网通过整流单元向辅助电源单元提供电能，由此保持辅助电源单元的启动状态。 

其中所述整流单元是IGBT全桥。 

其中，所述开机延迟启动单元包括第一三极管、第三开关元件、第一稳压二极管、第二稳压二极管和负载电阻，第一稳压二极管的阴极电位为直流电源单元的输出电压的一部分，阳极连接至第一三极管的基极，第一三极管的集电极连接至第三开关元件和第二稳压二极管的阴极，第三开关元件连接直流电源单元和负载电阻，当直流电源单元的输出电压低于预先确定的第一电压值时，第一三极管基极获得的电压经过第一稳压二极管后低于其导通电压，第一三极管的集电极电压高导致第三开关元件导通，将负载电阻连接至直流电源单元。 

另一方面，所述开机延迟启动单元还包括第二三极管，第二三极管的基极连接至控制组件，第二三极管的集电极连接至第三开关元件和第二稳压二极管的阴极，当控制组件控制第二三极管的基极电压高于其导通电压时，第二三极管的集电极电压降低导致第三开关元件关断，将负载电阻从直流电源单元断开。 

其中，所述开机延迟启动单元还包括第一组分压电阻和第二组分压电阻，第一组分压电阻和第二组分压电阻之间的比值决定第一稳压二极管的阴极从直流电源单元输出电压中获得的一部分。 

根据本发明的另一方面，所述延迟启动装置还包括防反向电流二极管， 所述防反向电流二极管连接在直流电源单元和电网之间，避免电网电能反向流向直流电源单元。 

所述延迟启动装置还包括储能电容，所述防储能电容连接在直流电源单元和防反向电流二极管之间。 

特别地，所述防反向电流二极管采用600V/30A的二极管。 

由于采用以上技术方案，当直流电源单元输出的能量匮乏时，延迟启动装置避免辅助电源单元的误启动，提高了系统的稳定性。 

当辅助电源单元被启动后，延迟启动装置保持辅助电源单元的启动状态，避免辅助电源单元再次被关断。 

本延迟启动装置所消耗功率仅包括辅助电源单元功率和继电器功率，损耗小，节约能源。 

另外，本延迟启动装置在直流电源单元与电网之间设置了二极管，有效地避免了电网电力回流进入直流电源单元。 

附图说明

图1是根据本发明实施方式的延时启动装置的结构框图。 

图2是根据发明实施方式的延时启动装置中开机延迟启动单元的电路图。 

具体实施方式

为了便于本领域的技术人员理解，下面结合具体实施例及附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。 

在此公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是为了描述示范实施例的目的。然而，可以在许多替换形式中实现示范实施例，并且不应将其看作仅限于在此阐明的示范实施例。 

然而，应该理解，本发明不限于所公开的具体示范实施例，相反地，本发明将覆盖落入本公开的范围内的所有修改、等同物和替换物。在针对附图的描述中，相似的标号表示相似的元件。 

应该理解，虽然术语第一、第二等在此用作描述不同的元件，但是这些元件可以不被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元 件区别开。例如，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不背离示范实施例的范围。如在此所用，术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。 

应该理解，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。用来描述元件之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。 

图1是根据实施方式的延时启动装置的结构框图。 

如图1所示，该实施方式中，延迟启动装置连接在直流电源单元和电网之间，包括辅助电源单元，控制组件以及开机延迟启动单元，开机延迟启动单元连接至控制组件和直流电源单元，辅助电源单元连接至控制组件和直流电源装置，控制组件还连接到直流电源单元和电网。在本实施例中直流电源单元是太阳能电池板，但是本发明并不局限于此，也可以是其他输出能量存在波动的其他电能输出设备，例如风能发电机等。 

具体而言，控制组件包括中央处理器单元CPU、整流单元和继电器单元，其中，中央处理器单元CPU分别连接至开机延迟启动单元、辅助电源单元、直流电源单元(太阳能电池板)、整流单元和继电器单元，整流单元和继电器单元连接在辅助电源单元和电网之间。整流单元特别地是IGBT全桥，但其他能够完成整流功能的电路也可以替换使用。 

图2是根据发明实施方式的延时启动装置中开机延迟启动单元的电路图。 

如图2所示，开机延迟启动单元包括第一三极管Q1、第三开关元件Q3、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2和负载电阻R16-R18，第一稳压二极管D1的阴极电位为直流电源单元的输出电压的一部分，阳极连接至第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的集电极连接至第三开关元件Q3和第二稳压二极管D2的阴极，第三开关元件Q3连接直流电源单元和负载电阻R16-R18。 

以下结合图2分析开机延迟启动单元完成的功能。第一稳压二极管D1的阴极连接在第一组电阻R1-R3和第二组电阻R4-R5之间，电位根据第一组电阻和第二组电阻的分压关系为Va＝V_PV*(R4+R5)/(R1+R2+R3+R4+R5)，当Va小于稳压二极管电压V_D1+0.7V时(即太阳能电池板的输出电压V_PV小于(V_D1+0.7V)*(R1+R2+R3+R4+R5)/(R4+R5)，以下称之为第一电压V₀)，第一三极管Q1的基极电压小于其导通电压，由此第一三极管Q1截止；第一三极管Q1的集电极电压Vb＝V_D2(例如，15V)，当Vb达到第三开关管Q3开启电压，第三开关管Q3导通，将负载电阻R16-R18接入PV正极和负极之间，以此来消耗太阳能电池板的能量，使虚高的V_PV降低，由此辅助电源单元无法启动。 

反之，当太阳能电池板的输出电压V_PV大于第一电压V₀时，当Va大于V_D1+0.7V，第一三极管Q1导通，第一三极管的集电极电压Vb下降，导致开关管Q3截止，负载电阻R16-R18从PV正极和负极之间断开，不再消耗太阳能电池板的能量，辅助电源单元得以启动。 

另一方面，所述开机延迟启动单元还包括第二三极管Q2，第二三极管Q2的基极连接至中央处理器单元CPU，第二三极管的集电极Q2连接至第三开关元件Q3和第二稳压二极管D2的阴极。 

当辅助电源单元启动后，从中央处理器单元CPU向第二三极管Q2的基极发送LOAD信号(高电平)，由此第二三极管Q1导通，第二三极管的集电极电压Vb下降，导致开关管Q3关断，负载电阻R16-R18从PV正极和负极之间断开，由此能够保持辅助电源单元的启动状态。 

当辅助电源单元启动后，中央处理器单元CPU控制继电器单元吸合，这样辅助电源单元通过IGBT全桥连接至电网，这样即使太阳能电池板的输出能量下降的情况，电网的电力通过IGBT全桥可以向辅助电源单元输送，能够保证辅助电源单元的持续工作而不会重新停止工作。 

本发明所采用的延时启动装置消耗的负载功率P等于辅助电源单元功率加上继电器功率，相对其损耗都较小，一般在4W左右，这样有效的降低了太阳能电池板的损耗。 

另一方面，在晚上太阳能电池板能量较低，系统处于待机状态时，中央处理器单元CPU通过检测V_PV电压，当检测到的V_PV电压低于预先确定的第二电压V_min以下时将继电器单元切断，同时将负载电阻R16-R18切入到电路中。这样在光伏并网逆变器启动后将不会因为早上或者晚上能量低而导致辅助电源单元重复启动的问题，并且也保证延时启动装置在晚上不会消耗电能。 

另一方面，如图1所示，在太阳能电池板与IGBT全桥之间设置BUS电容和二极管，其中BUS电容起到储能、滤波的作用；二极管起到防反向电流的作用。防止电网的电力通过IGBT全桥流向太阳能电池板，由此对太阳能电池板造成损坏。特别地，二极管选用600V/30A二极管。 

需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修改均属于本发明的保护范围。