本發(fā)明涉及自動控制技術領域，更具體地說，涉及一種逆變器及其控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)。

背景技術：

隨著社會的不斷發(fā)展，石油化工能源日益減少，新能源發(fā)電得到了快速的發(fā)展，其中，逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心設備之一，其將光能轉化后的電能轉換成預設伏值，輸送給負載或電網(wǎng)。

目前，逆變器具有并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種輸出模式，具體的，如圖1所示，兩種輸出模式的接線方式不同，其中，u-o-w為逆變橋輸出點，u1-o1-w1為并網(wǎng)點，u2-o2-w2為負載連接點，e為接地點，其中o1為變壓器的中性點。逆變器內(nèi)部對u1-o1和w1-o1進行電壓采樣以檢測電網(wǎng)，其中，u1-o1和w1-o1的額定相電壓為101vac，u1-w1電壓為202vac。并網(wǎng)運行時，開關1和開關2閉合，開關3和開關4斷開，逆變橋臂只需輸出u-w相電壓；離網(wǎng)運行時，開關1和開關2斷開，開關3和開關4閉合，逆變橋臂輸出u-o-w相電壓，且需適應u-o相和w-o相之間的不平衡負載。并且，由于離網(wǎng)運行時o點相連接了大地，因此必須保證離網(wǎng)工況下的逆變系統(tǒng)沒有漏電流。

通常，逆變橋采用三橋臂逆變電路，其中一個橋臂用于控制離網(wǎng)工況下的o點電位，如圖2所示。該拓撲的優(yōu)點是：多了一個o點控制橋臂(圖2中的4-1)，可以適應u-o相和w-o相之間的不平衡負載；然而，多出的橋臂和電感增加了系統(tǒng)成本，且由于o點(圖2中的5-5端點處)需接大地，因此，該控制方案會引入高頻漏電流。

除此，為減小控制復雜度，如圖3所示，將逆變橋選擇常規(guī)的h4橋式拓撲，并在離網(wǎng)運行將w相通過開關3和開關4連接到o2點和大地上。此時，逆變橋僅輸出101vac的單相電壓，即只供其中u2-o2相負載，而不能提供w2-o2相和u2-w2相的負載，需對離網(wǎng)負載做專門配置，降低了離網(wǎng)工況下逆變器的可用性，且離網(wǎng)工況下的漏電流問題也比較突出。

因此，如何提供一種逆變器及其控制方法、控制裝置，既能滿足負載的輸出要求，又能避免漏電流，且結構簡單，是本領域技術人員亟待解決的一大技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種逆變器及其控制方法、控制裝置，滿足負載的輸出要求的同時避免了漏電流，且結構簡單。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種逆變器，包括：

逆變電路，所述逆變電路的輸入端與外接直流源相連，且所述逆變電路的輸入側具有第一輸出中點；

開關電路，所述開關電路包括第一開關、第二開關、第三開關以及第四開關，所述第一開關以及所述第三開關并接在所述逆變電路的第一輸出端以及第二輸出端之間，且，所述第一開關的輸出端作為所述逆變器的并網(wǎng)輸出端，所述第三開關的輸出端作為所述逆變器的離網(wǎng)輸出端；所述并網(wǎng)輸出端通過所述第二開關管與所述離網(wǎng)輸出端并聯(lián)，所述第一輸出中點分別與所述第三開關的輸入中點以及所述第四開關相連，所述第四開關的輸出端接地；

控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與所述逆變電路以及所述開關電路相連，用于根據(jù)所述逆變器的并網(wǎng)輸出端電壓、所述離網(wǎng)輸出端電壓以及所述逆變電路的輸出端電壓，輸出控制信號，以控制所述開關電路中各開關的開啟和關斷。

可選的，所述逆變電路包括：

分壓電路，并聯(lián)在所述逆變電路的輸入端，且，所述分壓電路包括串聯(lián)的至少兩個濾波電容，所述濾波電容構成的支路的中點作為所述逆變電路的輸入側的所述第一輸出中點；

逆變橋，并聯(lián)在所述分壓電路的兩端，包括四個開關管；且具有第一輸出端以及第二輸出端；

以及，濾波器，并聯(lián)在所述逆變橋的第一輸出端以及第二輸出端之間，且所述濾波器的輸出端分別作為所述逆變電路的第一輸出端以及第二輸出端。

可選的，所述逆變橋為h4橋或heric橋，所述濾波器為lc型結構、l型結構或lcl型濾波結構。

一種控制方法，應用于上述的逆變器，包括：

并網(wǎng)運行時，控制所述第一開關以及所述第二開關閉合，控制所述第三開關以及所述第四開關斷開，使所述逆變器采用電流源模式輸出；

離網(wǎng)運行時，控制所述第一開關以及所述第二開關斷開，控制所述第三開關以及所述第四開關閉合，使所述逆變器采用電壓源模式輸出。

可選的，包括：

所述電流源模式輸出包括雙極性調(diào)制或單極性調(diào)制方式；

所述電壓源模式輸出中，所述逆變器分為第一半橋電路以及第二半橋電路，所述第一半橋電路與所述第二半橋電路單獨控制輸出。

可選的，還包括：

將所述外接直流源的輸出電流經(jīng)預設dcdc變換器轉換后接入所述逆變電路的輸入端。

一種控制裝置，包括：

第一控制模塊，用于在并網(wǎng)運行時，控制所述第一開關以及所述第二開關閉合，控制所述第三開關以及所述第四開關斷開，使所述逆變器采用電流源模式輸出；

第二控制模塊，用于在離網(wǎng)運行時，控制所述第一開關以及所述第二開關斷開，控制所述第三開關以及所述第四開關閉合，使所述逆變器采用電壓源模式輸出。

可選的，所述電流源模式輸出包括雙極性調(diào)制或單極性調(diào)制方式；

所述電壓源模式輸出中，所述逆變器分為第一半橋電路以及第二半橋電路，所述第一半橋電路與所述第二半橋電路單獨控制輸出。

可選的，還包括：

轉換模塊，用于將所述外接直流源的輸出電流經(jīng)預設dcdc變換器轉換后接入所述逆變電路的輸入端。

一種控制系統(tǒng)，包括任意一項上述的控制裝置。

從上述的技術方案可以看出，本發(fā)明提供了一種逆變器，包括：逆變電路、開關電路以及控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)所述逆變器的并網(wǎng)輸出端電壓、所述離網(wǎng)輸出端電壓以及所述逆變電路的輸出端電壓，輸出控制信號，以控制所述開關電路中各開關的開啟和關斷，以使得逆變器在并網(wǎng)運行時，采用電流源模式輸出，在離網(wǎng)運行時，采用電壓源模式輸出，滿足負載的輸出要求，除此，本發(fā)明中將第四開關與地相連，避免了漏電流的產(chǎn)生，且逆變電路選用h4橋，結構簡單。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)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(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術提供的一種逆變器的結構示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術提供的一種逆變器的電路結構圖；

圖3為現(xiàn)有技術提供的又一種逆變器的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種逆變器的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種逆變器的又一結構示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種逆變器的又一結構示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的一種逆變器的又一結構示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例提供的一種逆變器的又一結構示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例提供的一種控制方法的流程示意圖；

圖10為對本發(fā)明實施例提供的逆變器的仿真圖；

圖11為對本發(fā)明實施例提供的逆變器的又一仿真圖；

圖12為本發(fā)明實施例提供的一種控制裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)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(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

具體的，請參閱圖4，為本實施例提供的一種逆變器的結構示意圖，包括：逆變電路、開關電路以及控制系統(tǒng)。

其中，所述逆變電路的輸入端與外接直流源相連，且所述逆變電路的輸入側具有第一輸出中點。

所述開關電路包括第一開關、第二開關、第三開關以及第四開關，所述第一開關以及所述第三開關并接在所述逆變電路的第一輸出端以及第二輸出端之間，且，所述第一開關的輸出端作為所述逆變器的并網(wǎng)輸出端，所述第三開關的輸出端作為所述逆變器的離網(wǎng)輸出端；所述并網(wǎng)輸出端通過所述第二開關管與所述離網(wǎng)輸出端并聯(lián)，所述第一輸出中點分別與所述第三開關的輸入中點以及所述第四開關相連，所述第四開關的輸出端接地。

所述控制系統(tǒng)與所述逆變電路以及所述開關電路相連，用于根據(jù)所述逆變器的并網(wǎng)輸出端電壓、所述離網(wǎng)輸出端電壓以及所述逆變電路的輸出端電壓，輸出控制信號，以控制所述開關電路中各開關的開啟和關斷。

具體的，結合圖5，所述逆變電路可以包括：分壓電路、逆變橋以及濾波器。其中，分壓電路，并聯(lián)在所述逆變電路的輸入端，且，所述分壓電路包括串聯(lián)的至少兩個濾波電容，所述濾波電容構成的支路的中點作為所述逆變電路的輸入側的所述第一輸出中點。逆變橋并聯(lián)在所述分壓電路的兩端，包括四個開關管，且具有第一輸出端以及第二輸出端。濾波器并聯(lián)在所述逆變橋的第一輸出端以及第二輸出端之間，且所述濾波器的輸出端分別作為所述逆變電路的第一輸出端以及第二輸出端。

以圖5為例，開關管s1和s2構成橋臂1，s3和s4構成橋臂2，逆變橋也可以是heric或者其它單相逆變拓撲；直流母線并接濾波電容cp和cn以構成正負母線，其中點m連接于逆變電路輸出中性點o處；輸出濾波器采用lc型結構，也可以是l型或者lcl等結構形式，其中電感l(wèi)根據(jù)需要可拆分為l1和l2或者其它結構形式，c0、c1、c2、c3和c4為交流輸出濾波電容。

具體的，開關電路包括包含開關1、開關2、開關3和開關4，需要說明的是：開關1、開關2、開關3和開關4可以全部或者部分置于逆變器內(nèi)部，部分置于逆變器外部的設備中，且，開關1-4可以是單個開關，也可以是2個或者多個串聯(lián)的開關組。并網(wǎng)運行時：開關1和開關2閉合，開關3和開關4斷開，o點被開關3和開關4斷開，不與電網(wǎng)、負載和大地連接；負載則與電網(wǎng)直接并聯(lián)，c1和c2為電網(wǎng)檢測提供測量點。

離網(wǎng)運行時：開關1和開關2斷開，開關3和開關4閉合，橋臂1和橋臂2分別與m-o中點通路構成兩個單相半橋電路，cp-cn-s1-s2-l1-c3構成半橋電路1，cp-cn-s3-s4-l2-c4構成半橋電路2，負載由逆變橋輸出直接供電，c3和c4為u-o相和w-o相的輸出濾波電容，o點與負載供電中性點及大地相連，保證系統(tǒng)用電安全可靠。

需要說明的是，由于本方案中開關1和開關2的邏輯關系相同(同時開啟或關閉)，開關3和開關4的邏輯關系相同，因此，開關1和開關2可以是兩個獨立控制的開關，也可以是同一個開關，然后通過接線連接在圖5中的開關1和開關2處，即開關1和開關2為同一個開關的不同分相。同理，開關3和開關4也可以是兩個獨立控制的開關，或者是同一個開關的不同分相。

當然，由于開關1和開關3的邏輯相反，因此，開關1和開關3可以是不同的開關，也可以是將同一個開關進行不同的電路邏輯處理后的開關電路，如，將開關一的輸出端進行反相處理后(例如增加一個反相器)，連入圖5中開關3的位置。

除此，在上述實施例的基礎上，本實施例還提供了多種逆變器的替代電路，如圖6、圖7以及圖8所示，圖6中將開關3的位置進行了前移，但開關3仍并聯(lián)在所述逆變電路的第一輸出端以及第二輸出端之間，且所述第一輸出中點分別與所述開關3的輸入中點相連。

圖7是在圖5的基礎上，增加了第五開關，在并網(wǎng)運行時，控制m點處于懸空狀態(tài)即可，其他工作原理請參見上述實施例。需要說明的是，該第五開關(圖中開關5)的控制邏輯與開關3的控制邏輯相同。同理，開關5和開關3可以為相互獨立控制的開關，也可以為同一個開關的不同分相。

圖8是在圖5的基礎上，將第五開關并聯(lián)在開關3上，并在開關3和開關5之間增加了串接的電容。同樣的，本實施例中，開關3和開關5的控制邏輯相同，這樣增加了離網(wǎng)口與負載以及電網(wǎng)的安規(guī)的可靠性，除此，還將離網(wǎng)輸出所需的大電容放置在c5和c6處，其中，控制c3和c4取值小于c5和c6，這樣可以保證并網(wǎng)工況下，逆變器網(wǎng)側電容較小，有利于并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

結合上述的逆變結構，本實施例提供了一種控制方法，如下：

并網(wǎng)運行時，控制所述第一開關以及所述第二開關閉合，控制所述第三開關以及所述第四開關斷開，使所述逆變器采用電流源模式輸出；

離網(wǎng)運行時，控制所述第一開關以及所述第二開關斷開，控制所述第三開關以及所述第四開關閉合，使所述逆變器采用電壓源模式輸出。

其中，所述電流源模式輸出包括雙極性調(diào)制或單極性調(diào)制方式，所述電壓源模式輸出中，所述逆變器分為第一半橋電路以及第二半橋電路，所述第一半橋電路與所述第二半橋電路單獨控制輸出。

具體的，結合圖5和圖9，并網(wǎng)運行時，無需考慮和控制o點電位，由于此時逆變電路未接入大地及電網(wǎng)中性點(只是提供電網(wǎng)監(jiān)測的參考點)，且c3和c4也能提供漏電流旁路通道，因此系統(tǒng)漏電流較小，逆變電路可以采用雙極性調(diào)制或者單極性調(diào)制(含多種可能的單極性調(diào)制)，逆變器運行于電流源模式。

離網(wǎng)運行時，逆變電路對半橋電路1和半橋電路2實行解耦控制，以獲得正弦的相電壓u-o和相電壓w-o，保證電壓u-o和w-o幅值和頻率相同，但相位相差180°。由于系統(tǒng)獨立控制了電壓u-o和電壓w-o，電壓u-o和w-o彼此影響很小，u2-o2和w2-o2處所接負載可以不平衡(如其中一相滿載，而另一相空載)，且u2-w2上也可接200vac等級的交流負載。此外，由于系統(tǒng)構建的兩個半橋電路的接地點o連接于直流母線電壓中點，其電位相對穩(wěn)定，系統(tǒng)漏電流很小。

需要說明的是，若cp和cn上的電壓產(chǎn)生了偏差，可以在半橋電路1和/或半橋電路2的調(diào)制波中注入一定分量的直流量來進行調(diào)節(jié)。在本實施例中不進行詳述。

為了進一步驗證本實施例提供的逆變器以及控制方法的有效性，發(fā)明人對上述控制方法進行了仿真驗證：設計u-o、w-o、u-w相電壓分別為101vac、101vac和202vac。三相上的負載分別為2kw、1kw和1kw，分別仿真并網(wǎng)和離網(wǎng)工況。

結合圖10和圖11，圖10為并網(wǎng)運行的仿真波形，圖11為離網(wǎng)運行的仿真波形，其中，在并網(wǎng)運行時，波形一和波形二為兩相電網(wǎng)的并網(wǎng)電流(方便幅值對比，對其中一相電流進行了反向觀測)，波形三為電網(wǎng)電壓。由于本地負載不平衡，并網(wǎng)電流差異很大，但這種不平衡的功率無需逆變器處理，會由電網(wǎng)承擔。

在離網(wǎng)運行時，波形一和波形二為兩相電壓的離網(wǎng)電壓(方便幅值對比，對其中一相電壓進行了反向觀測)，波形三為輸出電壓。雖然本地負載不平衡較大，但兩相負載分別由半橋電路1和半橋電路2獨立處理，相電壓u-o和相電壓w-o幅值基本相同，u-w相電壓也滿足要求。

在上述實施例的基礎上，如圖12所示，本實施例還提供了一種控制裝置，包括：

第一控制模塊11，用于在并網(wǎng)運行時，控制所述第一開關以及所述第二開關閉合，控制所述第三開關以及所述第四開關斷開，使所述逆變器采用電流源模式輸出；

第二控制模塊12，用于在離網(wǎng)運行時，控制所述第一開關以及所述第二開關斷開，控制所述第三開關以及所述第四開關閉合，使所述逆變器采用電壓源模式輸出。

其中，所述電流源模式輸出包括雙極性調(diào)制或單極性調(diào)制方式，所述電壓源模式輸出中，所述逆變器分為第一半橋電路以及第二半橋電路，所述第一半橋電路與所述第二半橋電路單獨控制輸出。

可選的，還包括：

轉換模塊13，用于將所述外接直流源的輸出電流經(jīng)預設dcdc變換器轉換后接入所述逆變電路的輸入端。

其工作原理請參見上述方法實施例，除此，本實施例還提供了一種控制系統(tǒng)，包括任意一項上述的控制裝置。

綜上，本發(fā)明提供了一種逆變器及其控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)，該逆變器包括：逆變電路、開關電路以及控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)所述逆變器的并網(wǎng)輸出端電壓、所述離網(wǎng)輸出端電壓以及所述逆變電路的輸出端電壓，輸出控制信號，以控制所述開關電路中各開關的開啟和關斷，以使得逆變器在并網(wǎng)運行時，采用電流源模式輸出，在離網(wǎng)運行時，采用電壓源模式輸出，滿足負載的輸出要求，除此，本發(fā)明中將第四開關與地相連，避免了漏電流的產(chǎn)生，且逆變電路選用h4橋，結構簡單。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，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。對于實施例公開的裝置而言，由于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(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)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(fā)明實施例的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明實施例將不會被限制于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范圍。