分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)全局同步脈寬調(diào)制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)全局同步脈寬調(diào)制系統(tǒng)及方法，包括主控單元和位于不同地理位置的若干個(gè)并網(wǎng)逆變器，每個(gè)并網(wǎng)逆變器均與分布式電源連接，每個(gè)并網(wǎng)逆變器均通過公共并網(wǎng)點(diǎn)與電網(wǎng)連接，所述主控單元通過通訊通道與所有的并網(wǎng)逆變器通信，所述主控單元接收各個(gè)并網(wǎng)逆變器的信息，確定全局同步策略后，將全局同步策略的全局同步信號(hào)分別發(fā)送給各個(gè)并網(wǎng)逆變器，各個(gè)并網(wǎng)逆變器利用全局同步信號(hào)調(diào)整自己的脈寬調(diào)制波相位，以達(dá)到各個(gè)并網(wǎng)逆變器脈寬調(diào)制波之間能夠滿足諧波抵消的相位差，從而抵消各個(gè)并網(wǎng)逆變器注入電網(wǎng)的諧波電流。它具有能夠消除逆變器諧波電流無序疊加的問題，并能使諧波電流在各個(gè)分布式逆變器之間相互抵消的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)全局同步脈寬調(diào)制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)全局同步脈寬調(diào)制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的作用是通過并網(wǎng)逆變器將分布式電源接入電網(wǎng)。為減少并網(wǎng)逆變器輸出諧波對電網(wǎng)的影響，現(xiàn)有專利提出了很多方法，但這些方法的研究對象都是單個(gè)逆變器，僅僅能夠減少一個(gè)逆變器的諧波。
[0003]通常情況下，各并網(wǎng)逆變器分布在不同的位置，如圖1所示，每個(gè)并網(wǎng)逆變器都由自己的控制器獨(dú)立控制，向電網(wǎng)發(fā)送或吸收功率。通過脈寬調(diào)制方法可以控制逆變器的輸出波形質(zhì)量。雖然每個(gè)逆變器都將自己輸出電流的諧波總畸變率控制在允許的范圍以內(nèi)以滿足國標(biāo)要求，但當(dāng)很多逆變器連接到公共并網(wǎng)點(diǎn)或局域電網(wǎng)時(shí)，由于各個(gè)逆變器脈寬調(diào)制波間不滿足能夠使諧波電流在逆變器之間相互抵消的相位關(guān)系，電網(wǎng)總的電流諧波處于無序疊加狀態(tài)，電網(wǎng)諧波疊加的結(jié)果不得而知，可能會(huì)更加嚴(yán)重，也可能會(huì)相互抵消一部分。
[0004]如圖2所示，為表示方便，圖2中將逆變器拆分成控制器與功率電路兩部分，并省略分布式電源。每個(gè)逆變器輸出電流的總諧波畸變小于某個(gè)確定的值，即THDffl<Xffl%(m=l, 2……N)，各個(gè)逆變器由控制器獨(dú)立控制，各個(gè)逆變器脈寬調(diào)制波間不滿足能夠使諧波電流在逆變器之間相互抵消的相位關(guān)系，即圖2中t(m)-t(l)=?為不確定的值，無序疊加的電流諧波可以使電網(wǎng)電流的總諧波畸變率超出電網(wǎng)要求，即圖2中THD〈？表示總諧波畸變不確定，或者當(dāng)線路阻抗較大時(shí)，可以引起公共并網(wǎng)點(diǎn)電壓畸變，帶來嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題?，F(xiàn)有專利僅能減少一個(gè)逆變器輸出電流諧波而不能控制公共并網(wǎng)點(diǎn)注入電網(wǎng)電流諧波的問題，有文章提到了不同逆變器的同步，但都是針對同一地點(diǎn)并聯(lián)運(yùn)行逆變器間在工頻量上的同步，沒有提到諧波消除的問題，本專利提出一種全局同步脈寬調(diào)制方法，通過對分布在不同地點(diǎn)的逆變器進(jìn)行全局脈寬`調(diào)制，能夠有效減少公共并網(wǎng)點(diǎn)注入電網(wǎng)的電流諧波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)全局同步脈寬調(diào)制系統(tǒng)及方法，它具有能夠消除逆變器諧波電流無序疊加的問題，并能使諧波電流在各個(gè)分布式逆變器之間相互抵消的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)全局同步脈寬調(diào)制系統(tǒng)，包括主控單元和位于不同地理位置的若干個(gè)并網(wǎng)逆變器，每個(gè)所述并網(wǎng)逆變器均與分布式電源連接，每個(gè)并網(wǎng)逆變器均通過公共并網(wǎng)點(diǎn)與電網(wǎng)連接，所述主控單元與所有的并網(wǎng)逆變器通信，所述主控單元接收各個(gè)并網(wǎng)逆變器的信息，確定全局同步策略后，將包含全局同步策略的全局同步信號(hào)分別發(fā)送給各個(gè)并網(wǎng)逆變器，各個(gè)并網(wǎng)逆變器利用全局同步信號(hào)調(diào)整自己的脈寬調(diào)制波相位，以達(dá)到各個(gè)并網(wǎng)逆變器脈寬調(diào)制波之間能夠滿足諧波抵消的相位差，從而抵消各個(gè)并網(wǎng)逆變器注入電網(wǎng)的諧波電流。
[0008]一種分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)全局同步脈寬調(diào)制系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟:
[0009]步驟(la):主控單元接收各個(gè)并網(wǎng)逆變器的信息，確定各個(gè)分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的全局同步策略；即確定在所有參與全局脈寬調(diào)制的N個(gè)逆變器中各逆變器Hla的脈寬調(diào)制波時(shí)刻t (ma) ’與任意指定的參考逆變器I脈寬調(diào)制波時(shí)刻t (I)’的時(shí)間差A(yù)t (ma)，m的取值范圍是2至N，a表示逆變器不分組；At(ma) =t(ma)’_t(l)’ ；由于脈寬調(diào)制波的脈沖有一定寬度，統(tǒng)一取脈沖中點(diǎn)的時(shí)刻為脈寬調(diào)制波時(shí)刻；所述逆變器I任意指定，逆變器脈寬調(diào)制波是不斷重復(fù)的，要指定一個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波作為參考；
[0010]步驟(2a):主控單元根據(jù)步驟(Ia)的全局同步策略和各并網(wǎng)逆變器的時(shí)鐘精確程度，確定每次同步的時(shí)間間隔，判斷是否到達(dá)發(fā)送時(shí)間，如果到達(dá)發(fā)送時(shí)間，主控單元就向并網(wǎng)逆變器發(fā)送相應(yīng)的全局同步信號(hào)進(jìn)入步驟(3a);如果未到達(dá)發(fā)送時(shí)間，就返回步驟(Ia)；
[0011]步驟(3a):
[0012]各個(gè)并網(wǎng)逆變器在接收到主控單元的全局同步信號(hào)后，僅僅改變并網(wǎng)逆變器自己的脈寬調(diào)制波的輸出時(shí)刻，脈寬調(diào)制波中的脈沖寬度不變，使得各個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波與逆變器I的脈寬調(diào)制波之間滿足At(Hia)的時(shí)間差；最終各個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波之間的相位差滿足同步單元所要求的能夠讓逆變器的諧波電流在逆變器之間相互抵消的相位差，從而抵消各個(gè)并網(wǎng)逆變器注入電網(wǎng)的諧波電流。
[0013]一種分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)全局同步脈寬調(diào)制系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟:
[0014]步驟(Ib):主控單元接收各個(gè)并網(wǎng)逆變器的信息，確定各個(gè)分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的全局同步策略；將所有參與全局脈寬調(diào)制的逆變器以能讓各個(gè)逆變器輸出諧波電流在逆變器之間最大程度相互抵消的原則分成N組，確定各逆變器組Hlb中的所有逆變器的脈寬調(diào)制波時(shí)刻t(mb)’與任意指定的參考逆變器I脈寬調(diào)制波時(shí)刻t (I)’的時(shí)間差A(yù)t(mb)，b表示逆變器分組；At(mb) =t(mb)’-t(l)’ ；由于脈寬調(diào)制波的脈沖有一定寬度，統(tǒng)一取脈沖中點(diǎn)的時(shí)刻為脈寬調(diào)制波時(shí)刻；所述逆變器I任意指定一個(gè)，逆變器脈寬調(diào)制波是不斷重復(fù)的，要指定一個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波作為參考。
[0015]步驟(2b):主控單元根據(jù)步驟(Ib)的全局同步策略和各并網(wǎng)逆變器的時(shí)鐘精確程度，確定每次同步的時(shí)間間隔，判斷是否到達(dá)發(fā)送時(shí)間，如果到達(dá)發(fā)送時(shí)間，主控單元就向并網(wǎng)逆變器發(fā)送相應(yīng)的全局同步信號(hào)進(jìn)入步驟(3b);如果未到達(dá)發(fā)送時(shí)間，就返回步驟(Ib)；
[0016]步驟(3b):
[0017]各個(gè)并網(wǎng)逆變器在接收到主控單元的全局同步信號(hào)后，僅僅改變并網(wǎng)逆變器自己的脈寬調(diào)制波的輸出時(shí)刻，脈寬調(diào)制波中的脈沖寬度不變，使得各個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波與逆變器I的脈寬調(diào)制波之間滿足At(HIb)的時(shí)間差；最終各個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波之間的相位差滿足同步單元所要求的能夠讓逆變器的諧波電流在逆變器之間相互抵消的相位差，從而抵消各個(gè)并網(wǎng)逆變器注入電網(wǎng)的諧波電流。
[0018]所述步驟(Ia)和步驟(Ib)的并網(wǎng)逆變器的信息包括分布式并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)參數(shù)、電網(wǎng)參數(shù)、對公共并網(wǎng)點(diǎn)注入電網(wǎng)的電流質(zhì)量要求。[0019]所述步驟(Ia)的全局同步控制策略為:所有參與全局脈寬調(diào)制的逆變器個(gè)數(shù)為N,以一個(gè)逆變器脈寬調(diào)制波為基準(zhǔn)，其他逆變器脈寬調(diào)制波依次滯后:
[0020]Δ t (ma) = (ma_l) Tc/N ;m = 2，3…N ;
[0021]Δ t (ma)為逆變器ma的脈寬調(diào)制波時(shí)刻t (ma) ’與逆變器I脈寬調(diào)制波時(shí)刻t⑴’的時(shí)間差；
[0022]Tc為開關(guān)頻率；N為參與全局同步脈寬調(diào)制的逆變器個(gè)數(shù)^Iia為第ma個(gè)逆變器，a表示逆變器不分組。
[0023]用角度表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)全局同步脈寬調(diào)制系統(tǒng)，其特征是，包括主控單元和位于不同地理位置的若干個(gè)并網(wǎng)逆變器，每個(gè)所述并網(wǎng)逆變器均與分布式電源連接，每個(gè)并網(wǎng)逆變器均通過公共并網(wǎng)點(diǎn)與電網(wǎng)連接，所述主控單元與所有的并網(wǎng)逆變器通信，所述主控單元接收各個(gè)并網(wǎng)逆變器的信息，確定全局同步策略后，將包含全局同步策略的全局同步信號(hào)分別發(fā)送給各個(gè)并網(wǎng)逆變器，各個(gè)并網(wǎng)逆變器利用全局同步信號(hào)調(diào)整自己的脈寬調(diào)制波相位，以達(dá)到各個(gè)并網(wǎng)逆變器脈寬調(diào)制波之間能夠滿足諧波抵消的相位差，從而抵消各個(gè)并網(wǎng)逆變器注入電網(wǎng)的諧波電流。
2.如權(quán)利要求1所述的一種分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)全局同步脈寬調(diào)制系統(tǒng)的工作方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟(Ia):主控單元接收各個(gè)并網(wǎng)逆變器的信息，確定各個(gè)分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的全局同步策略；即確定在所有參與全局脈寬調(diào)制的N個(gè)逆變器中各逆變器ma的脈寬調(diào)制波時(shí)亥IJt (ma) ’與任意指定的參考逆變器I脈寬調(diào)制波時(shí)刻t (I)’的時(shí)間差A(yù)t (ma)，m的取值范圍是2至N，a表示逆變器不分組；Δ t (ma) = t (ma) ’ _t (I) ’ ；所述逆變器I任意指定，逆變器脈寬調(diào)制波是不斷重復(fù)的，要指定一個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波作為參考； 步驟(2a):主控單元根據(jù)步驟(Ia)的全局同步策略和各并網(wǎng)逆變器的時(shí)鐘精確程度，確定每次同步的時(shí)間間隔，判斷是否到達(dá)發(fā)送時(shí)間，如果到達(dá)發(fā)送時(shí)間，主控單元就向并網(wǎng)逆變器發(fā)送相應(yīng)的全局同步信號(hào)進(jìn)入步驟(3a);如果未到達(dá)發(fā)送時(shí)間，就返回步驟(Ia)； 步驟(3a): 各個(gè)并網(wǎng)逆變器在接收到主控單元的全局同步信號(hào)后，僅僅改變并網(wǎng)逆變器自己的脈寬調(diào)制波的輸出時(shí)刻，脈寬調(diào)制波中的脈沖寬度不變，使得各個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波與逆變器I的脈寬調(diào)制波之間滿足At(Hia)的時(shí)間差；最終各個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波之間的相位差滿足同步單元所要求的能夠讓逆變器的諧波電流在逆變器之間相互抵消的相位差，從而抵消各個(gè)并網(wǎng)逆變器注入電網(wǎng)的諧波電流。
3.如權(quán)利要求1所述的一種分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)全局同步脈寬調(diào)制系統(tǒng)的工作方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟(Ib):主控單元接收各個(gè)并網(wǎng)逆變器的信息，確定各個(gè)分布式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的全局同步策略；將所有參與全局脈寬調(diào)制的逆變器以能讓各個(gè)逆變器輸出諧波電流在逆變器之間最大程度相互抵消的原則分成N組，確定各逆變器組mb中的所有逆變器的脈寬調(diào)制波時(shí)刻t(mb)’與任意指定的參考逆變器I脈寬調(diào)制波時(shí)刻t (I)’的時(shí)間差A(yù)t(mb)，b表示逆變器分組；At(mb) =t(mb)’-t(l)’ ；統(tǒng)一取脈沖中點(diǎn)的時(shí)刻為脈寬調(diào)制波時(shí)刻；所述逆變器I任意指定一個(gè)，逆變器脈寬調(diào)制波是不斷重復(fù)的，要指定一個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波作為參考；由于脈寬調(diào)制波的脈沖有一定寬度，統(tǒng)一取脈沖中點(diǎn)的時(shí)刻為脈寬調(diào)制波時(shí)刻； 步驟(2b):主控單元根據(jù)步驟(Ib)的全局同步策略和各并網(wǎng)逆變器的時(shí)鐘精確程度，確定每次同步的時(shí)間間隔，判斷是否到達(dá)發(fā)送時(shí)間，如果到達(dá)發(fā)送時(shí)間，主控單元就向并網(wǎng)逆變器發(fā)送相應(yīng)的全局同步信號(hào)進(jìn)入步驟(3b);如果未到達(dá)發(fā)送時(shí)間，就返回步驟(Ib)； 步驟(3b): 各個(gè)并網(wǎng)逆變器在接收到主控單元的全局同步信號(hào)后，僅僅改變并網(wǎng)逆變器自己的脈寬調(diào)制波的輸出時(shí)刻，脈寬調(diào)制波中的脈沖寬度不變，使得各個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波與逆變器I的脈寬調(diào)制波之間滿足At(Hib)的時(shí)間差；最終各個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波之間的相位差滿足同步單元所要求的能夠讓逆變器的諧波電流在逆變器之間相互抵消的相位差，從而抵消各個(gè)并網(wǎng)逆變器注入電網(wǎng)的諧波電流。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征是， 所述步驟(Ia)和步驟(Ib)的并網(wǎng)逆變器的信息包括分布式并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)參數(shù)、電網(wǎng)參數(shù)、對公共并網(wǎng)點(diǎn)注入電網(wǎng)的電流質(zhì)量要求。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是， 所述步驟(Ia)的全局同步控制策略為:所有參與全局脈寬調(diào)制的逆變器個(gè)數(shù)為N，以一個(gè)逆變器脈寬調(diào)制波為基準(zhǔn)，其他逆變器脈寬調(diào)制波依次滯后:
Δ t (ma) = (ma-l) Tc/N ；m = 2，3...N ； At(Hia)為逆變器&的脈寬調(diào)制波時(shí)刻t(ma)’與逆變器I脈寬調(diào)制波時(shí)刻t (I)’的時(shí)間差; Tc為開關(guān)頻率；N為參與全局同步脈寬調(diào)制的逆變器個(gè)數(shù)；ma為第ma個(gè)逆變器，a表示逆變器不分組； 用角度表不為: a表示逆變器不分組；
為把一個(gè)開關(guān)周期看成360度，At(ma)所對應(yīng)的角度數(shù)； N為參與全局同步脈寬調(diào)制的逆變器個(gè)數(shù)。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是， 所述步驟(Ib)的全局同步控制策略為:將所有參數(shù)全局脈寬調(diào)制的逆變器以能讓各個(gè)逆變器輸出諧波電流在逆變器之間最大程度相互抵消的原則分成N組，以一個(gè)逆變器脈寬調(diào)制波為基準(zhǔn)，其他各組逆變器脈寬調(diào)制波依次滯后:
7.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征是， 所述步驟(3a)和步驟(3b)的逆變器在接收到全局同步信號(hào)后，如果全局同步信號(hào)的發(fā)送通道是快速通信通道，其信號(hào)傳遞時(shí)間遠(yuǎn)小于逆變器中開關(guān)器件的開關(guān)周期，理論分析時(shí)認(rèn)為通信沒有延時(shí)，同步單元確定各逆變器脈沖寬度調(diào)制波之間的時(shí)間間隔，當(dāng)分別到達(dá)步驟(2a)和步驟(2b)確定的發(fā)送時(shí)間后，用N個(gè)端口通過N條快速通信通道向N個(gè)逆變器發(fā)送脈沖信號(hào)，這N個(gè)脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔就代表了各逆變器脈寬調(diào)制波之間的時(shí)間間隔，逆變器在接收到脈沖信號(hào)后，改變并網(wǎng)逆變器自己的脈寬調(diào)制波的輸出時(shí)刻，脈寬調(diào)制波中的脈沖寬度不變，使得各個(gè)逆變器的脈寬調(diào)制波與逆變器I的脈寬調(diào)制波之間滿足δ t (HIi)的時(shí)間差，i = a或b, a表示逆變器不分組；b表示逆變器分組。
8.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征是， 所述步驟(3a)和步驟(3b)的逆變器在接收到全局同步信號(hào)后，如果全局同步信號(hào)的發(fā)送通道不是快速通信通道，其信號(hào)傳遞時(shí)間不滿足遠(yuǎn)小于逆變器中開關(guān)器件的開關(guān)周期，信號(hào)傳遞時(shí)間不能忽略，利用GPS的`精確時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)同步信號(hào)的相位的調(diào)整。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103840485SQ201410073512
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】高峰, 許濤 申請人:山東大學(xué)