本發(fā)明涉及并網(wǎng)逆變器損耗仿真方法，具體是一種可以在線分析逆變器損耗的并網(wǎng)逆變器損耗在線建模仿真方法。

背景技術(shù)：

逆變器損耗研究與逆變器的效率和可靠性直接相關(guān)，準(zhǔn)確計(jì)算逆變器的損耗對(duì)于散熱設(shè)計(jì)、器件參數(shù)和系統(tǒng)優(yōu)化非常重要。因此，逆變器損耗建模一直是電力電子領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。在對(duì)逆變器損耗建模的研究中，已有文獻(xiàn)《李翔,馬超群,梁琪.大功率光伏逆變器的損耗建模與分析[J].電力電子技術(shù),2014,01:12-14.》，《洪峰,單任仲,王慧貞,嚴(yán)仰光.一種逆變器損耗分析與計(jì)算的新方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2008,15:72-78.》等。

文獻(xiàn)《大功率光伏逆變器的損耗建模與分析》認(rèn)為逆變器的損耗主要由開(kāi)關(guān)器件損耗和濾波電抗器的損耗兩部分構(gòu)成，通過(guò)檢測(cè)模型中電流電壓等數(shù)據(jù)，根據(jù)器件廠商提供的數(shù)據(jù)手冊(cè)計(jì)算得到了逆變器的各項(xiàng)損耗。文獻(xiàn)《一種逆變器損耗分析與計(jì)算的新方法》在對(duì)開(kāi)關(guān)損耗進(jìn)行分析時(shí)考慮了器件間的相互影響和作用，因此更為精確。但是這些方法都只能用于逆變器損耗的離線預(yù)估計(jì)算中。存在以下的不足：

1)一次只能離線計(jì)算某個(gè)功率點(diǎn)下的逆變器損耗，電流電壓等任何參數(shù)發(fā)生改變后需要重新計(jì)算，因此難以對(duì)損耗進(jìn)行在線分析。

2)缺少交互性，計(jì)算得到的損耗不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制算法造成影響，無(wú)法分析控制算法帶來(lái)的功率損耗。

3)所需電路參數(shù)較多且常常難以準(zhǔn)確獲得，計(jì)算中存在很多近似，導(dǎo)致最終結(jié)果誤差較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要解決逆變器損耗的計(jì)算過(guò)程繁瑣且不準(zhǔn)確，難以對(duì)損耗進(jìn)行在線分析，不利于對(duì)逆變器系統(tǒng)級(jí)效率進(jìn)行研究，無(wú)法分析控制算法帶來(lái)的功率損耗等問(wèn)題。本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的并網(wǎng)逆變器損耗在線建模仿真方法。

為解決本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種并網(wǎng)逆變器損耗在線建模仿真方法。所采用的技術(shù)方案為：包括搭建逆變器仿真模型和電網(wǎng)仿真模型，在逆變器仿真模型和電網(wǎng)仿真模型中間并聯(lián)了一個(gè)理想受控電流源仿真模型來(lái)模擬并網(wǎng)逆變器的功率損耗；

所述理想受控電流源電流的相位與逆變器網(wǎng)側(cè)電流相同，所述理想受控電流源電流的有效值I′計(jì)算步驟如下：

步驟1，測(cè)量逆變器仿真模型的效率曲線；

步驟2，在線檢測(cè)電網(wǎng)電壓并獲得其電壓有效值U_p，在線檢測(cè)電網(wǎng)電流并獲得其電流有效值I_g，獲得電網(wǎng)電壓和電流之間的相位差θ，并根據(jù)下式計(jì)算逆變器當(dāng)前工作的功率點(diǎn)x：

$x=\frac{3U_p{I}_{g}cos\mathrm{\θ}}{P_{rate}};$

其中，P_rate為逆變器的額定功率；

步驟3，根據(jù)給定的逆變器實(shí)際物理模型效率曲線，獲得當(dāng)前功率點(diǎn)x處逆變器仿真模型的期望效率η；

步驟4，根據(jù)步驟1中所獲得的逆變器仿真模型的效率曲線，獲得當(dāng)前功率點(diǎn)x處逆變器仿真模型的效率η_sw；

步驟5，理想受控電流源電流的有效值I′根據(jù)下式計(jì)算獲得：

I′＝I_g(η_sw-η)/η。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

1)可以在線模擬逆變器當(dāng)前工作狀態(tài)下的損耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)損耗的在線分析。

2)可以實(shí)現(xiàn)損耗和逆變器控制互相影響，因而可以分析控制算法對(duì)損耗的影響。

3)本方法不需要復(fù)雜的參數(shù)，模型簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，誤差在0.02％以內(nèi)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明并網(wǎng)逆變器損耗在線建模仿真方法的建模拓?fù)鋱D；

圖2為逆變器仿真模型的效率曲線；

圖3為逆變器實(shí)際物理模型的效率曲線

圖4為未加理想受控電流源仿真模型時(shí)電網(wǎng)電流THD分析；

圖5為加上理想受控電流源仿真模型后電網(wǎng)電流THD分析；

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例以一個(gè)仿真軟件Matlab/Simulink中500KW的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)為例，闡明一種并網(wǎng)逆變器損耗在線建模仿真方法。本實(shí)施例的步驟如下。

首先在仿真軟件Matlab/Simulink中按照?qǐng)D1搭建本發(fā)明所提出的并網(wǎng)逆變器損耗建模拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。使用Universal bridge/ideal switch(通用橋臂/理想開(kāi)關(guān)模塊)和電容電感模塊構(gòu)成逆變器仿真模型，所述逆變器仿真模型中并網(wǎng)逆變器開(kāi)關(guān)頻率ω_sw＝6000π(rad/s)，基波頻率ω₀＝100π(rad/s)，使用LCL濾波，L1為0.1mH；L2為0.05mH；C為200μF。所述逆變器仿真模型直流側(cè)連接有直流電源，如光伏組件，風(fēng)機(jī)等等，直流側(cè)電壓U_dc＝650(V)。使用三個(gè)交流電壓源構(gòu)成電網(wǎng)仿真模型，所述電網(wǎng)仿真模型連接在逆變器仿真模型的交流側(cè)，電網(wǎng)仿真模型中電網(wǎng)相電壓有效值U_p＝315(V)。使用三個(gè)受控電流源構(gòu)成理想受控電流源仿真模型，所述理想受控電流源仿真模型并聯(lián)在逆變器仿真模型和電網(wǎng)仿真模型的連接處，所述理想受控電流源仿真模型可以模擬逆變器仿真模型的損耗。

所述理想受控電流源電流的相位與逆變器網(wǎng)側(cè)電流相同，所述理想受控電流源電流的有效值I′計(jì)算步驟如下：

步驟1，測(cè)量逆變器仿真模型的效率曲線，結(jié)果如圖2所示。

步驟2，在線檢測(cè)電網(wǎng)電壓并獲得其電壓有效值U_p，在線檢測(cè)電網(wǎng)電流并獲得其有效值I_g以及兩者之間的相位差θ，根據(jù)下式計(jì)算并網(wǎng)逆變器當(dāng)前工作的功率點(diǎn)x：

$x=\frac{3U_p{I}_{g}cos\mathrm{\θ}}{P_{rate}}---\left(1\right)$

式(1)中，P_rate為逆變器的額定功率。

步驟3，給定的逆變器實(shí)際物理模型效率曲線如圖3所示，根據(jù)逆變器實(shí)際物理模型效率曲線，獲得仿真模型中功率點(diǎn)x處逆變器的期望效率η。

步驟4，根據(jù)步驟1中所獲得的并網(wǎng)逆變器仿真模型的效率曲線，獲得功率點(diǎn)x處逆變器仿真模型的效率η_sw。

步驟5，根據(jù)仿真模型中當(dāng)前功率點(diǎn)x處逆變器仿真模型的期望效率η和逆變器仿真模型的效率η_sw，可以推算出得到理想受控電流源電流的有效值I′需滿足如下關(guān)系：

$\frac{\mathrm{\η}}{{\mathrm{\η}}_{sw}}=\frac{I_g}{T_L}=\frac{I_g}{I_g+I^{\′}}---\left(2\right)$

式中：I_L為逆變器網(wǎng)側(cè)電流的有效值，I′＝I_L-I_g為理想受控電流源電流的有效值。

由此便得到了電網(wǎng)電流的有效值I_g和理想受控電流源電流的有效值I′的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

I′＝I_g(η_sw-η)/η (3)

通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓以及給定的逆變器實(shí)際物理模型效率曲線，便可以在線模擬逆變器的功率損耗。該建模方法可以同時(shí)考慮到逆變器器件損耗和控制系統(tǒng)的損耗，而且不會(huì)對(duì)逆變器原有的仿真波形造成影響。測(cè)試結(jié)果如下：

在不同功率點(diǎn)處逆變器仿真模型效率η_sw，實(shí)際物理模型效率η和本方法模擬的逆變器模型效率如表1所示。本方法模擬的逆變器模型效率和實(shí)際物理模型效率相比，最大的誤差不超過(guò)0.02％，證明了本發(fā)明所提方法的有效性。

表1

圖3為功率點(diǎn)為100％時(shí)未加理想受控電流源仿真模型時(shí)的電網(wǎng)電流THD分析，圖4為加理想受控電流源仿真模型后的電網(wǎng)電流THD分析。逆變器實(shí)際物理模型的損耗大部分以熱能的形式散發(fā)，不影響電流波形，模型中的理想受控電流源仿真模型也幾乎沒(méi)有改變電流波形的諧波分布，因而本發(fā)明所提方法不會(huì)對(duì)逆變器電流控制造成影響，可以用來(lái)分析逆變器控制算法(如最大功率跟蹤等)帶來(lái)的功率損失。

綜上所述，該建模方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，只需已知逆變器的效率曲線而不需其他繁瑣的數(shù)據(jù)，仿真結(jié)果精確，具有一定的可行性。