分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统及方法，包括主控单元和位于不同地理位置的若干个并网逆变器，每个并网逆变器均与分布式电源连接，每个并网逆变器均通过公共并网点与电网连接，所述主控单元通过通讯通道与所有的并网逆变器通信，所述主控单元接收各个并网逆变器的信息，确定全局同步策略后，将全局同步策略的全局同步信号分别发送给各个并网逆变器，各个并网逆变器利用全局同步信号调整自己的脉宽调制波相位，以达到各个并网逆变器脉宽调制波之间能够满足谐波抵消的相位差，从而抵消各个并网逆变器注入电网的谐波电流。它具有能够消除逆变器谐波电流无序叠加的问题，并能使谐波电流在各个分布式逆变器之间相互抵消的优点。
【专利说明】分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统及方法。
【背景技术】
[0002]分布式并网逆变系统的作用是通过并网逆变器将分布式电源接入电网。为减少并网逆变器输出谐波对电网的影响，现有专利提出了很多方法，但这些方法的研究对象都是单个逆变器，仅仅能够减少一个逆变器的谐波。
[0003]通常情况下，各并网逆变器分布在不同的位置，如图1所示，每个并网逆变器都由自己的控制器独立控制，向电网发送或吸收功率。通过脉宽调制方法可以控制逆变器的输出波形质量。虽然每个逆变器都将自己输出电流的谐波总畸变率控制在允许的范围以内以满足国标要求，但当很多逆变器连接到公共并网点或局域电网时，由于各个逆变器脉宽调制波间不满足能够使谐波电流在逆变器之间相互抵消的相位关系，电网总的电流谐波处于无序叠加状态，电网谐波叠加的结果不得而知，可能会更加严重，也可能会相互抵消一部分。
[0004]如图2所示，为表示方便，图2中将逆变器拆分成控制器与功率电路两部分，并省略分布式电源。每个逆变器输出电流的总谐波畸变小于某个确定的值，即THDffl<Xffl%(m=l, 2……N)，各个逆变器由控制器独立控制，各个逆变器脉宽调制波间不满足能够使谐波电流在逆变器之间相互抵消的相位关系，即图2中t(m)-t(l)=?为不确定的值，无序叠加的电流谐波可以使电网电流的总谐波畸变率超出电网要求，即图2中THD〈？表示总谐波畸变不确定，或者当线路阻抗较大时，可以引起公共并网点电压畸变，带来严重的电能质量问题。现有专利仅能减少一个逆变器输出电流谐波而不能控制公共并网点注入电网电流谐波的问题，有文章提到了不同逆变器的同步，但都是针对同一地点并联运行逆变器间在工频量上的同步，没有提到谐波消除的问题，本专利提出一种全局同步脉宽调制方法，通过对分布在不同地点的逆变器进行全局脉宽`调制，能够有效减少公共并网点注入电网的电流谐波。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统及方法，它具有能够消除逆变器谐波电流无序叠加的问题，并能使谐波电流在各个分布式逆变器之间相互抵消的优点。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统，包括主控单元和位于不同地理位置的若干个并网逆变器，每个所述并网逆变器均与分布式电源连接，每个并网逆变器均通过公共并网点与电网连接，所述主控单元与所有的并网逆变器通信，所述主控单元接收各个并网逆变器的信息，确定全局同步策略后，将包含全局同步策略的全局同步信号分别发送给各个并网逆变器，各个并网逆变器利用全局同步信号调整自己的脉宽调制波相位，以达到各个并网逆变器脉宽调制波之间能够满足谐波抵消的相位差，从而抵消各个并网逆变器注入电网的谐波电流。
[0008]一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统的工作方法，包括以下步骤:
[0009]步骤(la):主控单元接收各个并网逆变器的信息，确定各个分布式并网逆变系统的全局同步策略；即确定在所有参与全局脉宽调制的N个逆变器中各逆变器Hla的脉宽调制波时刻t (ma) ’与任意指定的参考逆变器I脉宽调制波时刻t (I)’的时间差At (ma)，m的取值范围是2至N，a表示逆变器不分组；At(ma) =t(ma)’_t(l)’ ；由于脉宽调制波的脉冲有一定宽度，统一取脉冲中点的时刻为脉宽调制波时刻；所述逆变器I任意指定，逆变器脉宽调制波是不断重复的，要指定一个逆变器的脉宽调制波作为参考；
[0010]步骤(2a):主控单元根据步骤(Ia)的全局同步策略和各并网逆变器的时钟精确程度，确定每次同步的时间间隔，判断是否到达发送时间，如果到达发送时间，主控单元就向并网逆变器发送相应的全局同步信号进入步骤(3a);如果未到达发送时间，就返回步骤(Ia)；
[0011]步骤(3a):
[0012]各个并网逆变器在接收到主控单元的全局同步信号后，仅仅改变并网逆变器自己的脉宽调制波的输出时刻，脉宽调制波中的脉冲宽度不变，使得各个逆变器的脉宽调制波与逆变器I的脉宽调制波之间满足At(Hia)的时间差；最终各个逆变器的脉宽调制波之间的相位差满足同步单元所要求的能够让逆变器的谐波电流在逆变器之间相互抵消的相位差，从而抵消各个并网逆变器注入电网的谐波电流。
[0013]一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统的工作方法，包括以下步骤:
[0014]步骤(Ib):主控单元接收各个并网逆变器的信息，确定各个分布式并网逆变系统的全局同步策略；将所有参与全局脉宽调制的逆变器以能让各个逆变器输出谐波电流在逆变器之间最大程度相互抵消的原则分成N组，确定各逆变器组Hlb中的所有逆变器的脉宽调制波时刻t(mb)’与任意指定的参考逆变器I脉宽调制波时刻t (I)’的时间差At(mb)，b表示逆变器分组；At(mb) =t(mb)’-t(l)’ ；由于脉宽调制波的脉冲有一定宽度，统一取脉冲中点的时刻为脉宽调制波时刻；所述逆变器I任意指定一个，逆变器脉宽调制波是不断重复的，要指定一个逆变器的脉宽调制波作为参考。
[0015]步骤(2b):主控单元根据步骤(Ib)的全局同步策略和各并网逆变器的时钟精确程度，确定每次同步的时间间隔，判断是否到达发送时间，如果到达发送时间，主控单元就向并网逆变器发送相应的全局同步信号进入步骤(3b);如果未到达发送时间，就返回步骤(Ib)；
[0016]步骤(3b):
[0017]各个并网逆变器在接收到主控单元的全局同步信号后，仅仅改变并网逆变器自己的脉宽调制波的输出时刻，脉宽调制波中的脉冲宽度不变，使得各个逆变器的脉宽调制波与逆变器I的脉宽调制波之间满足At(HIb)的时间差；最终各个逆变器的脉宽调制波之间的相位差满足同步单元所要求的能够让逆变器的谐波电流在逆变器之间相互抵消的相位差，从而抵消各个并网逆变器注入电网的谐波电流。
[0018]所述步骤(Ia)和步骤(Ib)的并网逆变器的信息包括分布式并网逆变器系统参数、电网参数、对公共并网点注入电网的电流质量要求。[0019]所述步骤(Ia)的全局同步控制策略为:所有参与全局脉宽调制的逆变器个数为N,以一个逆变器脉宽调制波为基准，其他逆变器脉宽调制波依次滞后:
[0020]Δ t (ma) = (ma_l) Tc/N ;m = 2，3…N ;
[0021]Δ t (ma)为逆变器ma的脉宽调制波时刻t (ma) ’与逆变器I脉宽调制波时刻t⑴’的时间差；
[0022]Tc为开关频率；N为参与全局同步脉宽调制的逆变器个数^Iia为第ma个逆变器，a表示逆变器不分组。
[0023]用角度表示为:
【权利要求】
1.一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统，其特征是，包括主控单元和位于不同地理位置的若干个并网逆变器，每个所述并网逆变器均与分布式电源连接，每个并网逆变器均通过公共并网点与电网连接，所述主控单元与所有的并网逆变器通信，所述主控单元接收各个并网逆变器的信息，确定全局同步策略后，将包含全局同步策略的全局同步信号分别发送给各个并网逆变器，各个并网逆变器利用全局同步信号调整自己的脉宽调制波相位，以达到各个并网逆变器脉宽调制波之间能够满足谐波抵消的相位差，从而抵消各个并网逆变器注入电网的谐波电流。
2.如权利要求1所述的一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统的工作方法，其特征是，包括以下步骤: 步骤(Ia):主控单元接收各个并网逆变器的信息，确定各个分布式并网逆变系统的全局同步策略；即确定在所有参与全局脉宽调制的N个逆变器中各逆变器ma的脉宽调制波时亥IJt (ma) ’与任意指定的参考逆变器I脉宽调制波时刻t (I)’的时间差At (ma)，m的取值范围是2至N，a表示逆变器不分组；Δ t (ma) = t (ma) ’ _t (I) ’ ；所述逆变器I任意指定，逆变器脉宽调制波是不断重复的，要指定一个逆变器的脉宽调制波作为参考； 步骤(2a):主控单元根据步骤(Ia)的全局同步策略和各并网逆变器的时钟精确程度，确定每次同步的时间间隔，判断是否到达发送时间，如果到达发送时间，主控单元就向并网逆变器发送相应的全局同步信号进入步骤(3a);如果未到达发送时间，就返回步骤(Ia)； 步骤(3a): 各个并网逆变器在接收到主控单元的全局同步信号后，仅仅改变并网逆变器自己的脉宽调制波的输出时刻，脉宽调制波中的脉冲宽度不变，使得各个逆变器的脉宽调制波与逆变器I的脉宽调制波之间满足At(Hia)的时间差；最终各个逆变器的脉宽调制波之间的相位差满足同步单元所要求的能够让逆变器的谐波电流在逆变器之间相互抵消的相位差，从而抵消各个并网逆变器注入电网的谐波电流。
3.如权利要求1所述的一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统的工作方法，其特征是，包括以下步骤: 步骤(Ib):主控单元接收各个并网逆变器的信息，确定各个分布式并网逆变系统的全局同步策略；将所有参与全局脉宽调制的逆变器以能让各个逆变器输出谐波电流在逆变器之间最大程度相互抵消的原则分成N组，确定各逆变器组mb中的所有逆变器的脉宽调制波时刻t(mb)’与任意指定的参考逆变器I脉宽调制波时刻t (I)’的时间差At(mb)，b表示逆变器分组；At(mb) =t(mb)’-t(l)’ ；统一取脉冲中点的时刻为脉宽调制波时刻；所述逆变器I任意指定一个，逆变器脉宽调制波是不断重复的，要指定一个逆变器的脉宽调制波作为参考；由于脉宽调制波的脉冲有一定宽度，统一取脉冲中点的时刻为脉宽调制波时刻； 步骤(2b):主控单元根据步骤(Ib)的全局同步策略和各并网逆变器的时钟精确程度，确定每次同步的时间间隔，判断是否到达发送时间，如果到达发送时间，主控单元就向并网逆变器发送相应的全局同步信号进入步骤(3b);如果未到达发送时间，就返回步骤(Ib)； 步骤(3b): 各个并网逆变器在接收到主控单元的全局同步信号后，仅仅改变并网逆变器自己的脉宽调制波的输出时刻，脉宽调制波中的脉冲宽度不变，使得各个逆变器的脉宽调制波与逆变器I的脉宽调制波之间满足At(Hib)的时间差；最终各个逆变器的脉宽调制波之间的相位差满足同步单元所要求的能够让逆变器的谐波电流在逆变器之间相互抵消的相位差，从而抵消各个并网逆变器注入电网的谐波电流。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征是， 所述步骤(Ia)和步骤(Ib)的并网逆变器的信息包括分布式并网逆变器系统参数、电网参数、对公共并网点注入电网的电流质量要求。
5.如权利要求2所述的方法，其特征是， 所述步骤(Ia)的全局同步控制策略为:所有参与全局脉宽调制的逆变器个数为N，以一个逆变器脉宽调制波为基准，其他逆变器脉宽调制波依次滞后:
Δ t (ma) = (ma-l) Tc/N ；m = 2，3...N ； At(Hia)为逆变器&的脉宽调制波时刻t(ma)’与逆变器I脉宽调制波时刻t (I)’的时间差; Tc为开关频率；N为参与全局同步脉宽调制的逆变器个数；ma为第ma个逆变器，a表示逆变器不分组； 用角度表不为: a表示逆变器不分组；
为把一个开关周期看成360度，At(ma)所对应的角度数； N为参与全局同步脉宽调制的逆变器个数。
6.如权利要求3所述的方法，其特征是， 所述步骤(Ib)的全局同步控制策略为:将所有参数全局脉宽调制的逆变器以能让各个逆变器输出谐波电流在逆变器之间最大程度相互抵消的原则分成N组，以一个逆变器脉宽调制波为基准，其他各组逆变器脉宽调制波依次滞后:
7.如权利要求2或3所述的方法，其特征是， 所述步骤(3a)和步骤(3b)的逆变器在接收到全局同步信号后，如果全局同步信号的发送通道是快速通信通道，其信号传递时间远小于逆变器中开关器件的开关周期，理论分析时认为通信没有延时，同步单元确定各逆变器脉冲宽度调制波之间的时间间隔，当分别到达步骤(2a)和步骤(2b)确定的发送时间后，用N个端口通过N条快速通信通道向N个逆变器发送脉冲信号，这N个脉冲信号之间的时间间隔就代表了各逆变器脉宽调制波之间的时间间隔，逆变器在接收到脉冲信号后，改变并网逆变器自己的脉宽调制波的输出时刻，脉宽调制波中的脉冲宽度不变，使得各个逆变器的脉宽调制波与逆变器I的脉宽调制波之间满足δ t (HIi)的时间差，i = a或b, a表示逆变器不分组；b表示逆变器分组。
8.如权利要求2或3所述的方法，其特征是， 所述步骤(3a)和步骤(3b)的逆变器在接收到全局同步信号后，如果全局同步信号的发送通道不是快速通信通道，其信号传递时间不满足远小于逆变器中开关器件的开关周期，信号传递时间不能忽略，利用GPS的`精确时钟来实现同步信号的相位的调整。
【文档编号】H02J3/38GK103840485SQ201410073512
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】高峰, 许涛 申请人:山东大学