专利名称：光伏逆变器系统及谐波抑制方法
技术领域：
本发明涉及光伏逆变系统，更具体地说，涉及一种光伏逆变器系统及谐波抑制方法。
背景技术：
随着世界各国对节能减排的重视，政府加大对新能源的扶持力度，太阳能发电产业也得以快速发展。在太阳能光伏发电系统中，由于太阳能电板产生的是直流电，因此需通过逆变器转为工频交流电后才能并入电网。但是光伏逆变器在进行交流转换时，会引入附加的谐波，因此注入电网的电流谐波大小是一项重要指标，受到了人们的广泛关注。IEEE Std929 — 2000和IEEE Std.P1547标准[I]对并网发电的电源系统注入电网电流的谐波做出了严格的限制，总谐波失真(THD)小于5%，3、5、7、9次谐波小于4%，11 15次小于2%，35次以上小于0. 3%。传统的光伏逆变器仅对自身馈向电网的电流谐波进行抑制，对于多台光伏逆变器集群并网时，并不进行任何处理。如图1所示，是由多台光伏逆变器构成的光伏逆变器系统并网的结构示意图。多台光伏逆变器将太阳能电池板生成的直流电转为交流电，经滤波后由一个变压器合成，合成后的电流注入电网。如图2所示，上通道显示为三台光伏逆变器系统A相总输出电流Itotal，下通道显示的为每台光伏逆变器滤波前的A相电感电流波形II，12，13。A相总输出电流的谐波分析如图3。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述光伏逆变器系统中合成电流谐波较高的问题，提供一种光伏逆变器系统及谐波抑制方法。本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种光伏逆变器系统，一种光伏逆变器系统，包括N台光伏逆变器且每一光伏逆变器包括多个分别用于控制每一相桥臂开关的IGBT元件，其中N为大于I的整数；每一所述光伏逆变器包括载波创建单元及驱动脉冲创建单元；所述载波创建单元，用于生成一个载波，所述N台光伏逆变器的载波创建单元在同一时间创建的N个载波的频率相同且相位差依次为2 /N ;所述驱动脉冲创建单元，用于根据对应的载波创建单元创建的载波与其所在光伏逆变器的调制电压比较生成IGBT发波信号；所述N个光伏逆变器的同一相桥臂的IGBT元件分别由对应的IGBT发波信号控制输出PWM电压。在本发明所述的光伏逆变器系统中，所述N台光伏逆变器的载波创建单元在同一时间创建的载波的相位分别为e = e 0+2 n (1-1)/N，其中i为载波创建单元所在的光伏逆变器在所述光伏逆变器系统中的次序，e 0为第I次序的光伏逆变器的载波创建单元创建载波的相位角。在本发明所述的光伏逆变器系统中，所述驱动脉冲创建单元使用的调制电压由所在光伏逆变器的PI调节器根据电流给定及电流反馈偏差生成。在本发明所述的光伏逆变器系统中，所述系统还包括变压器，用于将所述N台光伏逆变器同一相桥臂输出的PWM电压合成后馈入电网。本发明还提供一种光伏逆变器系统谐波抑制方法，所述光伏逆变器系统包括N台光伏逆变器，其中N为大于I的整数；该方法包括以下步骤(a)使所述N台光伏逆变器分别生成载波，所述N台光伏逆变器在同一时间生成的N个载波的频率相同且相位差依次为2 /N ;(b)使所述N台光伏逆变器分别使用各自生成的载波与各自的调制电压比较生成各自的IGBT发波信号；(C)使所述N台光伏逆变器分别使用各自的IGBT发波信号控制各光伏逆变器的同一相桥臂的IGBT元件输出PWM电压。在本发明所述的光伏逆变器系统谐波抑制方法中，在所述步骤(a)中所述N台光伏逆变器在同一时间生成的载波的相位分别为e = eo+2n (i_i)/N，其中i为光伏逆变器在所述光伏逆变器系统中的次序，e 0为第I次序的光伏逆变器的载波创建单元创建载波的相位角。在本发明所述的光伏逆变器系统谐波抑制方法中，所述步骤(b)中，每一光伏逆变器的调制电压分别由各自的PI调节器根据各自的电流给定及电流反馈偏差生成。在本发明所述的光伏逆变器系统谐波抑制方法中，所述步骤(C)之后包括通过变压器将所述N台光伏逆变器的同一相桥臂的输出PWM电压合成后馈入电网。本发明的光伏逆变器系统及谐波抑制方法，通过载波移相，使得每台光伏逆变器输出电流脉动波纹也相移一定角度，从而使得整个逆变器系统产生的总电流谐波明显减小，电能质量大大提闻。
图1是现有光伏逆变器系统的结构示意图。图2是三台光伏逆变器a相总输出电流，单台光伏逆变器滤波器前a相电感电流的示意图。图3是三台光伏逆变器a相总输出电流谐波分析示意图。图4是本发明光伏逆变器系统实施例的示意图。图5是单台光伏逆变器电流控制框图。图6是本发明载波移相原理图。图7是三台光伏逆变器a相载波。图8是三台光伏逆变器a相驱动脉冲。图9是载波移相三台光伏逆变器a相总输出电流，单台光伏逆变器滤波器前a相电感电流的示意图。图10是载波移相三台光伏逆变器a相总输出电流谐波分析示意图。图11是本发明光伏逆变器系统谐波抑制方法实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以下以光伏逆变器的A相处理为例说明本发明的系统及方法。如图4所示，是本发明光伏逆变器系统实施例的示意图。本实施例中的系统包括N台光伏逆变器(其中N为大于I的整数)40，其中每一光伏逆变器40包括载波创建单元41、驱动脉冲创建单元42以及用于控制该光伏逆变器A相桥臂开关的IGBT元件43。上述载波创建单元41和驱动脉冲创建单元42可分别由光伏逆变器40的部分硬件及运行于硬件上的软件实现。载波创建单元41用于创建载波，分别由不同光伏逆变器40的载波创建单元41在同一时间创建的N个载波的频率相同且相位差依次为2 /N (例如初始相位依次为2 /N、2X2ji/N、3X2ji/N、…、NX2ji/N)。具体地，该N台光伏逆变器的载波创建单元41在同一时间创建的载波的相位可分别为9 = eo+2n (i_l)/N，其中i为光伏逆变器在光伏逆变器系统中的次序，e 0为第I次序的光伏逆变器的载波创建单元创建载波的相位角。
在具体应用中，上述载波创建单元41可由光伏逆变器40的DSP实现，而创建的载波的频率则由光伏逆变器40的参数决定(例如DSP的频率)，且创建的载波通常为三角波。各个光伏逆变器40的载波创建单元41之间可通过信号同步方式进行载波相位差确认。当然，在实际应用中，上述载波创建单元41也可由其他振荡电路实现。驱动脉冲创建单元42用于根据载波创建单元41创建的载波与其所在的光伏逆变器的调制电压(即发波电压)比较生成IGBT发波信号，该IGBT发波信号传送到A相桥臂的IGBT元件43，从而IGBT元件43根据该IGBT发波信号输出PWM电压。N个光伏逆变器40同时通过上述的载波创建单元41、驱动脉冲创建单元42以及A相IGBT元件43执行上述操作，从而分别对各个光伏逆变器40的IGBT发波信号进行移相处理，各个光伏逆变器40的IGBT元件43输出的PWM电压经过变压器合成后馈入电网。通过将N台光伏逆变器的同相桥臂的载波(例如三角载波)相位按载波数在I个载波周期内均分，这样光伏逆变器电流等效开关频率为桥臂实际开关频率的N倍，达到了频率倍增的效果。如图6所示，是2台光伏逆变器同相桥臂载波移相原理图。最上方的曲线是调制波和2个光伏逆变器同相桥臂的载波，中间2个曲线是两个光伏逆变器同相桥臂上的IGBT发波信号，最下方的曲线是是两个光伏逆变器同相桥臂上IGBT发波信号的合成图。从IGBT发波信号合成图可知光伏逆变器功率模块等效开关频率是实际开关频率的2倍。如图5所示，是上述系统中每一台光伏逆变器的操作原理图。电流给定(Iref)与电流反馈偏差(Iact)通过PI调节器调节后产生发波电压，发波电压与载波(Vref，来自其所在光伏逆变器的载波创建单元)经SVPWM调制形成IGBT发波信号，控制光伏逆变器A相桥臂的IGBT元件导通产生PWM电压。可通过上述系统对光伏逆变器系统中各个光伏逆变器的B相和C相电压分别做相同的载波移相处理，从而实现各相电流的谐波消减。由于电流与产生电流的电压具有相同的属性，以下以电流为例说明光伏逆变器系统中的谐波消减。如图9所示，上通道显示为三台光伏逆变器系统A相总输出电流Itotal，下通道显示的为每台光伏逆变器滤波前的A相电感电流波形II，12，13。A相总输出电流的谐波分析如图10。
以下以图1所示的光伏逆变器系统为例说明本发明的效果，该系统中的三台光伏逆变器采用移相载波，即相邻逆变器的载波相位差为120度，图7为三台光伏逆变器的A相载波。图8为三台光伏逆变器的A相IGBT发波信号，其相位差为120度。图9上通道为采用系统载波移相后，三台光伏逆变器A相总输出电流Itotal，下通道显示的为每台光伏逆变器滤波前的A相电感电流波形I1、12、13。A相总输出电流的谐波分析如图10所示。由图10所示的A相总输出电流的谐波分析中可以看出，采用载波移相后，并联的光伏逆变器系统的总输出电流的谐波从3. 65%降低到0. 54%，总电流谐波明显减小。如图11所示，是本发明光伏逆变器系统谐波抑制方法实施例的示意图，其中光伏逆变器系统包括N台光伏逆变器，N为大于I的整数，该方法包括以下步骤步骤S1:使N台光伏逆变器分别生成载波，该N台光伏逆变器在同一时间生成的N个载波的频率相同且相位差依次为2 /N。在具体实现时，N台光伏逆变器在同一时间创建的载波的相位分别为0 =0 0+2 31 (i_l)/N,其中i为光伏逆变器在光伏逆变器系统中的次序，Q 0为第I次序的光伏逆变器的载波创建单元创建载波的相位角。上述载波可由光伏逆变器的DSP创建或专用的振荡电路实现。步骤S2 :使N台光伏逆变器分别使用各自创建的载波与各自的调制电压比较生成各自的IGBT发波信号。上述光伏逆变器的调制电压分别由PI调节器根据各自的电流给定及电流反馈偏差生成。步骤S3 :使N台光伏逆变器分别使用各自的IGBT发波信号控制同相桥臂的IGBT元件产生PWM电压。可通过上述方法对光伏逆变器系统中的每一相电压做移相处理，从而实现各相电流的谐波消减。上述N台光伏逆变器同一相桥臂的的IGBT元件产生的电压通过变压器合成后馈入电网。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种光伏逆变器系统，包括N台光伏逆变器且每一光伏逆变器包括多个分别用于控制每一相桥臂开关的IGBT元件，其中N为大于I的整数；其特征在于每一所述光伏逆变器包括载波创建单元及驱动脉冲创建单元；所述载波创建单元，用于生成一个载波，所述N台光伏逆变器的载波创建单元在同一时间创建的N个载波的频率相同且相位差依次为2 π /N;所述驱动脉冲创建单元，用于根据对应的载波创建单元创建的载波与其所在光伏逆变器的调制电压比较生成IGBT发波信号；所述N个光伏逆变器的同一相桥臂的IGBT元件分别由对应的IGBT发波信号控制输出PWM电压。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器系统，其特征在于所述N台光伏逆变器的载波创建单兀在同一时间创建的载波的相位分别为5=洱+2蚵2_1)/F，其中i为载波创建单元所在的光伏逆变器在所述光伏逆变器系统中的次序，岛为第I次序的光伏逆变器的载波创建单元创建载波的相位角。
3.根据权利要求1或2所述的光伏逆变器系统，其特征在于所述驱动脉冲创建单元使用的调制电压由所在光伏逆变器的PI调节器根据电流给定及电流反馈偏差生成。
4.根据权利要求1或2所述的光伏逆变器系统，其特征在于所述系统还包括变压器，用于将所述N台光伏逆变器同一相桥臂输出的PWM电压合成后馈入电网。
5.一种光伏逆变器系统谐波抑制方法，所述光伏逆变器系统包括N台光伏逆变器，其中N为大于I的整数；其特征在于该方法包括以下步骤 (a)使所述N台光伏逆变器分别生成载波，所述N台光伏逆变器在同一时间生成的N个载波的频率相同且相位差依次为2 π /N ; (b)使所述N台光伏逆变器分别使用各自生成的载波与各自的调制电压比较生成各自的IGBT发波信号； (c)使所述N台光伏逆变器分别使用各自的IGBT发波信号控制各光伏逆变器的同一相桥臂的IGBT元件输出PWM电压。
6.根据权利要求5所述的光伏逆变器系统谐波抑制方法，其特征在于在所述步骤(a)中所述N台光伏逆变器在同一时间生成的载波的相位分别为5= +2对卜1)/F，其中i为光伏逆变器在所述光伏逆变器系统中的次序，各为第I次序的光伏逆变器的载波创建单元创建载波的相位角。
7.根据权利要求5或6所述的光伏逆变器系统谐波抑制方法，其特征在于所述步骤(b)中，每一光伏逆变器的调制电压分别由各自的PI调节器根据各自的电流给定及电流反馈偏差生成。
8.根据权利要求5或6所述的光伏逆变器系统谐波抑制方法，其特征在于所述步骤(c)之后包括通过变压器将所述N台光伏逆变器的同一相桥臂的输出PWM电压合成后馈入电网。
全文摘要
本发明提供了一种光伏逆变器系统，包括N台光伏逆变器，其中N为大于1的整数；每一所述光伏逆变器包括载波创建单元及驱动脉冲创建单元；所述载波创建单元，用于生成载波，所述N台光伏逆变器的载波创建单元在同一时间创建的N个载波的频率相同且相位差依次为2π/N；所述驱动脉冲创建单元，用于根据载波与调制电压比较生成IGBT发波信号；所述N个光伏逆变器的同一相桥臂的IGBT元件分别由对应的IGBT发波信号控制输出PWM电压。本发明还提供一种对应的方法。本发明通过载波移相，使得每台光伏逆变器输出电流脉动波纹也相移一定角度，从而使得整个逆变器系统产生的总电流谐波明显减小。
文档编号H02J3/01GK103023060SQ201210341529
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者王建俊, 李龙文 申请人:深圳市汇川技术股份有限公司, 苏州汇川技术有限公司, 苏州默纳克控制技术有限公司