專利名稱：光伏逆變器系統(tǒng)及諧波抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏逆變系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及一種光伏逆變器系統(tǒng)及諧波抑制方法。
背景技術(shù)：
隨著世界各國(guó)對(duì)節(jié)能減排的重視，政府加大對(duì)新能源的扶持力度，太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)也得以快速發(fā)展。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由于太陽(yáng)能電板產(chǎn)生的是直流電，因此需通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)為工頻交流電后才能并入電網(wǎng)。但是光伏逆變器在進(jìn)行交流轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)引入附加的諧波，因此注入電網(wǎng)的電流諧波大小是一項(xiàng)重要指標(biāo)，受到了人們的廣泛關(guān)注。IEEE Std929 — 2000和IEEE Std.P1547標(biāo)準(zhǔn)[I]對(duì)并網(wǎng)發(fā)電的電源系統(tǒng)注入電網(wǎng)電流的諧波做出了嚴(yán)格的限制，總諧波失真(THD)小于5%，3、5、7、9次諧波小于4%，11 15次小于2%，35次以上小于0. 3%。傳統(tǒng)的光伏逆變器僅對(duì)自身饋向電網(wǎng)的電流諧波進(jìn)行抑制，對(duì)于多臺(tái)光伏逆變器集群并網(wǎng)時(shí)，并不進(jìn)行任何處理。如圖1所示，是由多臺(tái)光伏逆變器構(gòu)成的光伏逆變器系統(tǒng)并網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。多臺(tái)光伏逆變器將太陽(yáng)能電池板生成的直流電轉(zhuǎn)為交流電，經(jīng)濾波后由一個(gè)變壓器合成，合成后的電流注入電網(wǎng)。如圖2所示，上通道顯示為三臺(tái)光伏逆變器系統(tǒng)A相總輸出電流Itotal，下通道顯示的為每臺(tái)光伏逆變器濾波前的A相電感電流波形II，12，13。A相總輸出電流的諧波分析如圖3。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)上述光伏逆變器系統(tǒng)中合成電流諧波較高的問(wèn)題，提供一種光伏逆變器系統(tǒng)及諧波抑制方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，提供一種光伏逆變器系統(tǒng)，一種光伏逆變器系統(tǒng)，包括N臺(tái)光伏逆變器且每一光伏逆變器包括多個(gè)分別用于控制每一相橋臂開(kāi)關(guān)的IGBT元件，其中N為大于I的整數(shù)；每一所述光伏逆變器包括載波創(chuàng)建單元及驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元；所述載波創(chuàng)建單元，用于生成一個(gè)載波，所述N臺(tái)光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元在同一時(shí)間創(chuàng)建的N個(gè)載波的頻率相同且相位差依次為2 /N ;所述驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元，用于根據(jù)對(duì)應(yīng)的載波創(chuàng)建單元?jiǎng)?chuàng)建的載波與其所在光伏逆變器的調(diào)制電壓比較生成IGBT發(fā)波信號(hào)；所述N個(gè)光伏逆變器的同一相橋臂的IGBT元件分別由對(duì)應(yīng)的IGBT發(fā)波信號(hào)控制輸出PWM電壓。在本發(fā)明所述的光伏逆變器系統(tǒng)中，所述N臺(tái)光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元在同一時(shí)間創(chuàng)建的載波的相位分別為e = e 0+2 n (1-1)/N，其中i為載波創(chuàng)建單元所在的光伏逆變器在所述光伏逆變器系統(tǒng)中的次序，e 0為第I次序的光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元?jiǎng)?chuàng)建載波的相位角。在本發(fā)明所述的光伏逆變器系統(tǒng)中，所述驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元使用的調(diào)制電壓由所在光伏逆變器的PI調(diào)節(jié)器根據(jù)電流給定及電流反饋偏差生成。在本發(fā)明所述的光伏逆變器系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括變壓器，用于將所述N臺(tái)光伏逆變器同一相橋臂輸出的PWM電壓合成后饋入電網(wǎng)。本發(fā)明還提供一種光伏逆變器系統(tǒng)諧波抑制方法，所述光伏逆變器系統(tǒng)包括N臺(tái)光伏逆變器，其中N為大于I的整數(shù)；該方法包括以下步驟(a)使所述N臺(tái)光伏逆變器分別生成載波，所述N臺(tái)光伏逆變器在同一時(shí)間生成的N個(gè)載波的頻率相同且相位差依次為2 /N ;(b)使所述N臺(tái)光伏逆變器分別使用各自生成的載波與各自的調(diào)制電壓比較生成各自的IGBT發(fā)波信號(hào)；(C)使所述N臺(tái)光伏逆變器分別使用各自的IGBT發(fā)波信號(hào)控制各光伏逆變器的同一相橋臂的IGBT元件輸出PWM電壓。在本發(fā)明所述的光伏逆變器系統(tǒng)諧波抑制方法中，在所述步驟(a)中所述N臺(tái)光伏逆變器在同一時(shí)間生成的載波的相位分別為e = eo+2n (i_i)/N，其中i為光伏逆變器在所述光伏逆變器系統(tǒng)中的次序，e 0為第I次序的光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元?jiǎng)?chuàng)建載波的相位角。在本發(fā)明所述的光伏逆變器系統(tǒng)諧波抑制方法中，所述步驟(b)中，每一光伏逆變器的調(diào)制電壓分別由各自的PI調(diào)節(jié)器根據(jù)各自的電流給定及電流反饋偏差生成。在本發(fā)明所述的光伏逆變器系統(tǒng)諧波抑制方法中，所述步驟(C)之后包括通過(guò)變壓器將所述N臺(tái)光伏逆變器的同一相橋臂的輸出PWM電壓合成后饋入電網(wǎng)。本發(fā)明的光伏逆變器系統(tǒng)及諧波抑制方法，通過(guò)載波移相，使得每臺(tái)光伏逆變器輸出電流脈動(dòng)波紋也相移一定角度，從而使得整個(gè)逆變器系統(tǒng)產(chǎn)生的總電流諧波明顯減小，電能質(zhì)量大大提聞。
圖1是現(xiàn)有光伏逆變器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是三臺(tái)光伏逆變器a相總輸出電流，單臺(tái)光伏逆變器濾波器前a相電感電流的示意圖。圖3是三臺(tái)光伏逆變器a相總輸出電流諧波分析示意圖。圖4是本發(fā)明光伏逆變器系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖。圖5是單臺(tái)光伏逆變器電流控制框圖。圖6是本發(fā)明載波移相原理圖。圖7是三臺(tái)光伏逆變器a相載波。圖8是三臺(tái)光伏逆變器a相驅(qū)動(dòng)脈沖。圖9是載波移相三臺(tái)光伏逆變器a相總輸出電流，單臺(tái)光伏逆變器濾波器前a相電感電流的示意圖。圖10是載波移相三臺(tái)光伏逆變器a相總輸出電流諧波分析示意圖。圖11是本發(fā)明光伏逆變器系統(tǒng)諧波抑制方法實(shí)施例的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。以下以光伏逆變器的A相處理為例說(shuō)明本發(fā)明的系統(tǒng)及方法。如圖4所示，是本發(fā)明光伏逆變器系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖。本實(shí)施例中的系統(tǒng)包括N臺(tái)光伏逆變器(其中N為大于I的整數(shù))40，其中每一光伏逆變器40包括載波創(chuàng)建單元41、驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元42以及用于控制該光伏逆變器A相橋臂開(kāi)關(guān)的IGBT元件43。上述載波創(chuàng)建單元41和驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元42可分別由光伏逆變器40的部分硬件及運(yùn)行于硬件上的軟件實(shí)現(xiàn)。載波創(chuàng)建單元41用于創(chuàng)建載波，分別由不同光伏逆變器40的載波創(chuàng)建單元41在同一時(shí)間創(chuàng)建的N個(gè)載波的頻率相同且相位差依次為2 /N (例如初始相位依次為2 /N、2X2ji/N、3X2ji/N、…、NX2ji/N)。具體地，該N臺(tái)光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元41在同一時(shí)間創(chuàng)建的載波的相位可分別為9 = eo+2n (i_l)/N，其中i為光伏逆變器在光伏逆變器系統(tǒng)中的次序，e 0為第I次序的光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元?jiǎng)?chuàng)建載波的相位角。
在具體應(yīng)用中，上述載波創(chuàng)建單元41可由光伏逆變器40的DSP實(shí)現(xiàn)，而創(chuàng)建的載波的頻率則由光伏逆變器40的參數(shù)決定(例如DSP的頻率)，且創(chuàng)建的載波通常為三角波。各個(gè)光伏逆變器40的載波創(chuàng)建單元41之間可通過(guò)信號(hào)同步方式進(jìn)行載波相位差確認(rèn)。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，上述載波創(chuàng)建單元41也可由其他振蕩電路實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元42用于根據(jù)載波創(chuàng)建單元41創(chuàng)建的載波與其所在的光伏逆變器的調(diào)制電壓(即發(fā)波電壓)比較生成IGBT發(fā)波信號(hào)，該IGBT發(fā)波信號(hào)傳送到A相橋臂的IGBT元件43，從而IGBT元件43根據(jù)該IGBT發(fā)波信號(hào)輸出PWM電壓。N個(gè)光伏逆變器40同時(shí)通過(guò)上述的載波創(chuàng)建單元41、驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元42以及A相IGBT元件43執(zhí)行上述操作，從而分別對(duì)各個(gè)光伏逆變器40的IGBT發(fā)波信號(hào)進(jìn)行移相處理，各個(gè)光伏逆變器40的IGBT元件43輸出的PWM電壓經(jīng)過(guò)變壓器合成后饋入電網(wǎng)。通過(guò)將N臺(tái)光伏逆變器的同相橋臂的載波(例如三角載波)相位按載波數(shù)在I個(gè)載波周期內(nèi)均分，這樣光伏逆變器電流等效開(kāi)關(guān)頻率為橋臂實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率的N倍，達(dá)到了頻率倍增的效果。如圖6所示，是2臺(tái)光伏逆變器同相橋臂載波移相原理圖。最上方的曲線是調(diào)制波和2個(gè)光伏逆變器同相橋臂的載波，中間2個(gè)曲線是兩個(gè)光伏逆變器同相橋臂上的IGBT發(fā)波信號(hào)，最下方的曲線是是兩個(gè)光伏逆變器同相橋臂上IGBT發(fā)波信號(hào)的合成圖。從IGBT發(fā)波信號(hào)合成圖可知光伏逆變器功率模塊等效開(kāi)關(guān)頻率是實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率的2倍。如圖5所示，是上述系統(tǒng)中每一臺(tái)光伏逆變器的操作原理圖。電流給定(Iref)與電流反饋偏差(Iact)通過(guò)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后產(chǎn)生發(fā)波電壓，發(fā)波電壓與載波(Vref，來(lái)自其所在光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元)經(jīng)SVPWM調(diào)制形成IGBT發(fā)波信號(hào)，控制光伏逆變器A相橋臂的IGBT元件導(dǎo)通產(chǎn)生PWM電壓?？赏ㄟ^(guò)上述系統(tǒng)對(duì)光伏逆變器系統(tǒng)中各個(gè)光伏逆變器的B相和C相電壓分別做相同的載波移相處理，從而實(shí)現(xiàn)各相電流的諧波消減。由于電流與產(chǎn)生電流的電壓具有相同的屬性，以下以電流為例說(shuō)明光伏逆變器系統(tǒng)中的諧波消減。如圖9所示，上通道顯示為三臺(tái)光伏逆變器系統(tǒng)A相總輸出電流Itotal，下通道顯示的為每臺(tái)光伏逆變器濾波前的A相電感電流波形II，12，13。A相總輸出電流的諧波分析如圖10。
以下以圖1所示的光伏逆變器系統(tǒng)為例說(shuō)明本發(fā)明的效果，該系統(tǒng)中的三臺(tái)光伏逆變器采用移相載波，即相鄰逆變器的載波相位差為120度，圖7為三臺(tái)光伏逆變器的A相載波。圖8為三臺(tái)光伏逆變器的A相IGBT發(fā)波信號(hào)，其相位差為120度。圖9上通道為采用系統(tǒng)載波移相后，三臺(tái)光伏逆變器A相總輸出電流Itotal，下通道顯示的為每臺(tái)光伏逆變器濾波前的A相電感電流波形I1、12、13。A相總輸出電流的諧波分析如圖10所示。由圖10所示的A相總輸出電流的諧波分析中可以看出，采用載波移相后，并聯(lián)的光伏逆變器系統(tǒng)的總輸出電流的諧波從3. 65%降低到0. 54%，總電流諧波明顯減小。如圖11所示，是本發(fā)明光伏逆變器系統(tǒng)諧波抑制方法實(shí)施例的示意圖，其中光伏逆變器系統(tǒng)包括N臺(tái)光伏逆變器，N為大于I的整數(shù)，該方法包括以下步驟步驟S1:使N臺(tái)光伏逆變器分別生成載波，該N臺(tái)光伏逆變器在同一時(shí)間生成的N個(gè)載波的頻率相同且相位差依次為2 /N。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，N臺(tái)光伏逆變器在同一時(shí)間創(chuàng)建的載波的相位分別為0 =0 0+2 31 (i_l)/N,其中i為光伏逆變器在光伏逆變器系統(tǒng)中的次序，Q 0為第I次序的光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元?jiǎng)?chuàng)建載波的相位角。上述載波可由光伏逆變器的DSP創(chuàng)建或?qū)Ｓ玫恼袷庪娐穼?shí)現(xiàn)。步驟S2 :使N臺(tái)光伏逆變器分別使用各自創(chuàng)建的載波與各自的調(diào)制電壓比較生成各自的IGBT發(fā)波信號(hào)。上述光伏逆變器的調(diào)制電壓分別由PI調(diào)節(jié)器根據(jù)各自的電流給定及電流反饋偏差生成。步驟S3 :使N臺(tái)光伏逆變器分別使用各自的IGBT發(fā)波信號(hào)控制同相橋臂的IGBT元件產(chǎn)生PWM電壓?？赏ㄟ^(guò)上述方法對(duì)光伏逆變器系統(tǒng)中的每一相電壓做移相處理，從而實(shí)現(xiàn)各相電流的諧波消減。上述N臺(tái)光伏逆變器同一相橋臂的的IGBT元件產(chǎn)生的電壓通過(guò)變壓器合成后饋入電網(wǎng)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種光伏逆變器系統(tǒng)，包括N臺(tái)光伏逆變器且每一光伏逆變器包括多個(gè)分別用于控制每一相橋臂開(kāi)關(guān)的IGBT元件，其中N為大于I的整數(shù)；其特征在于每一所述光伏逆變器包括載波創(chuàng)建單元及驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元；所述載波創(chuàng)建單元，用于生成一個(gè)載波，所述N臺(tái)光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元在同一時(shí)間創(chuàng)建的N個(gè)載波的頻率相同且相位差依次為2 π /N;所述驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元，用于根據(jù)對(duì)應(yīng)的載波創(chuàng)建單元?jiǎng)?chuàng)建的載波與其所在光伏逆變器的調(diào)制電壓比較生成IGBT發(fā)波信號(hào)；所述N個(gè)光伏逆變器的同一相橋臂的IGBT元件分別由對(duì)應(yīng)的IGBT發(fā)波信號(hào)控制輸出PWM電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏逆變器系統(tǒng)，其特征在于所述N臺(tái)光伏逆變器的載波創(chuàng)建單兀在同一時(shí)間創(chuàng)建的載波的相位分別為5=洱+2蚵2_1)/F，其中i為載波創(chuàng)建單元所在的光伏逆變器在所述光伏逆變器系統(tǒng)中的次序，島為第I次序的光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元?jiǎng)?chuàng)建載波的相位角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光伏逆變器系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元使用的調(diào)制電壓由所在光伏逆變器的PI調(diào)節(jié)器根據(jù)電流給定及電流反饋偏差生成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光伏逆變器系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括變壓器，用于將所述N臺(tái)光伏逆變器同一相橋臂輸出的PWM電壓合成后饋入電網(wǎng)。
5.一種光伏逆變器系統(tǒng)諧波抑制方法，所述光伏逆變器系統(tǒng)包括N臺(tái)光伏逆變器，其中N為大于I的整數(shù)；其特征在于該方法包括以下步驟 (a)使所述N臺(tái)光伏逆變器分別生成載波，所述N臺(tái)光伏逆變器在同一時(shí)間生成的N個(gè)載波的頻率相同且相位差依次為2 π /N ; (b)使所述N臺(tái)光伏逆變器分別使用各自生成的載波與各自的調(diào)制電壓比較生成各自的IGBT發(fā)波信號(hào)； (c)使所述N臺(tái)光伏逆變器分別使用各自的IGBT發(fā)波信號(hào)控制各光伏逆變器的同一相橋臂的IGBT元件輸出PWM電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光伏逆變器系統(tǒng)諧波抑制方法，其特征在于在所述步驟(a)中所述N臺(tái)光伏逆變器在同一時(shí)間生成的載波的相位分別為5= +2對(duì)卜1)/F，其中i為光伏逆變器在所述光伏逆變器系統(tǒng)中的次序，各為第I次序的光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元?jiǎng)?chuàng)建載波的相位角。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的光伏逆變器系統(tǒng)諧波抑制方法，其特征在于所述步驟(b)中，每一光伏逆變器的調(diào)制電壓分別由各自的PI調(diào)節(jié)器根據(jù)各自的電流給定及電流反饋偏差生成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的光伏逆變器系統(tǒng)諧波抑制方法，其特征在于所述步驟(c)之后包括通過(guò)變壓器將所述N臺(tái)光伏逆變器的同一相橋臂的輸出PWM電壓合成后饋入電網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光伏逆變器系統(tǒng)，包括N臺(tái)光伏逆變器，其中N為大于1的整數(shù)；每一所述光伏逆變器包括載波創(chuàng)建單元及驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元；所述載波創(chuàng)建單元，用于生成載波，所述N臺(tái)光伏逆變器的載波創(chuàng)建單元在同一時(shí)間創(chuàng)建的N個(gè)載波的頻率相同且相位差依次為2π/N；所述驅(qū)動(dòng)脈沖創(chuàng)建單元，用于根據(jù)載波與調(diào)制電壓比較生成IGBT發(fā)波信號(hào)；所述N個(gè)光伏逆變器的同一相橋臂的IGBT元件分別由對(duì)應(yīng)的IGBT發(fā)波信號(hào)控制輸出PWM電壓。本發(fā)明還提供一種對(duì)應(yīng)的方法。本發(fā)明通過(guò)載波移相，使得每臺(tái)光伏逆變器輸出電流脈動(dòng)波紋也相移一定角度，從而使得整個(gè)逆變器系統(tǒng)產(chǎn)生的總電流諧波明顯減小。
文檔編號(hào)H02J3/01GK103023060SQ201210341529
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者王建俊, 李龍文 申請(qǐng)人:深圳市匯川技術(shù)股份有限公司, 蘇州匯川技術(shù)有限公司, 蘇州默納克控制技術(shù)有限公司