CN110165673A - 大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统及方法，抑制系统包括有源相消模块和无源滤波模块；有源相消模块中含有全局控制单元；无源滤波模块中含有滤波器。通过载波移相技术使并联系统中的逆变器产生一系列相互交错的开关序列，单台逆变器的输出电流中一部分开关次纹波首先被独立的LCL滤波器滤除。在PCC处，在载波移相的作用下开关次纹波继续相互抵消。本发明提出的有源相消结合无源滤波的高频纹波抑制方法，可以使得并网电流中高频开关次纹波的含量大大减少，具有很好的可行性和实用价值。

Description

大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统及方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统及方法。
背景技术
电力用户对于供电系统的灵活性和电能质量使得传统集中式发电系统趋向分布式发电系统发展。分布式发电系统需要使用大量并网逆变器作为并网接口以满足并网的电能质量要求。然而，并网逆变器的高频次的开关动作会产生开关次纹波，所有逆变器产生的开关次纹波最终叠加到并网系统的PCC处，从而给并网系统引入高次谐波污染，严重影响并网的电能质量，甚至会造成其他电力设备的误操作。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出了一种大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统及方法，旨在显著降低并网电流中开关次谐波含量。
技术方案：本发明大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统，包括有源相消模块和无源滤波模块；有源相消模块中含有全局控制单元；无源滤波模块中含有滤波器。
大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统的实施方法，包括以下步骤：
(1)全局控制单元负责通过通讯总线向各个逆变器的控制器传递一系列相互错开开关序列；
(2)无源滤波模块通过每台逆变器的滤波器实现，各逆变器的输出电流首先经过独立的滤波器滤去一部分开关次纹波；
(3)所有逆变器的输出电流叠加到并网系统的PCC处；在有源相消和无源滤波的共同作用下，并网电流中的开关次纹波的含量降低。
步骤(1)中，各个逆变器装有计算模块用以确保各逆变器的开关序列呈固定相位错开。
步骤(2)中，滤波器选用LCL滤波器，各逆变器的输出电流首先经过独立的LCL滤波器滤去一部分开关次纹波。
步骤(3)中，逆变器的输出电流叠加时，一部分开关次纹波由于相互错开而相互抵消。
工作原理：本发明通过载波移相技术使并联系统中的逆变器产生一系列相互交错的开关序列，单台逆变器的输出电流中一部分开关次纹波首先被独立的LCL滤波器滤除。在PCC处，在载波移相的作用下开关次纹波继续相互抵消，使得并网电流中高频开关次纹波的含量大大减少。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)采用本发明提出的开关次纹波抑制策略，并网电流中开关次纹波含量显著降低，显著改善并网的电能质量，提升电力设备运行的稳定性，具有很好的可行性和实用价值。
(2)即使各并网逆变器安装的位置不同，逆变器中添加的计算模块和通信模块能够保证逆变器的载波相互错开一定角度，从而使得各逆变器的开关序列相互错开一定角度。
(3)采用本发明所提出的开关次纹波抑制策略，有源对消能等效于单台逆变器的开关频率增大，有利于降低逆变器滤波器的电感，从而减小滤波器尺寸。
附图说明
图1为本发明提出的大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统的实施方法示意图；
图2为载波移相对并网电流的影响示意图；
图3为仅采用无源滤波时并网电流的波形及其FFT分析；
图4为采用本发明所提有源对消与无源滤波结合的开关次纹波抑制策略时并网电流的波形及其FFT分析。
具体实施方式
图1为本发明的实施方法示意图，包括以下步骤：步骤1，全局控制单元负责通过通讯总线向各个逆变器的控制器传递一系列相互错开开关序列，各个逆变器装有计算模块用以确保各逆变器的开关序列呈固定相位错开。步骤2，无源滤波通过每台逆变器的滤波器实现，滤波器选用传统的LCL滤波器。各逆变器的输出电流首先经过独立LCL滤波器滤去一部分开关次纹波。步骤3，所有逆变器的输出电流叠加到并网系统的PCC处，叠加时一部分开关次纹波由于相互错开一定角度而相互抵消。在有源相消和无源滤波的共同作用下，并网电流中的开关次纹波的含量显著降低。
逆变器的调制波可表示为：R(t)＝UM cos(ωrt+θr)，其中，UM、ωr和θr分别代表调制波的幅值、角频率和初始相角，调制波与载波比较产生PWM信号控制开关管的通断。逆变器的开关动作将引入高次纹波，经理论计算，逆变器的输出电流中含有开关次和开关次倍数的高次纹波。当采用有源对消后，总并网电流中的高次谐波的频次将相应提高，提高的倍数等同于并联逆变器的数目。
如图2所示，以两台逆变器并联为例，逆变器的开关频率为5kHz，当逆变器不采用有源相消时，并网电流中的高次谐波将集中在5n(n＝1,2,…)kHz，畸变率为16.8％；当逆变器采用有源相消时，并网电流中高次谐波将集中在10n(n＝1,2,…)kHz，畸变率为7.2％。谐波频率的提高使得滤波器的电感不需要选择很大，有利于滤波器尺寸的减小和节约成本。
无源滤波是通过电感、电阻和电容所构成的无源滤波器实现，传统LCL型滤波器对于高频信号的抑制能力很强因此可用作本次发明的无源滤波中。图3为逆变器采用LCL滤波器滤波后并网电流的波形和FFT分析，并网电流接近正弦波，谐波含量较少。
图4为采用本发明所提的开关次纹波抑制策略时并网电流的波形及其FFT分析。相较图3，并网电流更接近正弦波，电流中高次谐波的含量进一步减少，并网电能质量明显改善。

Claims (5)

1.一种大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统，其特征在于：包括有源相消模块和无源滤波模块；所述有源相消模块中含有全局控制单元；所述无源滤波模块中含有滤波器。
2.一种采用如权利要求1所述的大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统的实施方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)全局控制单元负责通过通讯总线向各个逆变器的控制器传递一系列相互错开开关序列；
(2)无源滤波模块通过每台逆变器的滤波器实现，各逆变器的输出电流首先经过独立的滤波器滤去一部分开关次纹波；
(3)所有逆变器的输出电流叠加到并网系统的PCC处；在有源相消和无源滤波的共同作用下，并网电流中的开关次纹波的含量降低。
3.根据权利要求2所述的大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统的实施方法，其特征在于：步骤(1)中，各个逆变器装有计算模块用以确保各逆变器的开关序列呈固定相位错开。
4.根据权利要求2所述的大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统的实施方法，其特征在于：步骤(2)中，滤波器选用LCL滤波器，各逆变器的输出电流首先经过独立LCL滤波器滤去一部分开关次纹波。
5.根据权利要求1所述的大功率多逆变器并机系统组合式高频纹波抑制系统的实施方法，其特征在于：步骤(3)中，逆变器的输出电流叠加时，一部分开关次纹波由于相互错开而相互抵消。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104821706A (zh) * 2015-01-23 2015-08-05 国家电网公司 一种多台lcl型逆变器谐振耦合的有源阻尼方案
CN106712099A (zh) * 2017-02-27 2017-05-24 重庆大学 一种多并联光伏并网逆变器设计方法
CN106981999A (zh) * 2017-06-06 2017-07-25 湖南大学 Llccl型npc逆变器控制系统及逆变侧电流谐振抑制方法

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