CN205863943U - 逆变器并联扩容系统 - Google Patents

Abstract

一种逆变器并联扩容系统包括：主站，主站包括计算机；若干逆变器；若干滤波电路；共直流母线，若干逆变器并联至共直流母线；配电网公共接口，每一滤波电路均与配电网公共接口连接；每一逆变器对应与一滤波电路连接；若干从站，从站包括控制芯片，每一控制芯片对应与一逆变器连接；若干控制芯片依次连接，且主站的计算机仅与第一个从站的控制芯片连接。上述逆变器并联扩容系统，主站向每一从站的控制芯片发送载波同步信号，每一逆变器均与一控制芯片连接，控制芯片接收载波同步信号并实现载波同步，提高了载波同步的可靠性及准确性，从而消除各逆变器并联后的零序环流，进而实现逆变器并联扩容，利于工程实现，降低投资成本。

Description

逆变器并联扩容系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电装机技术领域，特别是涉及一种逆变器并联扩容系统。

背景技术

随着我国光伏发电装机容量的不断增加，单台大功率光伏并网逆变器(PVGCI)的扩充性和可靠性受到了局限。采用共阵列母线的模块化并联逆变器，可以优化各模块的运行模式，因此，较之单台大功率逆变器，模块化并联PV GCI可在全天侯情况下提高系统的发电量，并联也提高了系统的可靠性。目前PV GCI的无变压器单机拓扑按功率变换级数可分为两大类，一类是前级有BOOST的两级式拓扑；另一类是前级无BOOST电路的单级式拓扑，直接将光伏阵列电压由DC/AC逆变成交流电，再由外置变压器升压后并入中压电网。对于第一类拓扑，在两台PV GCI光伏阵列侧并联，而逆变桥直流母线没有并联，不存在两台PWM开关不一致引起的环流。对于第二种拓扑，两台PV GCI并联时，由于开关时间、主电路参数等因素的影响，并联单元之间会产生零序环流，该环流会影响单台变流器的电流THD，严重时会造成系统不能正常运行。

对于共阵列母线的模块化逆变器并联系统，由于开关时间、主电路参数等因素的影响，并联单元之间会产生零序环流，这使系统的扩充性受到了限制。目前对环流抑制的方法主要是从控制策略方面考虑：(1)对环流进行PI(比例积分)控制，重新分配并联模块SVPWM(空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation))调制中的零电压矢量，减小环流；(2)单台变流器采用两个相位互差180°的载波，避免三相调制信号共用一个载波时出现的零矢量开关状态，以减小变流器的环流。然而，当控制策略复杂时，在工程上难以保证对环流抑制的实现效果。

实用新型内容

基于此，有必要针对如何抑制零序环流、如何提高系统运行的稳定性的技术问题，提供一种逆变器并联扩容系统。

一种逆变器并联扩容系统包括：主站，所述主站包括用于发送载波同步信号的计算机；若干逆变器；若干滤波电路；共直流母线，若干所述逆变器并联至所述共直流母线；配电网公共接口，每一所述滤波电路均与所述配电网公共接口连接；每一所述逆变器对应与一所述滤波电路连接；若干从站，所述从站包括用于接收所述载波同步信号并实现载波同步的控制芯片，每一所述控制芯片对应与一所述逆变器连接；若干所述控制芯片依次连接，且所述主站的所述计算机仅与第一个从站的所述控制芯片连接。

在其中一个实施例中，所述主站还包括用于向所述从站发送载波同步信号的第一发送装置以及从所述从站接收响应报文的第一接收装置，所述第一发送装置和接所述收装置均与所述计算机的处理器连接。

在其中一个实施例中，包括N个所述从站，N个所述从站依次连接；所述从站包括第二发送装置和第二接收装置，第1个所述从站的所述第二接收装置与所述第一发送装置连接，第1个所述从站的所述第二发送装置与所述第一接收装置连接，其中，N为大于0的自然数。

在其中一个实施例中，相邻的两所述从站中，其中一所述从站的第二发送装置与另一所述从站的第二接收装置连接，其中一所述从站的第二接收装置与另一所述从站的第二发送装置连接，其中，N为大于1的自然数。

在其中一个实施例中，所述主站包括介质访问控制器，所述介质访问控制器分别与所述计算机的处理器、所述第一发送装置以及所述第一接收装置连接。

在其中一个实施例中，所述第一发送装置以及所述第一接收装置均具有以太网接口。

在其中一个实施例中，所述主站通过所述以太网接口与第1个所述从站连接。

上述逆变器并联扩容系统，主站向每一从站的控制芯片发送载波同步信号，每一逆变器均与一控制芯片连接，控制芯片接收所述载波同步信号并实现载波同步，如此，主站发送载波同步信号，并监控所述各个从站的工作状态；各个从站接收所述载波同步信号并实现载波同步，从而提高了载波同步的可靠性及准确性，从而消除各逆变器并联后的零序环流，进而实现逆变器并联扩容，利于工程实现，降低投资成本。

附图说明

图1为一个实施例中逆变器并联扩容系统的结构示意图；

图2为共直流母线逆变器并联系统拓扑图；

图3为一个实施例中主站与若干个从站连接的结构示意图；

图4为传输延时和时钟初始偏移量的测量原理；

图5为一个实施例中主站与若干个从站的通讯流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1，其为一个实施例中逆变器并联扩容系统10的结构示意图，一种逆变器并联扩容系统10包括：主站101、若干逆变器102、若干滤波电路103、共直流母线104以及若干从站105。

主站101包括用于发送载波同步信号的计算机107。

若干逆变器102并联至共直流母线104。

配电网公共接口108，每一滤波电路103均与配电网公共接口108连接。

每一逆变器102对应与一滤波电路103连接。

从站105包括用于接收载波同步信号并实现载波同步的控制芯片106，每一控制芯片106对应与一逆变器102连接。

若干控制芯片106依次连接，且主站101的计算机107仅与第一个从站105的控制芯片106连接。

需要说明的是，本实施例中的控制芯片、计算机、逆变器等，均可采用现有产品实现，本实用新型及其各实施例，其所要求保护的范围并不包括控制芯片、计算机、逆变器等的具体结构及其控制方式，而是通过这些结构的连接关系及其结合应用所能够达到预计的技术效果；其余实施例的介质访问控制器、处理器等亦以此类推。

上述逆变器并联扩容系统10，主站101向每一从站105的控制芯片106发送载波同步信号，每一逆变器102均与一控制芯片106连接，控制芯片106接收所述载波同步信号并实现载波同步，如此，主站101发送载波同步信号，并监控所述各个从站105的工作状态；各个从站105接收所述载波同步信号并实现载波同步，从而提高了载波同步的可靠性及准确性，从而消除各逆变器102并联后的零序环流，进而实现逆变器102并联扩容，利于工程实现，降低投资成本。

为便于理解本实施例，请参阅图2，其为共直流母线逆变器并联系统拓扑图，其中PV表示大功率光伏，其通过共直流母线输出直接电。系统拓扑为N个逆变器并联，共直流母线，交流侧并联到PCC点即配电网公共接口将电能馈入电网，如图2所示。由于是共直流母线，因此当各逆变器载波不同步时，直流母线为逆变器间的零序环流提供通路。该环流会影响单台变流器的电流THD，严重时会造成系统不能正常运行。

请参阅图3，其为一个实施例中主站与若干个从站连接的结构示意图，本实施通过EtherCAT(Ether Control Automation Technology，以太网控制自动化技术)的分布时钟机制，使各个逆变器的微处理器时钟同步于参考逆变器的微处理器时钟，先实现时钟同步，进而实现载波同步。载波同步后，便可消除零序环流，进而实现逆变器并联扩容。

EtherCAT是一种实时工业以太网技术，已成为国际标准IEC 61158212，IEC6178422以及ISO1574524的一部分。EtherCAT充分利用了以太网的全双工特性，介质访问控制(MAC,Media Access Control)使用主从模式。如图3所示，采用单线型的拓扑结构，使用含以太网接口的PC机作为主站，连接若干个带有从站控制芯片ESC的逆变器作为从站。ESC采取接收转发机制，主站发送以太网帧给各从站，在数据帧的传输过程中，从站可以从数据帧中抽取数据或将数据插入数据帧。最后一个从站发回经过完全处理的报文，并由第一个从站作为响应报文发送给主站。

本实施例中，逆变器并联扩容系统采用基于实时工业以太网EtherCAT的逆变器并联扩容方法，其采用单线型的拓扑结构，使用含以太网接口的PC机作为主站，连接若干个带有从站控制芯片ESC的逆变器作为从站。主站用于发送载波同步信号，并监控所述N个从站的工作状态；N个从站用于接收所述载波同步信号并实现载波同步。提高载波同步的可靠性及准确性，从而消除各逆变器并联后的零序环流，进而实现逆变器并联扩容。

可以理解，当控制策略复杂时在工程上难以保证实现效果，而对于普遍工程使用的逆变器PWM调制方法，只要保证并联逆变器的对应桥臂的门极开关信号相同(同步)，即载波同步，则环流就会为零。而通过EtherCAT的分布时钟机制，可以使各个逆变器的微处理器时钟同步于参考逆变器的微处理器时钟，先实现时钟同步，进而实现载波同步。载波同步后，便可消除零序环流，进而实现逆变器并联扩容。

为使主站101与从站105之间通讯连接，如图3所示，一实施例中，主站101包括第一发送装置201以及第一接收装置202。第一发送装置201和第一接收装置202均与计算机107的处理器连接。第一发送装置201用于向从站105发送载波同步信号。第一接收装置202用于从从站105接收响应报文。

例如，第一发送装置201用于发送数据；例如，第一发送装置201用于向计算机107的处理器发送数据。也就是说，第一发送装置201是用于发送数据的装置，其也可以为计算机的某一单元模块。例如，第一接收装置202用于接收数据；例如，第一接收装置202用于接收由计算机107的处理器发送来的数据。也就是说，第一接收装置202是用于接收数据的装置，其也可以为计算机的某一单元模块。

进一步的，逆变器并联扩容系统包括N个从站105，N个从站105依次连接。从站105包括第二发送装置203和第二接收装置204，第1个从站105的第二接收装置204与第一发送装置201连接，第1个从站105的第二发送装置203与第一接收装置202连接，其中，N为大于0的自然数。

例如，第二发送装置203用于发送数据；例如，第二发送装置203用于向计算机发送数据。也就是说，第二发送装置203是用于发送数据的装置，其也可以为计算机的某一单元模块。例如，第二接收装置204用于接收数据；例如，第二接收装置204用于接收由计算机发送来的数据。也就是说，第二接收装置204是用于接收数据的装置，其也可以为计算机的某一单元模块。

需要说明的是，本实施例中，主站101与从站105之间的通讯连接为基于实时工业以太网而实现的，第一发送装置201以及第一接收装置202、第二发送装置203和第二接收装置204等均具有以太网接口。故图3中对第一发送装置201和第二发送装置203均以TX(Transmit，发送)标志，第二接收装置204均和第一接收装置202均以RX(Receive，接收)标志。由于第一发送装置201以及第一接收装置202、第二发送装置203和第二接收装置204等均采用现有结构，因此本实施例不再赘述。

如图3所示，一实施例中，相邻的两从站105中，其中一从站105的第二发送装置203与另一从站105的第二接收装置204连接，其中一从站105的第二接收装置204与另一从站105的第二发送装置203连接；并且最后一个从站105的第二发送装置与其自身的第二接收装置连接，即最后一个从站发回经过完全处理的报文，并由第一个从站作为响应报文发送给主站。

一实施例中，主站101包括介质访问控制器，介质访问控制器分别与计算机107的处理器、第一发送装置201以及第一接收装置202连接。具体的，介质访问控制器具有介质访问控制机制。

进一步的，第一发送装置201以及第一接收装置202均具有以太网接口。进一步的，主站101通过以太网接口与第1个从站105连接。具体的，主站101通过以太网接口接入以太网，从站105通过以太网接口接入以太网，如此主站101的PC机即可通过以太网与从站105在基于EtherCAT的分布时钟的机制下进行全双工通讯，并利用介质访问控制使用主从模式进行访问。

为进一步对本实用新型作出说明，结合图4和图5，下面对EtherCAT的分布时钟机制进行详细的说明。

EtherCAT的分布时钟机制使所有的从站都同步于一个参考时钟。主站连接的第一个具有分布时钟功能的从站作为参考时钟，以参考时钟来同步其他从站的时钟。

系统启动时，各从站的本地时钟t_local(i)和参考时钟t_{sys_ref}之间有一定的差异，称为时钟初始偏移量T_offset(i)。数据帧在各个从站之间传播时的延时称为传输延时T_delay(i)。在运行过程中，由于各从站使用的晶振等原因，它们的计时周期会有微小差别，称为时钟漂移。

表一各时间变量说明

假设t_local(i)＞t_{sys_ref}，它们的关系由下式确定：

t_local(i)＝t_{sys_ref}+T_offset(i)

主站发送一个载波同步数据帧，载波同步帧到达每个从站后，每个从站设备保存其端口接收到载波移相同步帧前导符的第一位的时刻。载波同步帧到达参考时钟从站时t_{sys_ref}为T₁时刻，到达从站i时该从站的本地时钟时刻为T₂(i)，则：

T_offset(i)＝T₂(i)－T₁－T_delay(i)

载波同步帧经过所有的从站后，经网口B接收，再立即由网口B发送，环回至从站i时，从站i的本地时钟时刻为T₃(i)，环回至参考时钟从站时t_{sys_ref}为T₄时刻；假设线缆延时均匀，所有从站设备的处理和转发的延时一样，则得出从站i与参考时钟从站间的传输延时：

T_delay(i)＝[(T₄－T₁)－(T₃(i)－T₂(i))]/2

保持本地时钟的自由运行，每个从站使用自己的本地时钟t_local(i)和本地时钟初始偏移量T_offset(i)计算本地系统时间t_{sys_local}(i)，用来产生同步信号和锁存信号时间标记，供从站微处理器使用。

t_{sys_local}(i)＝t_local(i)－T_offset(i)

在测得传输延时和时钟初始偏移量后，主站发送数据报文从参考时钟从站读取系统时间t_{sys_ref}并写入之后的每个从站设备中。从站根据得到的t_{sys_ref}和之前保存于每个从站中的T_offset(i)和T_delay(i)，计算出本地时钟漂移量Δt：

Δt＝t_{sys_local}(i)－T_delay(i)－t_{sys_ref}＝t_local(i)－T_offset(i)－T_delay(i)－t_{sys_ref}

主站每4个载波周期发送一次载波同步帧。从站接收到载波同步帧后，计算本地时钟漂移量Δt，然后根据下式获得自身载波周期误差值，根据载波周期误差值调节数字信号处理器上的ePWM时间基准相位寄存器值(由于载波为三角波，因此时间基准相位寄存器的值为载波周期计数值的一半)，从而实现各从站的载波移相同步。

$T_e^{\left(i\right)}={\mathrm{\Δt}}^{\left(i\right)}\frac{2T_B}{t_c}$

式中，表示所述第i个从站的载波周期误差值，Δt⁽ⁱ⁾表示所述第i个从站的本地时钟漂移量，T_B表示所述ePWM时间基准相位寄存器值，t_c表示所述载波周期值。

本实用新型的有益效果在于：

1)、实现了逆变器模块间较高精度的载波同步，减小逆变器间的环流。

2)、简化了载波同步的控制算法，系统的稳定性和可靠性大大提高。

3)、利于工程实现，降低投资成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种逆变器并联扩容系统，其特征在于，包括：

主站，所述主站包括用于发送载波同步信号的计算机；

若干逆变器；

若干滤波电路；

共直流母线，若干所述逆变器并联至所述共直流母线；

配电网公共接口，每一所述滤波电路均与所述配电网公共接口连接；

每一所述逆变器对应与一所述滤波电路连接；

若干从站，所述从站包括用于接收所述载波同步信号并实现载波同步的控制芯片，每一所述控制芯片对应与一所述逆变器连接；

若干所述控制芯片依次连接，且所述主站的所述计算机仅与第一个从站的所述控制芯片连接。

2.根据权利要求1所述的逆变器并联扩容系统，其特征在于，所述主站还包括用于向所述从站发送载波同步信号的第一发送装置以及从所述从站接收响应报文的第一接收装置，所述第一发送装置和接所述收装置均与所述计算机的处理器连接。

3.根据权利要求2所述的逆变器并联扩容系统，其特征在于，包括N个所述从站，N个所述从站依次连接；所述从站包括第二发送装置和第二接收装置，第1个所述从站的所述第二接收装置与所述第一发送装置连接，第1个所述从站的所述第二发送装置与所述第一接收装置连接，其中，N为大于0的自然数。

4.根据权利要求3所述的逆变器并联扩容系统，其特征在于，相邻的两所述从站中，其中一所述从站的第二发送装置与另一所述从站的第二接收装置连接，其中一所述从站的第二接收装置与另一所述从站的第二发送装置连接。

5.根据权利要求2所述的逆变器并联扩容系统，其特征在于，所述主站包括介质访问控制器，所述介质访问控制器分别与所述计算机的处理器、所述第一发送装置以及所述第一接收装置连接。

6.根据权利要求2所述的逆变器并联扩容系统，其特征在于，所述第一发送装置以及所述第一接收装置均具有以太网接口。

7.根据权利要求6所述的逆变器并联扩容系统，其特征在于，所述主站通过所述以太网接口与第1个所述从站连接。