本實用新型涉及光伏發(fā)電裝機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種逆變器并聯(lián)擴(kuò)容系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國光伏發(fā)電裝機(jī)容量的不斷增加，單臺大功率光伏并網(wǎng)逆變器(PVGCI)的擴(kuò)充性和可靠性受到了局限。采用共陣列母線的模塊化并聯(lián)逆變器，可以優(yōu)化各模塊的運(yùn)行模式，因此，較之單臺大功率逆變器，模塊化并聯(lián)PV GCI可在全天侯情況下提高系統(tǒng)的發(fā)電量，并聯(lián)也提高了系統(tǒng)的可靠性。目前PV GCI的無變壓器單機(jī)拓?fù)浒垂β首儞Q級數(shù)可分為兩大類，一類是前級有BOOST的兩級式拓?fù)?；另一類是前級無BOOST電路的單級式拓?fù)?，直接將光伏陣列電壓由DC/AC逆變成交流電，再由外置變壓器升壓后并入中壓電網(wǎng)。對于第一類拓?fù)?，在兩臺PV GCI光伏陣列側(cè)并聯(lián)，而逆變橋直流母線沒有并聯(lián)，不存在兩臺PWM開關(guān)不一致引起的環(huán)流。對于第二種拓?fù)?，兩臺PV GCI并聯(lián)時，由于開關(guān)時間、主電路參數(shù)等因素的影響，并聯(lián)單元之間會產(chǎn)生零序環(huán)流，該環(huán)流會影響單臺變流器的電流THD，嚴(yán)重時會造成系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

對于共陣列母線的模塊化逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，由于開關(guān)時間、主電路參數(shù)等因素的影響，并聯(lián)單元之間會產(chǎn)生零序環(huán)流，這使系統(tǒng)的擴(kuò)充性受到了限制。目前對環(huán)流抑制的方法主要是從控制策略方面考慮：(1)對環(huán)流進(jìn)行PI(比例積分)控制，重新分配并聯(lián)模塊SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation))調(diào)制中的零電壓矢量，減小環(huán)流；(2)單臺變流器采用兩個相位互差180°的載波，避免三相調(diào)制信號共用一個載波時出現(xiàn)的零矢量開關(guān)狀態(tài)，以減小變流器的環(huán)流。然而，當(dāng)控制策略復(fù)雜時，在工程上難以保證對環(huán)流抑制的實現(xiàn)效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對如何抑制零序環(huán)流、如何提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性的技術(shù)問題，提供一種逆變器并聯(lián)擴(kuò)容系統(tǒng)。

一種逆變器并聯(lián)擴(kuò)容系統(tǒng)包括：主站，所述主站包括用于發(fā)送載波同步信號的計算機(jī)；若干逆變器；若干濾波電路；共直流母線，若干所述逆變器并聯(lián)至所述共直流母線；配電網(wǎng)公共接口，每一所述濾波電路均與所述配電網(wǎng)公共接口連接；每一所述逆變器對應(yīng)與一所述濾波電路連接；若干從站，所述從站包括用于接收所述載波同步信號并實現(xiàn)載波同步的控制芯片，每一所述控制芯片對應(yīng)與一所述逆變器連接；若干所述控制芯片依次連接，且所述主站的所述計算機(jī)僅與第一個從站的所述控制芯片連接。

在其中一個實施例中，所述主站還包括用于向所述從站發(fā)送載波同步信號的第一發(fā)送裝置以及從所述從站接收響應(yīng)報文的第一接收裝置，所述第一發(fā)送裝置和接所述收裝置均與所述計算機(jī)的處理器連接。

在其中一個實施例中，包括N個所述從站，N個所述從站依次連接；所述從站包括第二發(fā)送裝置和第二接收裝置，第1個所述從站的所述第二接收裝置與所述第一發(fā)送裝置連接，第1個所述從站的所述第二發(fā)送裝置與所述第一接收裝置連接，其中，N為大于0的自然數(shù)。

在其中一個實施例中，相鄰的兩所述從站中，其中一所述從站的第二發(fā)送裝置與另一所述從站的第二接收裝置連接，其中一所述從站的第二接收裝置與另一所述從站的第二發(fā)送裝置連接，其中，N為大于1的自然數(shù)。

在其中一個實施例中，所述主站包括介質(zhì)訪問控制器，所述介質(zhì)訪問控制器分別與所述計算機(jī)的處理器、所述第一發(fā)送裝置以及所述第一接收裝置連接。

在其中一個實施例中，所述第一發(fā)送裝置以及所述第一接收裝置均具有以太網(wǎng)接口。

在其中一個實施例中，所述主站通過所述以太網(wǎng)接口與第1個所述從站連接。

上述逆變器并聯(lián)擴(kuò)容系統(tǒng)，主站向每一從站的控制芯片發(fā)送載波同步信號，每一逆變器均與一控制芯片連接，控制芯片接收所述載波同步信號并實現(xiàn)載波同步，如此，主站發(fā)送載波同步信號，并監(jiān)控所述各個從站的工作狀態(tài)；各個從站接收所述載波同步信號并實現(xiàn)載波同步，從而提高了載波同步的可靠性及準(zhǔn)確性，從而消除各逆變器并聯(lián)后的零序環(huán)流，進(jìn)而實現(xiàn)逆變器并聯(lián)擴(kuò)容，利于工程實現(xiàn)，降低投資成本。

附圖說明

圖1為一個實施例中逆變器并聯(lián)擴(kuò)容系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為共直流母線逆變器并聯(lián)系統(tǒng)拓?fù)鋱D；

圖3為一個實施例中主站與若干個從站連接的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為傳輸延時和時鐘初始偏移量的測量原理；

圖5為一個實施例中主站與若干個從站的通訊流程圖。

具體實施方式

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。

請參閱圖1，其為一個實施例中逆變器并聯(lián)擴(kuò)容系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)示意圖，一種逆變器并聯(lián)擴(kuò)容系統(tǒng)10包括：主站101、若干逆變器102、若干濾波電路103、共直流母線104以及若干從站105。

主站101包括用于發(fā)送載波同步信號的計算機(jī)107。

若干逆變器102并聯(lián)至共直流母線104。

配電網(wǎng)公共接口108，每一濾波電路103均與配電網(wǎng)公共接口108連接。

每一逆變器102對應(yīng)與一濾波電路103連接。

從站105包括用于接收載波同步信號并實現(xiàn)載波同步的控制芯片106，每一控制芯片106對應(yīng)與一逆變器102連接。

若干控制芯片106依次連接，且主站101的計算機(jī)107僅與第一個從站105的控制芯片106連接。

需要說明的是，本實施例中的控制芯片、計算機(jī)、逆變器等，均可采用現(xiàn)有產(chǎn)品實現(xiàn)，本實用新型及其各實施例，其所要求保護(hù)的范圍并不包括控制芯片、計算機(jī)、逆變器等的具體結(jié)構(gòu)及其控制方式，而是通過這些結(jié)構(gòu)的連接關(guān)系及其結(jié)合應(yīng)用所能夠達(dá)到預(yù)計的技術(shù)效果；其余實施例的介質(zhì)訪問控制器、處理器等亦以此類推。

上述逆變器并聯(lián)擴(kuò)容系統(tǒng)10，主站101向每一從站105的控制芯片106發(fā)送載波同步信號，每一逆變器102均與一控制芯片106連接，控制芯片106接收所述載波同步信號并實現(xiàn)載波同步，如此，主站101發(fā)送載波同步信號，并監(jiān)控所述各個從站105的工作狀態(tài)；各個從站105接收所述載波同步信號并實現(xiàn)載波同步，從而提高了載波同步的可靠性及準(zhǔn)確性，從而消除各逆變器102并聯(lián)后的零序環(huán)流，進(jìn)而實現(xiàn)逆變器102并聯(lián)擴(kuò)容，利于工程實現(xiàn)，降低投資成本。

為便于理解本實施例，請參閱圖2，其為共直流母線逆變器并聯(lián)系統(tǒng)拓?fù)鋱D，其中PV表示大功率光伏，其通過共直流母線輸出直接電。系統(tǒng)拓?fù)錇镹個逆變器并聯(lián)，共直流母線，交流側(cè)并聯(lián)到PCC點(diǎn)即配電網(wǎng)公共接口將電能饋入電網(wǎng)，如圖2所示。由于是共直流母線，因此當(dāng)各逆變器載波不同步時，直流母線為逆變器間的零序環(huán)流提供通路。該環(huán)流會影響單臺變流器的電流THD，嚴(yán)重時會造成系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

請參閱圖3，其為一個實施例中主站與若干個從站連接的結(jié)構(gòu)示意圖，本實施通過EtherCAT(Ether Control Automation Technology，以太網(wǎng)控制自動化技術(shù))的分布時鐘機(jī)制，使各個逆變器的微處理器時鐘同步于參考逆變器的微處理器時鐘，先實現(xiàn)時鐘同步，進(jìn)而實現(xiàn)載波同步。載波同步后，便可消除零序環(huán)流，進(jìn)而實現(xiàn)逆變器并聯(lián)擴(kuò)容。

EtherCAT是一種實時工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，已成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158212，IEC6178422以及ISO1574524的一部分。EtherCAT充分利用了以太網(wǎng)的全雙工特性，介質(zhì)訪問控制(MAC,Media Access Control)使用主從模式。如圖3所示，采用單線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用含以太網(wǎng)接口的PC機(jī)作為主站，連接若干個帶有從站控制芯片ESC的逆變器作為從站。ESC采取接收轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，主站發(fā)送以太網(wǎng)幀給各從站，在數(shù)據(jù)幀的傳輸過程中，從站可以從數(shù)據(jù)幀中抽取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)幀。最后一個從站發(fā)回經(jīng)過完全處理的報文，并由第一個從站作為響應(yīng)報文發(fā)送給主站。

本實施例中，逆變器并聯(lián)擴(kuò)容系統(tǒng)采用基于實時工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT的逆變器并聯(lián)擴(kuò)容方法，其采用單線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用含以太網(wǎng)接口的PC機(jī)作為主站，連接若干個帶有從站控制芯片ESC的逆變器作為從站。主站用于發(fā)送載波同步信號，并監(jiān)控所述N個從站的工作狀態(tài)；N個從站用于接收所述載波同步信號并實現(xiàn)載波同步。提高載波同步的可靠性及準(zhǔn)確性，從而消除各逆變器并聯(lián)后的零序環(huán)流，進(jìn)而實現(xiàn)逆變器并聯(lián)擴(kuò)容。

可以理解，當(dāng)控制策略復(fù)雜時在工程上難以保證實現(xiàn)效果，而對于普遍工程使用的逆變器PWM調(diào)制方法，只要保證并聯(lián)逆變器的對應(yīng)橋臂的門極開關(guān)信號相同(同步)，即載波同步，則環(huán)流就會為零。而通過EtherCAT的分布時鐘機(jī)制，可以使各個逆變器的微處理器時鐘同步于參考逆變器的微處理器時鐘，先實現(xiàn)時鐘同步，進(jìn)而實現(xiàn)載波同步。載波同步后，便可消除零序環(huán)流，進(jìn)而實現(xiàn)逆變器并聯(lián)擴(kuò)容。

為使主站101與從站105之間通訊連接，如圖3所示，一實施例中，主站101包括第一發(fā)送裝置201以及第一接收裝置202。第一發(fā)送裝置201和第一接收裝置202均與計算機(jī)107的處理器連接。第一發(fā)送裝置201用于向從站105發(fā)送載波同步信號。第一接收裝置202用于從從站105接收響應(yīng)報文。

例如，第一發(fā)送裝置201用于發(fā)送數(shù)據(jù)；例如，第一發(fā)送裝置201用于向計算機(jī)107的處理器發(fā)送數(shù)據(jù)。也就是說，第一發(fā)送裝置201是用于發(fā)送數(shù)據(jù)的裝置，其也可以為計算機(jī)的某一單元模塊。例如，第一接收裝置202用于接收數(shù)據(jù)；例如，第一接收裝置202用于接收由計算機(jī)107的處理器發(fā)送來的數(shù)據(jù)。也就是說，第一接收裝置202是用于接收數(shù)據(jù)的裝置，其也可以為計算機(jī)的某一單元模塊。

進(jìn)一步的，逆變器并聯(lián)擴(kuò)容系統(tǒng)包括N個從站105，N個從站105依次連接。從站105包括第二發(fā)送裝置203和第二接收裝置204，第1個從站105的第二接收裝置204與第一發(fā)送裝置201連接，第1個從站105的第二發(fā)送裝置203與第一接收裝置202連接，其中，N為大于0的自然數(shù)。

例如，第二發(fā)送裝置203用于發(fā)送數(shù)據(jù)；例如，第二發(fā)送裝置203用于向計算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。也就是說，第二發(fā)送裝置203是用于發(fā)送數(shù)據(jù)的裝置，其也可以為計算機(jī)的某一單元模塊。例如，第二接收裝置204用于接收數(shù)據(jù)；例如，第二接收裝置204用于接收由計算機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)。也就是說，第二接收裝置204是用于接收數(shù)據(jù)的裝置，其也可以為計算機(jī)的某一單元模塊。

需要說明的是，本實施例中，主站101與從站105之間的通訊連接為基于實時工業(yè)以太網(wǎng)而實現(xiàn)的，第一發(fā)送裝置201以及第一接收裝置202、第二發(fā)送裝置203和第二接收裝置204等均具有以太網(wǎng)接口。故圖3中對第一發(fā)送裝置201和第二發(fā)送裝置203均以TX(Transmit，發(fā)送)標(biāo)志，第二接收裝置204均和第一接收裝置202均以RX(Receive，接收)標(biāo)志。由于第一發(fā)送裝置201以及第一接收裝置202、第二發(fā)送裝置203和第二接收裝置204等均采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，因此本實施例不再贅述。

如圖3所示，一實施例中，相鄰的兩從站105中，其中一從站105的第二發(fā)送裝置203與另一從站105的第二接收裝置204連接，其中一從站105的第二接收裝置204與另一從站105的第二發(fā)送裝置203連接；并且最后一個從站105的第二發(fā)送裝置與其自身的第二接收裝置連接，即最后一個從站發(fā)回經(jīng)過完全處理的報文，并由第一個從站作為響應(yīng)報文發(fā)送給主站。

一實施例中，主站101包括介質(zhì)訪問控制器，介質(zhì)訪問控制器分別與計算機(jī)107的處理器、第一發(fā)送裝置201以及第一接收裝置202連接。具體的，介質(zhì)訪問控制器具有介質(zhì)訪問控制機(jī)制。

進(jìn)一步的，第一發(fā)送裝置201以及第一接收裝置202均具有以太網(wǎng)接口。進(jìn)一步的，主站101通過以太網(wǎng)接口與第1個從站105連接。具體的，主站101通過以太網(wǎng)接口接入以太網(wǎng)，從站105通過以太網(wǎng)接口接入以太網(wǎng)，如此主站101的PC機(jī)即可通過以太網(wǎng)與從站105在基于EtherCAT的分布時鐘的機(jī)制下進(jìn)行全雙工通訊，并利用介質(zhì)訪問控制使用主從模式進(jìn)行訪問。

為進(jìn)一步對本實用新型作出說明，結(jié)合圖4和圖5，下面對EtherCAT的分布時鐘機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)的說明。

EtherCAT的分布時鐘機(jī)制使所有的從站都同步于一個參考時鐘。主站連接的第一個具有分布時鐘功能的從站作為參考時鐘，以參考時鐘來同步其他從站的時鐘。

系統(tǒng)啟動時，各從站的本地時鐘t_local(i)和參考時鐘t_{sys_ref}之間有一定的差異，稱為時鐘初始偏移量T_offset(i)。數(shù)據(jù)幀在各個從站之間傳播時的延時稱為傳輸延時T_delay(i)。在運(yùn)行過程中，由于各從站使用的晶振等原因，它們的計時周期會有微小差別，稱為時鐘漂移。

表一各時間變量說明

假設(shè)t_local(i)＞t_{sys_ref}，它們的關(guān)系由下式確定：

t_local(i)＝t_{sys_ref}+T_offset(i)

主站發(fā)送一個載波同步數(shù)據(jù)幀，載波同步幀到達(dá)每個從站后，每個從站設(shè)備保存其端口接收到載波移相同步幀前導(dǎo)符的第一位的時刻。載波同步幀到達(dá)參考時鐘從站時t_{sys_ref}為T₁時刻，到達(dá)從站i時該從站的本地時鐘時刻為T₂(i)，則：

T_offset(i)＝T₂(i)－T₁－T_delay(i)

載波同步幀經(jīng)過所有的從站后，經(jīng)網(wǎng)口B接收，再立即由網(wǎng)口B發(fā)送，環(huán)回至從站i時，從站i的本地時鐘時刻為T₃(i)，環(huán)回至參考時鐘從站時t_{sys_ref}為T₄時刻；假設(shè)線纜延時均勻，所有從站設(shè)備的處理和轉(zhuǎn)發(fā)的延時一樣，則得出從站i與參考時鐘從站間的傳輸延時：

T_delay(i)＝[(T₄－T₁)－(T₃(i)－T₂(i))]/2

保持本地時鐘的自由運(yùn)行，每個從站使用自己的本地時鐘t_local(i)和本地時鐘初始偏移量T_offset(i)計算本地系統(tǒng)時間t_{sys_local}(i)，用來產(chǎn)生同步信號和鎖存信號時間標(biāo)記，供從站微處理器使用。

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

在測得傳輸延時和時鐘初始偏移量后，主站發(fā)送數(shù)據(jù)報文從參考時鐘從站讀取系統(tǒng)時間t_{sys_ref}并寫入之后的每個從站設(shè)備中。從站根據(jù)得到的t_{sys_ref}和之前保存于每個從站中的T_offset(i)和T_delay(i)，計算出本地時鐘漂移量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個載波周期發(fā)送一次載波同步幀。從站接收到載波同步幀后，計算本地時鐘漂移量Δt，然后根據(jù)下式獲得自身載波周期誤差值，根據(jù)載波周期誤差值調(diào)節(jié)數(shù)字信號處理器上的ePWM時間基準(zhǔn)相位寄存器值(由于載波為三角波，因此時間基準(zhǔn)相位寄存器的值為載波周期計數(shù)值的一半)，從而實現(xiàn)各從站的載波移相同步。

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

式中，表示所述第i個從站的載波周期誤差值，Δt⁽ⁱ⁾表示所述第i個從站的本地時鐘漂移量，T_B表示所述ePWM時間基準(zhǔn)相位寄存器值，t_c表示所述載波周期值。

本實用新型的有益效果在于：

1)、實現(xiàn)了逆變器模塊間較高精度的載波同步，減小逆變器間的環(huán)流。

2)、簡化了載波同步的控制算法，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性大大提高。

3)、利于工程實現(xiàn)，降低投資成本。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達(dá)了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。因此，本實用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。