本发明公开了一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，逆变器正常运行过程中，在满足并网电流谐波要求的前提下降低每个逆变器开关频率，能够提高整个系统的运行效率。在某个逆变器退出全局同步脉宽调制或某个逆变器加入全局同步脉宽调制的过程中动态调整全局同步脉宽的相位，使并网电流谐波降到最低，而且在这一动态调整过程中并网电流谐波始终满足要求。在通讯设施故障时提高开关频率，避免了全局同步脉冲宽度调制方法突然失效造成的并网电流谐波增大的问题。在电网故障或逆变器输出功率突变等暂态过程中提高开关频率，增加动态过程的稳定性。
1.一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，其特征是：包括以下步骤：(1)主控单元接收参数信号，根据所得参数，确定各个逆变器的的脉宽调制波的相位、频率，以及同步时钟信号的频率fsyn，任意指定一个逆变器作为逆变器1，定义其相位 以为基准计算其它逆变器的相位(2)主控单元以同步时钟信号的频率fsyn发送包含逆变器脉宽调制波的相位、频率的同步策略信号给各逆变器，逆变器接收到同步策略信号，并以同步时钟信号为参考，按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率；
(3)主控单元接收参数信号，判断是否有逆变器加入或退出运行，以上一次计算的逆变器脉宽调制波相位、频率为初值，重新寻找变化后个数的逆变器脉宽调制波相位、频率，以及同步时钟信号的频率，制定同步策略，并以此同步时钟信号的频率将此同步策略信号发送给逆变器，逆变器进行相关调节；
(4)各逆变器通过检测收到的同步策略信号和同步时钟信号判断系统是否存在故障，如果有通讯故障、电网故障或者功率突变，提高开关频率，退出全局同步运行状态，并定时进行复查，如故障排除，则改变脉宽调制波的相位和频率，恢复全局同步运行状态。
2.如权利要求1所述的分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，其特征是：所述步骤(1)中，定义相位 为0°。
3.如权利要求1所述的分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，其特征是：所述步骤(1)、(2)中同步策略的具体制定步骤为：(a)各逆变器向主控单元发送参数信号，参数包括逆变器的开关频率、输出有功无功和输出滤波器参数；
(b)全局同步单元根据所收到的参数信号，利用傅里叶变换方法，建立输出电流谐波有效值和各个逆变器的相位 之间的函数关系： M＝1,..,N；
(c)计算使得Ihsum最小时的逆变器的相位 记为
(d)当相位为 时，此时的Ihsum最小，当Ihsum小于电网要求时，把每个逆变器开关频率fM以相同比例降低为fMb。
4.如权利要求1所述的分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，其特征是：所述步骤(1)中的同步时钟信号的频率fsyn的制定步骤为：(1-1)根据晶振的最大误差范围ecry和逆变器的开关频率fMb，计算出1秒内 相对 所能变化的最大范围，计算公式为：
(1-2)根据通讯通道的速率预先设定同步信号的频率fsyn，计算出此同步频率下 相对所偏移的最大范围 所述计算公式为：
智能优化算法计算Ihsum的最大值，如果此最大值大于电网要求，则增加fsyn，并重复步骤(1-
2)、(1-3)如果此最大值小于电网要求，则fsyn为同步信号的发送频率。
5.如权利要求1所述的分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，其特征是：所述步骤(3)中，当主控单元判断出有逆变器退出运行时，具体步骤包括：步骤(3a)：主控单元接收参数信号，判断出有X个逆变器退出运行，其中0
步骤(3b)：主控单元发送包含逆变器脉宽调制波的相位、频率、相位、频率变化策略的同步策略信号给各逆变器，主控单元按照步骤(3a)的fsyn发送同步时钟信号；
步骤(3c)：N-X个逆变器接收到同步策略信号，并以同步时钟信号为参考，按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率。
6.如权利要求5所述的分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，其特征是：所述步骤(3a)中，主控单元通过询问逆变器来判断逆变器是否退出运行，或者逆变器主动向主控单元发送退出运行的信息。
7.如权利要求1所述的分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，其特征是：所述步骤(3)中，当主控单元判断出有逆变器加入运行时，具体步骤包括：步骤(3-1)：主控单元接收参数信号，判断出有Y个逆变器加入运行，其中，0
步骤(3-2)：主控单元发送包含逆变器脉宽调制波的相位、频率、相位、频率变化策略的同步策略信号给各逆变器，主控单元按照步骤(3c)的fsyn发送同步时钟信号；
步骤(3-3)：N个逆变器接收到同步策略信号，并以同步时钟信号为参考，按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率，新加入的Y个逆变器先按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率，再输出功率。
8.如权利要求1所述的分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，其特征是：所述步骤(4)中，各逆变器通过检测收到的同步策略信号和同步时钟信号判断通讯是否故障，若故障则提高开关频率，退出全局同步运行状态，各逆变器通过检测收到的同步策略信号和同步时钟信号判断通讯系统是否恢复正常，若正常，则按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率，恢复全局同步运行状态。
9.如权利要求1所述的分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，其特征是：所述步骤(4)中，各逆变器通过检测电网是否有故障，若故障则提高开关频率，退出全局同步运行状态；各逆变器通过检测电网是否恢复正常，若电网恢复正常则按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率，恢复全局同步运行状态。
10.如权利要求1所述的分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，其特征是：所述步骤(4)中，各逆变器判断是否功率突变，若存在功率突变带来的暂态过程则提高开关频率，退出全局同步运行状态，各逆变器判断功率突变带来的暂态过程是否已经结束，若结束则按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率，恢复全局同步运行状态。
分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法。
背景技术
[0002] 分布式并网逆变器系统能够将分布式电源接入交流电网。为了降低分布式并网逆变器的输出谐波对电网的影响，并网逆变器的输出谐波含量需要满足国标要求。现有专利和文献提到了多种降低谐波的方法，包括增加开关频率、增加滤波器阶数、增加滤波器参数值等方法，这些方法会增加并网逆变器的成本、损耗、控制难度。而且这些方法大多是针对单个逆变器。
[0003] 在分布式并网逆变器系统中，每个逆变器都分布在不同的地理位置且由自己的控制器来控制。图1所示为一种常见的分布式逆变器并网结构，每个逆变器通过线路与公共并网点相连。设逆变器的总数为N，逆变器的编号用M(M＝1,..,N)表示，逆变器M的并网电流表示为iM，总的并网电流表示为isum。只要保证iM的谐波含量满足要求，isum也一定能满足并网要求。这样做能够保证isum在任何时候都满足并网要求，但是也增加了每个逆变器的损耗和设计成本。实际上，并联逆变器的谐波电流可以相互抵消，利用这一特点可以在总并网电流满足要求的前提下降低逆变器的设计成本，现有专利文献中提到了交错并联技术，但是这种技术不适用于分布式并网逆变器。
[0004] 专利《分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统及方法》公开了一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统，其特征是，包括主控单元和位于不同地理位置的若干个并网逆变器，每个所述并网逆变器均与分布式电源连接，每个并网逆变器均通过公共并网点与电网连接，所述主控单元与所有的并网逆变器通信，如图2所示，所述主控单元接收各个并网逆变器的信息，确定全局同步策略后，将包含全局同步策略的全局同步信号分别发送给各个并网逆变器，各个并网逆变器利用全局同步信号调整自己的脉宽调制波相位，以达到各个并网逆变器脉宽调制波之间能够满足谐波抵消的相位差，从而抵消各个并网逆变器注入电网的谐波电流。该方法能够有效降低isum的谐波含量。该方法并没有提到如何在使isum的谐波含量满足要求的前提下，通过降低开关频率来降低逆变器的损耗，也没有提到故障状态下的相位、频率调整策略。
发明内容
[0005] 本发明为了解决上述问题，提出了一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，逆变器正常运行过程中，在满足并网电流谐波要求的前提下降低每个逆变器开关频率，能够提高整个系统的运行效率。在某个逆变器退出全局同步脉宽调制或某个逆变器加入全局同步脉宽调制的过程中动态调整全局同步脉宽的相位，使并网电流谐波降到最低，而且在这一动态调整过程中并网电流谐波始终满足要求。在通讯设施故障时提高开关频率，避免了全局同步脉冲宽度调制方法突然失效造成的并网电流谐波增大的问题。在电网故障或逆变器输出功率突变等暂态过程中提高开关频率，增加动态过程的稳定性。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 在专利《分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统及方法》的基础上提出了一种改进的分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，该方法可以确定各个逆变器的脉宽调制波的相位和频率，并将相位和频率信息发送给各个逆变器，并发送同步信号，各个逆变器根据同步信号调整自己的脉宽调制波相位与频率。
[0008] 主控单元在某个逆变器退出运行或某个逆变器加入运行的过程中，判断这种变化，确定动态调整策略并发送给逆变器。
[0009] 逆变器通过检测收到的同步策略信号和同步时钟信号判断通讯是否故障，若故障则提高开关频率，各逆变器检测到电网侧故障或输出功率突变时，提高开关频率，增加响应速度，降低超调量。
[0010] 一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位、频率动态调整方法，包括以下步骤：
[0011] (1)主控单元接收参数信号，根据所得参数，确定各个逆变器的的脉宽调制波的相位、频率，以及同步时钟信号的频率fsyn，任意指定一个逆变器作为逆变器1，定义其相位以 为基准计算其它逆变器的相位
[0012] (2)主控单元以同步时钟信号的频率fsyn发送包含逆变器脉宽调制波的相位、频率的同步策略信号给各逆变器，逆变器接收到同步策略信号，并以同步时钟信号为参考，按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率；
[0013] (3)主控单元接收参数信号，判断是否有逆变器加入或退出运行，以上一次计算的逆变器脉宽调制波相位、频率为初值，重新寻找逆变器数量变化后的逆变器脉宽调制波相位、频率，以及同步时钟信号的频率，制定同步策略，并将此同步策略信号发送给逆变器，逆变器进行相关调节；
[0014] (4)各逆变器通过检测收到的同步策略信号和同步时钟信号判断系统是否存在故障，如果有通讯故障、电网故障或者功率突变，提高开关频率，退出全局同步运行状态，并定时进行复查，如故障排除，则改变脉宽调制波的相位和频率，恢复全局同步运行状态。
[0015] 所述步骤(1)中，定义相位 为0°。
[0016] 所述步骤(1)、(2)中同步策略的具体制定步骤为：
[0017] (a)各逆变器向主控单元发送参数信号，参数包括逆变器的开关频率、输出有功无功和输出滤波器参数；
[0018] (b)全局同步单元根据所收到的参数信号，利用傅里叶变换方法，建立输出电流谐波有效值和 之间的函数关系：
[0019] (c)计算使得Ihsum最小时的 记为
[0020] (d)当相位为 时，此时的Ihsum最小，当Ihsum小于电网要求时，把每个逆变器开关频率fM以相同比例降低为fMb。
[0021] 所述步骤(1)中的同步时钟信号的频率fsyn的制定步骤为：
[0022] (1-1)根据晶振的最大误差范围ecry和逆变器的开关频率fMb，计算出1秒内 相对所能变化的最大范围，计算公式为：
[0023]
[0024] (1-2)根据通讯通道的速率预先设定同步信号的频率fsyn，计算出此同步频率下相对 所偏移的最大范围 所述计算公式为：
[0025]
[0026] (1-3)利用前面计算出的函数关系 且令利用智能优化算法计算Ihsum的最大值，如果此最大值大于电网要求，则增加fsyn，并重复步骤(1-2)、(1-3)如果此最大值小于电网要求，则fsyn为同步信号的发送频率。
[0027] 所述步骤(3)中，当主控单元判断出有逆变器退出运行时，具体步骤包括：
[0028] 步骤(3a)：主控单元接收参数信号，判断出有X(0
[0029] 步骤(3b)：主控单元发送包含逆变器脉宽调制波的相位、频率、相位、频率变化策略的同步策略信号给各逆变器，主控单元按照步骤(3a)的fsyn发送同步时钟信号；
[0030] 步骤(3c)：N-X个逆变器接收到同步策略信号，并以同步时钟信号为参考，按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率。
[0031] 所述步骤(3a)中，主控单元通过询问逆变器来判断逆变器是否退出运行，或者逆变器主动向主控单元发送退出运行的信息，这些仅仅是判断逆变器是否退出运行的方法中的两种，该领域技术人员可以根据常识制定出其他判断方案。
[0032] 所述步骤(3)中，当主控单元判断出有逆变器加入运行时，具体步骤包括：
[0033] 步骤(3-1)：主控单元接收参数信号，判断出有Y(0
[0034] 步骤(3-2)：主控单元发送包含逆变器脉宽调制波的相位、频率、相位、频率变化策略的同步策略信号给各逆变器，主控单元按照步骤(3c)的fsyn发送同步时钟信号；
[0035] 步骤(3-3)：N个逆变器接收到同步策略信号，并以同步时钟信号为参考，按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率，新加入的Y个逆变器先按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率，再输出功率。
[0036] 所述步骤(4)中，各逆变器通过检测收到的同步策略信号和同步时钟信号判断通讯是否故障，若故障则提高开关频率，退出全局同步运行状态，各逆变器通过检测收到的同步策略信号和同步时钟信号判断通讯系统是否恢复正常，若正常，则按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率，恢复全局同步运行状态。
[0037] 所述步骤(4)中，各逆变器通过检测电网是否有故障，若故障则提高开关频率，退出全局同步运行状态；各逆变器通过检测电网是否恢复正常，若电网恢复正常则按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率，恢复全局同步运行状态。
[0038] 所述步骤(4)中，各逆变器判断是否功率突变，若存在功率突变带来的暂态过程则提高开关频率，退出全局同步运行状态，各逆变器判断功率突变带来的暂态过程是否已经结束，若结束则按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率，恢复全局同步运行状态。
[0039] 本发明的有益效果为：
[0040] (1)本发明在全局同步脉冲宽度调制的基础上，进一步提出了全局同步脉宽相位/开关频率动态调整方法，在正常运行状态下，能让逆变器降低开关频率，进而降低逆变器损耗，能够减少逆变器散热系统的设计成本；
[0041] (2)本发明能在某几个逆变器退出运行或通讯故障的情况下，重新制定全局同步脉宽相位/开关频率，在满足并网电流谐波要求的前提下，降低逆变器损耗；
[0042] (3)本发明能在某几个逆变器加入运行的的情况下，重新制定全局同步脉宽相位/开关频率，在满足并网电流谐波要求的前提下，降低逆变器损耗；
[0043] (4)本发明能在通讯故障的情况下，让逆变器提高开关频率，避免了通讯失败情况下，低开关频率造成的谐波增大的问题，能在通讯恢复的时候，重新制定全局同步脉宽相位/开关频率，让高频运行的逆变器降低开关频率，降低逆变器损耗；在逆变器检测到电网故障的时候提高开关频率，能增加逆变器在暂态过程中的稳定性；
[0044] (5)本发明能在逆变器检测到电网恢复正常的时候重新恢复的全局同步运行状态，让高频运行的逆变器降低开关频率，能在逆变器功率突变的暂态过程中提高开关频率，增加逆变器在暂态过程中的稳定性，能在逆变器结束功率突变的暂态过程后，降低开关频率，降低逆变器的损耗。
附图说明
[0045] 图1为没有进行全局同步脉宽调制的分布式逆变系统；
[0046] 图2为进行全局同步脉宽调制的分布式逆变系统。
[0047] 图3为脉宽调制波相位、频率动态调整过程。具体实施方式：
[0048] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0049] 如图1-图2所示，在分布式并网逆变器系统中，每个逆变器都分布在不同的地理位置且由自己的控制器来控制。图1所示为一种常见的分布式逆变器并网结构，每个逆变器通过线路与公共并网点相连。设逆变器的总数为N，逆变器的编号用M(M＝1,..,N)表示，逆变器M的并网电流表示为iM，总的并网电流表示为isum。只要保证iM的谐波含量满足要求，isum也一定能满足并网要求。这样做能够保证isum在任何时候都满足并网要求，但是也增加了每个逆变器的损耗和设计成本。实际上，并联逆变器的谐波电流可以相互抵消，利用这一特点可以在总并网电流满足要求的前提下降低逆变器的设计成本，现有专利文献中提到了交错并联技术，但是这种技术不适用于分布式并网逆变器。
[0050] 如图2所示，该系统包括主控单元和位于不同地理位置的分布式逆变器，每个逆变器均与分布式电源相连，并通过公共并网点接入电网。主控单元与所有逆变器通信，主控单元接收包含逆变器参数的信息，所接收的信号称为逆变器参数信号。主控单元发出两种信号，分别是包含逆变器脉宽调制相位、频率、同步策略的同步策略信号，和用来传输同步时刻的同步时钟信号。逆变器发出逆变器参数信号，接收同步策略信号和同步时钟信号。主控单元可以是一个独立的控制器，也可以是存在于某个逆变器中。
[0051] 主控单元与所有逆变器通信，主控单元接收所有逆变器的信息并确定各个逆变器的的脉宽调制波的相位和频率，并将相位和频率信息发送给各个逆变器。主控单元发送同步信号，各个逆变器根据同步信号调整自己的脉宽调制波相位，频率。在某个逆变器退出运行或某个逆变器加入运行的过程中，主控单元通过通讯判断这种变化，确定动态调整策略并发送给逆变器。
[0052] 各逆变器根据自己的收到的动态调整策略改变脉宽调制波相位、频率，此时称逆变器运行在全局同步运行状态。各逆变器通过检测收到的同步策略信号和同步时钟信号判断通讯系统是否故障，若故障则提高开关频率。各逆变器检测到电网侧故障或输出功率突变时，提高开关频率，增加响应速度，降低超调量。
[0053] 一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位/开关频率动态调整方法，包括以下步骤：
[0054] 步骤(1a):主控单元接收参数信号，根据所得参数，确定各个逆变器的的脉宽调制波的相位、频率，以及同步时钟信号的频率fsyn。任意指定一个逆变器作为逆变器1，定义其相位 为0°，其他逆变器的相位 是以 为基准计算出来的。
[0055] 步骤(2a):主控单元发送包含逆变器脉宽调制波的相位、频率的同步策略信号给各逆变器。主控单元按照步骤(1a)的fsyn发送同步时钟信号。
[0056] 步骤(3a):N个逆变器接收到同步策略信号，并以同步时钟信号为参考，按照同步策略信号中的信息改变脉宽调制波的相位和频率。
[0057] 一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位/开关频率动态调整方法，包括以下步骤：
[0058] 步骤(1b):主控单元接收参数信号，判断出有X(0
[0059] 步骤(2b):主控单元发送包含逆变器脉宽调制波的相位、频率、相位、频率变化策略的同步策略信号给各逆变器。主控单元按照步骤(1b)的fsyn发送同步时钟信号。
[0060] 步骤(3b):N-X个逆变器接收到同步策略信号，并以同步时钟信号为参考，按照同步策略信号中的信息慢慢改变脉宽调制波的相位和频率。
[0061] 一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位/开关频率动态调整方法，包括以下步骤：
[0062] 步骤(1c):主控单元接收参数信号，判断出有Y(0
[0063] 步骤(2c):主控单元发送包含逆变器脉宽调制波的相位、频率、相位、频率变化策略的同步策略信号给各逆变器。主控单元按照步骤(1c)的fsyn发送同步时钟信号。
[0064] 步骤(3c):N个逆变器接收到同步策略信号，并以同步时钟信号为参考，按照同步策略信号中的信息慢慢改变脉宽调制波的相位和频率。新加入的Y个逆变器先按照同步策略信号中的信息慢慢改变脉宽调制波的相位和频率，再输出功率。
[0065] 一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位/开关频率动态调整方法，包括以下步骤：
[0066] 步骤(1d):各逆变器通过检测收到的同步策略信号和同步时钟信号判断通讯系统是否故障，若故障则提高开关频率，退出全局同步运行状态。
[0067] 一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位/开关频率动态调整方法，包括以下步骤：
[0068] 步骤(1e):各逆变器通过检测收到的同步策略信号和同步时钟信号判断通讯系统是否恢复正常，若正常，则按照同步策略信号中的信息慢慢改变脉宽调制波的相位和频率，恢复全局同步运行状态。
[0069] 一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位/开关频率动态调整方法，包括以下步骤：
[0070] 步骤(1f):各逆变器通过检测电网是否有故障，若故障则提高开关频率，退出全局同步运行状态。
[0071] 一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位/开关频率动态调整方法，包括以下步骤：
[0072] 步骤(1g):各逆变器通过检测电网是否恢复正常，若电网恢复正常则按照同步策略信号中的信息慢慢改变脉宽调制波的相位和频率，恢复全局同步运行状态。
[0073] 一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位/开关频率动态调整方法，包括以下步骤：
[0074] 步骤(1h):各逆变器判断是否功率突变，若存在功率突变带来的暂态过程则提高开关频率，退出全局同步运行状态。
[0075] 一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽相位/开关频率动态调整方法，包括以下步骤：
[0076] 步骤(1i):各逆变器判断功率突变带来的暂态过程是否已经结束，若结束则按照同步策略信号中的信息慢慢改变脉宽调制波的相位和频率，恢复全局同步运行状态。
[0077] 所提及的制定逆变器脉宽调制波相位、频率平缓变化到新的相位、频率的策略的方法步骤包括：
[0078] 1，根据之前所述的同步策略制定步骤和fsyn的制定步骤重新计算 和fsyn。脉宽调制波相位、频率平缓变化到新的相位、频率。所述过程通过以下简单例子阐述。
[0079] 如图3所示。系统中有4个逆变器，正常运行时他们的脉宽调制波相位分别为0°、45°、90°、135°。逆变器4退出运行，主控单元判断出4退出运行，并且重新制定了同步策略，脉宽调制波相位分别为-15°、45°、105°、并发送给逆变器1-3，这部分所用的时间为为延迟时间。然后相位按照图中所示方向开始调整，直到脉宽调制波相位为-15°、45°、105°。
[0080] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
