[发明专利]多并网逆变器功率开关器件主动功耗协同控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种多并网逆变器功率开关器件主动功耗协同控制系统及方法，包括：本地主动功耗控制参数计算模块，被配为在并网逆变器出力下降时控制开关频率升高以防止器件冷却，出力上升时控制开关频率降低以防止器件温升过高，以平滑结温波动；多并网逆变器脉宽调制波频率优化计算模块，被配置为建立并网逆变器集群主动功耗协同优化模型并对所述模型进行求解，以获得脉宽调制频率和脉宽调制波最佳相位角，输出相对应的载波相位；脉宽调制波频率控制本地执行模块，被配置为根据输入的锁相结果以及所述的载波相位，输出本地最佳相移角。本发明可消除主要高频谐波，降低输出电流谐波约束对PWM频率的要求，进而大幅提升PWM频率调节范围。

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，尤其涉及一种多并网逆变器功率开关器件主动功耗协同控制系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，以风电、光伏为主的新能源装机容量快速增长，突显了新能源发电的重要地位。并网逆变器是新能源发电系统与电网连接的重要灵活可控装备，其运行可靠性是逆变器厂家和新能源用户共同关注的关键指标，对降低维护成本，提高发电量非常重要。

据国际权威机构统计，近34％的并网逆变器故障由功率开关器件损毁引起，且多为难以修复的严重故障，代价极高。在导致功率开关器件损坏的诸多因素中，热失效(过高的平均结温以及结温波动幅度导致材料热疲劳损伤)占据55％，为功率开关器件损坏的主要因素。

为此，国内外相继提出主动功耗控制理论：根据功率变化动态调节逆变器的关键控制参数，降低功耗波动幅度，进而降低结温波动幅度，提升热可靠性。鉴于PWM频率对功耗影响大且两者间呈正相关，动态调节PWM频率(功耗升高时降低PWM频率，功耗降低时升高PWM频率)成为主动功耗控制的主要方法。该方法因无需改变硬件结构且同时适用于现有逆变器及新设计的逆变器而备受关注。然而现有主动功耗控制方法没有突破并网逆变器“各自为战”的局限，其调控效果不理想：考虑到降低PWM频率会降低输出电流谐波频率，不可避免地增加了逆变器输出电流谐波含量，致使PWM频率“只升不降”，而升高的PWM频率会导致平均结温上升，反而不利于热可靠性提升。

受自然资源分布分散的制约，并网逆变器的容量相对较小，在新能源场站内部多以大规模、高密度的形式接入电网，具有天然的集群并网特征，例如典型的10MW光伏电站内大约有100至200台组串式光伏并网逆变器并联运行。研究表明，通过引入并网逆变器集群PWM相位同步控制，可消除主要高频谐波，降低输出电流谐波约束对PWM频率的要求，进而大幅提升PWM频率调节范围。

现有技术公开了一种分布式并网逆变系统全局同步脉宽调制系统，确定了全局脉宽调制系统的基本结构，包括主控单元(全局同步单元)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。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i_sum的谐波含量。但该方法仅关注总并网电流谐波，没有关注功率开关器件可靠性。

现有技术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。但该方法仅考虑降低开关频率，没有涉及动态调整开关频率。

发明内容