一种基于循环扰动观察的闭环全局同步脉冲宽度调制方法与流程

本公开涉及电气控制技术领域，特别是涉及一种基于循环扰动观察的闭环全局同步脉冲宽度调制方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

近年来，随着环境的不断恶化，可再生能源发电技术、分布式发电技术引起了各方关注。并网逆变器能将分布式电源接入交流电网，并网逆变器是将分布式电源接入交流电网的关键设备。由于电力电子器件的存在，并网逆变器的输出电流中含有大量的高次谐波。现有专利和文献中提到了多种降低高次谐波的方法，包括增加开关频率、滤波器参数、滤波器阶数、采用交错并联结构、多电平结构等，但这些方法都会增加逆变器的控制难度和逆变器的成本，而且这些方法大多是针对单个逆变器。

在电网中，多个分布式并网逆变器一般以并联的形式接入电网。多个并网逆变器接入公共并网点(pcc)，逆变器的总数定义为n，逆变器编号定义为m(m＝1,…,n)，逆变器m的输出电流表示为im，其总谐波失真表示为thdm，总并网电流表示为isum，总谐波失真表示为thdsum。通常，im中含有大量的高次谐波，这些高次谐波会在pcc处随机叠加，最终导致isum的谐波含量在最小值和最大值之间变化。

有科研人员提出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isum的谐波含量。但该方法的主要缺陷是，脉宽调制波的相位角需要根据逆变器的参数计算最佳相位，而实际应用中，逆变器的实际参数难以获取。

有科研人员提出了一种利用锁相环锁相结果进行脉宽调制波同步的方法，该方法能让逆变器在无通讯的情况下实现脉宽调制波同步，提升了全局同步脉冲宽度调制方法适用性。但该方法依然无法在逆变器参数未知的情况下计算出脉宽调制波的最佳相位角。

本公开发明人发现，现有全局同步脉冲宽度调制方法均是在已知逆变器运行参数的基础上计算最佳相位角，当逆变器参数未知或在运行中发生变化时，现有方法无法获得真正的最佳相位角，进而导致thdsum无法被控制在最低值。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于循环扰动观察的闭环全局同步脉冲宽度调制方法，不受运行参数变化影响，可以根据参数闭环调整脉宽调制波相位，而且可在逆变器运行参数不确定，尤其是输出电感值不确定时，依然可以保证输出总电流的总谐波失真最小。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种基于循环扰动观察的闭环全局同步脉冲宽度调制方法。

一种基于循环扰动观察的闭环全局同步脉冲宽度调制方法，存在采样模块、第一控制器和多个逆变器，包括以下步骤：

所述采样模块用于采样获得高频谐波电流的有效值，并发送给每个逆变器；

各个逆变器在第一控制器的控制下依次扰动脉宽调制波相位，并根据接收的高频谐波电流的有效值判断脉冲宽度调制波相位角的调整方向；

当第m个逆变器完成一次扰动观察以后，第m+1个逆变器进行扰动观察调整脉宽调制波相位角，当所有逆变器通过扰动观察调整脉宽调制波相位角之后，再从第一个逆变器开始扰动观察。

本公开第二方面提供了一种基于循环扰动观察的闭环全局同步脉冲宽度调制系统。

一种基于循环扰动观察的闭环全局同步脉冲宽度调制系统，包括采样模块、第一控制器和多个逆变器，所述采样模块用于采样获得高频谐波电流的有效值，并发送给每个逆变器；

各个逆变器在第一控制器的控制下依次扰动脉宽调制波相位，并根据接收的高频谐波电流的有效值判断脉冲宽度调制波相位角的调整方向；

当第m个逆变器完成一次扰动观察以后，第m+1个逆变器进行扰动观察调整脉宽调制波相位角，当所有逆变器通过扰动观察调整脉宽调制波相位角之后，再从第一个逆变器开始扰动观察。

本公开第三方面提供了一种逆变器。

一种逆变器，所述逆变器根据接收到的指令扰动脉宽调制波相位，并根据接收的高频谐波电流的有效值判断脉冲宽度调制波相位角的调整方向。

本公开第四方面提供了一种光伏系统。

一种光伏系统，包括多个逆变器，每个逆变器实时接收高频谐波电流的有效值；

各个逆变器根据接收到的指令依次扰动脉宽调制波相位，并根据接收的高频谐波电流的有效值判断脉冲宽度调制波相位角的调整方向；

当第m个逆变器完成一次扰动观察以后，第m+1个逆变器进行扰动观察调整脉宽调制波相位角，当所有逆变器通过扰动观察调整脉宽调制波相位角之后，再从第一个逆变器开始扰动观察。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的脉冲宽度调制方法、系统、逆变器及光伏系统，可在逆变器运行参数不确定，尤其是输出电感值不确定时，依然可以保证输出总电流的thdsum最小。

2、本公开所述的脉冲宽度调制方法、系统、逆变器及光伏系统，不受运行参数变化影响，可以根据参数闭环调整脉宽调制波相位。

3、本公开所述的脉冲宽度调制方法、系统、逆变器及光伏系统，能够根据接收的高频谐波电流的有效值判断脉冲宽度调制波相位角的调整方向，提高了脉冲宽度调制波相位角的准确度。

附图说明

图1为本公开实施例1提供的基于循环扰动观察的闭环全局同步脉冲宽度调制方法的流程示意图。

图2为本公开实施例2提供的基于循环扰动观察的闭环全局同步脉冲宽度调制系统的结构示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本公开实施例1提供了一种基于循环扰动观察的闭环全局同步脉冲宽度调制方法，存在总电流测量模块、多个逆变器和循环扰动观察法控制器，单台逆变器内部设有脉宽波相位扰动观察模块；

总电流测量模块通过高速采样获得高频谐波电流的有效值isum,h，并将获得的isum,h发送给每个逆变器。

逆变器在循环扰动观察法控制器的控制下依次扰动脉宽调制波相位，并根据接收的isum,h判断脉冲宽调制波相位角的调整方向。

当逆变器m完成一次扰动观察以后，逆变器m+1在进行扰动观察调整脉宽调制波相位角。当所有逆变器通过扰动观察调整脉宽调制波相位角之后，再从逆变器2开始重复上述过程。

循环扰动观察法控制器被配置为执行如下动作：

给第m逆变器发送使能信号；

接收第m逆变器发送的完成信号，并给第m+1逆变器发送使能信号；

若m+1大于预设阈值，则将第m逆变器设置为第一逆变器，并重复上述步骤。

每台逆变器根据接收的isum,h判断脉冲宽调制波相位角的调整方向，具体调整方法如下：

(1-1)逆变器的相位角由计算出的最佳相位角和修正相位角组成：

(1-2)位于单台逆变器内部的脉宽波相位扰动观察模块判断是否收到了使能信号，若收到使能信号，则进行扰动观察，若没有收到使能信号，则保持脉宽调制波相位角不变；

(1-3)收到使能信号后，当前记录当前收到的isum,h并表示为

(1-4)：将脉宽调制波修正相位角变为：并记录当前收到的isum,h并表示为

(1-5)：将脉宽调制波修正相位角变为：并记录当前收到的isum,h并表示为

(1-6)对比之间的大小关系，并找出最小值：

若最小，则下次扰动观察的初始脉宽调制波修正相位角保持不变：

若最小，则下次扰动观察的初始脉宽调制波修正相位角变为：

若最小，则下次扰动观察的初始脉宽调制波修正相位角变为：

(2-7)逆变器m结束一次扰动观察法之后，向循环扰动观察控制模块发送完成扰动的信号，并结束本次扰动观察流程。若再次收到使能信号则重复步骤(1-2)至(1-6)。

实施例2：

如图2所示，本公开实施例2提供了一种基于循环扰动观察的闭环全局同步脉冲宽度调制系统，包括总电流测量模块、多个逆变器和循环扰动观察法控制器；

所述总电流测量模块用于采样获得高频谐波电流的有效值，并发送给每个逆变器；

各个逆变器在循环扰动观察法控制器的控制下依次扰动脉宽调制波相位，并根据接收的高频谐波电流的有效值判断脉冲宽度调制波相位角的调整方向；

当第m个逆变器完成一次扰动观察以后，第m+1个逆变器进行扰动观察调整脉宽调制波相位角，当所有逆变器通过扰动观察调整脉宽调制波相位角之后，再从第一个逆变器开始扰动观察。

所述脉冲宽度调制系统的工作方法与实施例1中的脉冲宽度调制方法相同，这里不再赘述。

实施例3：

本公开实施例3提供了一种逆变器，所述逆变器根据接收到的指令扰动脉宽调制波相位，并根据接收的高频谐波电流的有效值判断脉冲宽度调制波相位角的调整方向。

每台逆变器内部设有脉宽波相位扰动观察模块，所述脉宽波相位扰动观察模块用于接收循环扰动观察控制模块发送的使能信号和谐波有效值测量模块发送的isum,h。

当收到使能信号时，扰动脉宽调制波相位角并观察isum,h的变化趋势，根据闭环趋势，调整脉宽调制波相位角的变化方向，具体调整方法如下：

(2-1)逆变器的相位角由计算出的最佳相位角和修正相位角组成：

(2-2)位于单台逆变器内部的脉宽波相位扰动观察模块判断是否收到了使能信号，若收到使能信号，则进行扰动观察，若没有收到使能信号，则保持脉宽调制波相位角不变；

(2-3)收到使能信号后，当前记录当前收到的isum,h并表示为

(2-4)：将脉宽调制波修正相位角变为：并记录当前收到的isum,h并表示为

(2-5)：将脉宽调制波修正相位角变为：并记录当前收到的isum,h并表示为

(2-6)对比之间的大小关系，并找出最小值：

若最小，则下次扰动观察的初始脉宽调制波修正相位角保持不变：

若最小，则下次扰动观察的初始脉宽调制波修正相位角变为：

若最小，则下次扰动观察的初始脉宽调制波修正相位角变为：

(2-7)逆变器m结束一次扰动观察法之后，向循环扰动观察控制模块发送完成扰动的信号，并结束本次扰动观察流程。若再次收到使能信号则重复步骤(2-2)至(2-6)。

实施例4：

本公开实施例4提供了一种光伏系统，包括多个逆变器，每个逆变器实时接收高频谐波电流的有效值；

各个逆变器根据接收到的指令依次扰动脉宽调制波相位，并根据接收的高频谐波电流的有效值判断脉冲宽度调制波相位角的调整方向；

当第m个逆变器完成一次扰动观察以后，第m+1个逆变器进行扰动观察调整脉宽调制波相位角，当所有逆变器通过扰动观察调整脉宽调制波相位角之后，再从第一个逆变器开始扰动观察。

还包括控制器，所述控制器被配置为执行如下动作：

给第m逆变器发送使能信号；

接收第m逆变器发送的完成信号，并给第m+1逆变器发送使能信号；

若m+1大于预设阈值，则将第m逆变器设置为第一逆变器，并重复上述步骤。

根据接收的高频谐波电流的有效值判断脉冲宽度调制波相位角的调整方向，具体为：

每个根据接收的高频谐波电流的有效值判断脉冲宽度调制波相位角的调整方向的具体方法与实施例3中的相同，这里不再赘述。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。