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技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及电气控制
，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。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
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，功耗降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多并网逆变器功率开关器件主动功耗协同控制系统，其特征在于，包括：/n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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种多并网逆变器功率开关器件主动功耗协同控制系统，其特征在于，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。


2.如权利要求1所述的一种多并网逆变器功率开关器件主动功耗协同控制系统，其特征在于，所述本地主动功耗控制参数计算模块包括：
功率器件损耗计算单元，被配置为在低于额定值的PWM频率中选取有限个数值，分别计算不同PWM频率时的开关损耗，从而获得不同PWM频率下的功率开关器件损耗；
主动功耗控制单元，被配置为在光伏出力下降时控制功率器件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，以此平滑结温波动；
寿命预测单元，被配置为利用主动功耗控制平滑结温后的功率器件结温数据和雨流计数法对器件寿命做出预测，以此评估主动功耗控制效果。


3.如权利要求1所述的一种多并网逆变器功率开关器件主动功耗协同控制系统，其特征在于，所述多并网逆变器脉宽调制波频率优化计算模块包括：
主动功耗控制评价函数计算单元，被配置为利用主动功耗控制效果和选取的PWM频率之间的函数关系以及寿命预测结果构建价值函数模型；
并网逆变器集群高频电流谐波通用模型计算单元，被配置为基于逆变器和电网参数，逆变器闭环控制回路以及并网逆变器集群高频谐波模型，考虑计算延迟、相位偏差、逆变器启/停因素，构建通用型并网逆变器集群高频电流谐波模型；
并网逆变器集群主动功耗协同优化模型计算单元，被配置为利用极差变换量化逆变器重要程度，利用线性变换方法量化历史发电量数据，基于上述数据获得逆变器的可靠性加权系数，建立总的目标函数；考虑电网对总并网电流谐波的约束和功率器件计算损耗，获得以PWM频率为变量的不等式约束模型。


4.一种多并网逆变器功率开关器件主动功耗协同控制方法，其特征在于，包括：
基于多并网逆变器的功率开关器件的运行参数，计算不同PWM频率下的功率开关器件损耗；
计算当前短周期内的功率开关器件的寿命降低程度，获得多个PWM频率下的主动功耗控制效果；
构建并网逆变器集群主动功耗协同优化模型；
基于每台逆变器的主动功耗控制评价函数求取每台逆变器的最优PWM频率，利用分解降维将整体优化模型拆分为多个组内约束模型，形成组间不等式约束模型；对所述组间不等式约束模型进行简化；
对简化后的并网逆变器集群主动功耗协同优化模型进行求解，得到每台逆变器中PWM的频率值和相位值；
将计算出的PWM频率值和相位值指令分别发送至各逆变器中，各逆变器根据接收的PWM频率值和相位值指令控制其内部载波生成单元产生相应频率和相位的三角载波，进而实现功率开关器件开关损耗的控制，从而实现功率开关器件主动功耗协同控制。


5.如权利要求4所述的一种多并网逆变器功率开关器件主动功耗协同控制方法，其特征在于，构建并网逆变器集群主动功耗协同优化模型，具体包括：
利用主动功耗控制效果和选取的PWM频率之间的函数关系以及寿命预测结果构建价值函数模型；
基于逆变器和电网参数，逆变器闭环控制回路...

【专利技术属性】
技术研发人员：许涛，高峰，刘梓柒，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37