DE112015000549T5

DE112015000549T5 - Pulsweitenmodulationssystem mit globaler Synchronisation und Verfahren für ein verteiltes netzgekoppeltes Wechselrichtersystem

Info

Publication number: DE112015000549T5
Application number: DE112015000549.8T
Authority: DE
Inventors: Feng Gao; Tao Xu
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2016-10-27
Also published as: US10020655B2; CN103840485B; US20160064935A1; WO2015127849A1; CN103840485A

Abstract

Offenbart wird ein globales synchrones Pulsweitenmodulationssystem für ein verteiltes netzgekoppeltes Wechselrichtersystem eine Hauptsteuereinheit und eine Mehrzahl von netzgekoppelten Wechselrichtern, die an unterschiedlichen geografischen Standorten angeordnet sind; wobei jeder netzgekoppelte Wechselrichter mit einer verteilten Stromquelle verbunden ist; jeder netzgekoppelte Wechselrichter durch einen öffentlichen Netzkoppelungspunkt mit einem Stromnetz verbunden ist; die Hauptsteuereinheit durch Kommunikationskanäle mit allen netzgekoppelten Wechselrichtern kommuniziert; die Hauptsteuereinheit Informationen von jedem netzgekoppelten Wechselrichter empfängt, eine globale Synchronisationsstrategie bestimmt und sodann ein globales Synchronisationssignal mit der globalen Synchronisationsstrategie an jeden netzgekoppelten Wechselrichter sendet; jeder netzgekoppelte Wechselrichter seine eigene Pulsweitenmodulationswellenphase anhand des globalen Synchronisationssignal anpasst, derart, dass die Pulsweitenmodulationswellen aller netzgekoppelten Wechselrichter die Phasendifferenz zum Aufheben der Oberwellen erfüllen, wodurch der Oberschwingungsstrom, der von jedem netzgekoppelten Wechselrichter in das Stromnetz eingebracht wird, aufgehoben wird. Das System und das Verfahren können das Problem lösen, dass Oberschwingungsströme der Wechselrichter sich in ungeordneter Weise überlagern, und können die Oberschwingungsströme der verteilten Wechselrichter einander gegenseitig aufheben lassen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pulsweitenmodulationssystem mit globaler Synchronisation und ein Verfahren für ein verteiltes netzgekoppeltes Wechselrichtersystem.
STAND DER TECHNIK
Ein verteiltes netzgekoppeltes Wechselrichtersystem dient dazu, durch einen netzgekoppelten Wechselrichter verteilte Stromquellen mit einem Stromnetz zu verbinden. Existierende Patente offenbaren zahlreiche Verfahren zum Reduzieren des Einflusses von durch den netzgekoppelten Wechselrichter ausgegebenen Oberschwingungswellen auf das Stromnetz; doch betreffen die Forschungen für diese Verfahren einzelne Wechselrichter, so dass nur die Oberschwingungswelle eines einzelnen Wechselrichters reduziert werden kann.
Normalerweise sind netzgekoppelte Wechselrichter auf unterschiedliche Positionen verteilt, wie in 1 gezeigt; jeder Netzanschluss steht unter unabhängiger Steuerung seiner eigenen Steuereinrichtung, um Strom an das Stromnetz zu senden oder davon aufzunehmen. Durch das Pulsweitenmodulationsverfahren lässt sich die Qualität der ausgegebenen Wellenform des Wechselrichters steuern. Jeder Wechselrichter steuert die harmonische Gesamtverzerrung seines Ausgangsstroms innerhalb eines zulässigen Umfangs, um die Anforderungen der nationalen Standards zu erfüllen, doch wenn zahlreiche Wechselrichter mit dem öffentlichen Netzkoppelungspunkt oder einem lokalen Stromnetz verbunden sind, erfüllen die Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter nicht das Phasenverhältnis, das es ermöglicht, dass sich die Oberschwingungsströme der Wechselrichter gegenseitig aufheben, so dass alle Stromoberwellen des Stromnetzes in einem ungeordneten überlagerten Zustand sind, wobei das Ergebnis der Überlagerung der Oberwellen des Stromnetzes unbekannt sind, schwerwiegender sein können oder sich gegenseitig aufheben können.
Wie in 2 gezeigt, ist der Wechselrichter zur einfacheren Darstellung in zwei Teile geteilt, eine Steuereinrichtung und einen Stromkreis, in 2; und die verteilte Stromquelle wird ausgespart. Die harmonische Gesamtverzerrung des Ausgangsstroms jedes Wechselrichters ist kleiner als ein bestimmter festgelegter Wert, nämlich THD_m < X_m% (m = 1, 2...N). Die Wechselrichter werden von der Steuereinrichtung unabhängig gesteuert, und die Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter erfüllen das Phasenverhältnis nicht, was bewirken kann, dass sich die Oberschwingungsströme der Wechselrichter gegenseitig aufheben, wobei nämlich in 2 t(m) – t(1) = ? ein ungewisser Wert ist. Die in ungeordneter Weise überlagerten Stromoberwellen bewirken, dass die harmonische Gesamtverzerrung des Stroms des Stromnetzes den vom Stromnetz geforderten Wert übersteigt, nämlich THD < ? in 2 stellt eine harmonische Gesamtverzerrung dar, die ungewiss ist, oder eine relativ große Stromimpedanz, die zu einer Spannungsverzerrung des öffentlichen Netzkoppelungspunkts führen und schwerwiegende Stromqualitätsprobleme verursachen kann. Gemäß dem Stand der Technik kann nur die harmonische Ausgangsstromwelle eines Wechselrichters reduziert werden, und das Problem der Stromoberwelle, die von einem öffentlichen Netzkoppelungspunkt in das Stromnetz eingebracht wird, lässt sich nicht lösen. In einem Teil der Literatur wird die Synchronisation des Wechselrichters erwähnt, was jeweils auf die Stromfrequenzsynchronisation der in Betrieb befindlichen Wechselrichter abzielt, die an ein und demselben Standort in Reihe geschaltet sind, während eine Beseitigung der Oberwelle keine Erwähnung findet. Die vorliegende Erfindung stellt ein globales synchrones Pulsweitenmodulationsverfahren bereit, das durch globale Pulsweitenmodulation an Wechselrichtern, die auf unterschiedliche Standorte verteilt sind, wirksam die Oberschwingungsstrom reduzieren kann, die vom öffentlichen Netzkoppelungspunkt in das Stromnetz eingebracht werden.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zur globalen synchronen Pulsweitemodulation eines verteilten netzgekoppelten Wechselrichtersystems bereitzustellen, um die genannten Probleme zu lösen. Das System und das Verfahren können das Problem lösen, dass Oberschwingungsströme der Wechselrichter sich in ungeordneter Weise überlagern, und können die Oberschwingungsströme der verteilten Wechselrichter einander gegenseitig aufheben lassen.
Um die genannte Aufgabe zu erfüllen, verwendet die vorliegende Erfindung die folgende technische Lösung:
Ein globales synchrones Pulsweitenmodulationssystem für ein verteiltes netzgekoppeltes Wechselrichtersystem umfasst eine Hauptsteuereinheit und eine Mehrzahl von netzgekoppelten Wechselrichtern, die an unterschiedlichen geografischen Standorten angeordnet sind; wobei jeder netzgekoppelte Wechselrichter mit einer verteilten Stromquelle verbunden ist; wobei jeder netzgekoppelte Wechselrichter durch einen öffentlichen Netzkoppelungspunkt mit einem Stromnetz verbunden ist; wobei die Hauptsteuereinheit mit allen netzgekoppelten Wechselrichtern kommuniziert; wobei die Hauptsteuereinheit Informationen von jedem netzgekoppelte Wechselrichter empfängt, eine globale Synchronisationsstrategie bestimmt und sodann ein globales Synchronisationssignal mit der globalen Synchronisationsstrategie an jeden netzgekoppelten Wechselrichter sendet; wobei jeder netzgekoppelte Wechselrichter seine eigene Pulsweitenmodulationswellenphase anhand des globalen Synchronisationssignal anpasst, derart, dass die Pulsweitenmodulationswellen aller netzgekoppelten Wechselrichter die Phasendifferenz zum Aufheben der Oberwellen erfüllen, wodurch der Oberschwingungsstrom, der von jedem netzgekoppelten Wechselrichter in das Stromnetz eingebracht wird, aufgehoben wird.
Ein Betriebsverfahren für ein Pulsweitenmodulationssystem mit globaler Synchronisation für ein verteiltes netzgekoppeltes Wechselrichtersystem umfasst die folgenden Schritte:

Schritt (1a): Empfangen von Informationen von jedem netzgekoppelten Wechselrichter und Ermitteln einer globalen Synchronisationsstrategie jedes verteilten netzgekoppelten Wechselrichtersystems, wobei durch eine Steuereinheit die Zeitdifferenz Δt(m_a) zwischen der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(m_a)' von jedem von N Wechselrichtern m_a, die an der globalen Pulsweitenmodulation beteiligt sind, und der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(1)' eines zufällig zugewiesenen Referenzwechselrichters 1 ermittelt wird, wobei der Wertumfang von m 2–N ist, a darstellt, dass die Wechselrichter nicht gruppiert sind, Δt(m_a) = t(m_a)' – t(1)'; der Puls der Pulsweitenmodulationswelle eine bestimmte Weite aufweist, die Zeit des mittleren Punkts des Pulses gleichförmig als die Pulsweitenmodulationswellenzeit definiert ist; der Wechselrichter 1 zufällig zugewiesen wird; die Pulsweitenmodulationswelle des Wechselrichter kontinuierlich wiederholt wird, so dass die Pulsweitenmodulationswelle eines Wechselrichters als eine Referenz zugewiesen werden muss;
Schritt (2a): Gemäß der globalen Synchronisationsstrategie, die in Schritt (1a) bestimmt wurde, und der Taktgebergenauigkeit jedes netzgekoppelten Wechselrichters, Bestimmen des Zeitintervalls der Synchronisation und Beurteilen, ob die Sendezeit erreicht wurde, durch die Hauptsteuereinheit; wenn die Sendezeit erreicht wurde, Senden eines entsprechenden globalen Synchronisationssignals an den netzgekoppelte Wechselrichter durch die Steuereinheit und Übergang zu (3a); und wenn die Sendezeit nicht erreicht wurde, Übergang zu Schritt (1a);
Schritt (3a): ausschließliches Ändern der Ausgabezeit der eigenen Pulsweitenmodulationswelle durch jeden netzgekoppelten Wechselrichter nach dem Empfangen des globalen Synchronisationssignals von der Hauptsteuereinheit, wobei die Pulsweite in der Pulsweitenmodulationswelle unverändert bleibt, derart, dass die Pulsweitenmodulationswelle jedes Wechselrichters und diejenige des Wechselrichters 1 die Zeitdifferenz Δt(m_a) erfüllt; wobei zuletzt Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter die Phasendifferenz erfüllen, die von der Synchronisationseinheit benötigt wird, damit die Oberschwingungsströme der Wechselrichter zwischen den Wechselrichtern gegenseitig aufgehoben werden, wodurch der Oberschwingungsstrom aufgehoben wird, der von jedem netzgekoppelten Wechselrichter in das Stromnetz eingebracht wird.

Ein Betriebsverfahren für ein Pulsweitenmodulationssystem mit globaler Synchronisation für ein verteiltes netzgekoppeltes Wechselrichtersystem umfasst die folgenden Schritte:

Schritt (1b): Empfangen von Informationen von jedem netzgekoppelten Wechselrichter, Ermitteln einer globalen Synchronisationsstrategie für jedes verteilte netzgekoppelte Wechselrichtersystem, Teilen aller Wechselrichter, die an der globalen Pulsweitenmodulation beteiligt sind, in N Gruppen, derart, dass der ausgegebene Oberschwingungsstrom jedes Wechselrichters weitestmöglich unter den Wechselrichtern aufgehoben werden kann, Bestimmen der Zeitdifferenz Δt(m_b) zwischen der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(m_b)' aller Wechselrichter in jeder Wechselrichtergruppe m_b und der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(1)' eines zufällig zugewiesenen Referenzwechselrichters 1 durch eine Hauptsteuereinheit, wobei b darstellt, dass die Wechselrichter gruppiert sind Δt(m_b) = t(m_b)' – t(1)'; der Puls der Pulsweitenmodulationswelle eine bestimmte Weite aufweist, die Zeit des mittleren Punkts der Pulse gleichförmig als die Pulsweiten-modulationswellenzeit definiert ist; der Wechselrichter 1 zufällig zugewiesen wird; die Pulsweitenmodulationswelle des Wechselrichters kontinuierlich wiederholt wird, so dass die Pulsweitenmodulationswelle eines Wechselrichters als eine Referenz zugewiesen werden muss;
Schritt (2b): Gemäß der globalen Synchronisationsstrategie, die in Schritt (1b) bestimmt wurde, und der Taktgebergenauigkeit jedes netzgekoppelten Wechselrichters, Bestimmen des Zeitintervalls der Synchronisation und Beurteilen, ob die Sendezeit erreicht wurde, durch die Steuereinheit; wenn die Sendezeit erreicht wurde, Senden eines entsprechenden globalen Synchronisationssignals an den netzgekoppelte Wechselrichter durch die Steuereinheit und Übergang zu Schritt (3b); und wenn die Sendezeit nicht erreicht wurde, Übergang zu Schritt (1b);
Schritt (3b): ausschließliches Ändern der Ausgabezeit der eigenen Pulsweitenmodulationswelle durch jeden netzgekoppelten Wechselrichter nach dem Empfangen des globalen Synchronisationssignals von der Hauptsteuereinheit, wobei die Pulsweite in der Pulsweitenmodulationswelle unverändert bleibt, derart, dass die Pulsweitenmodulationswelle jedes Wechselrichters und diejenige des Wechselrichters 1 die Zeitdifferenz Δt(m_b) erfüllt; wobei zuletzt Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter die Phasendifferenz erfüllen, die von der Synchronisationseinheit benötigt wird, damit die Oberschwingungsströme der Wechselrichter zwischen den Wechselrichtern gegenseitig aufgehoben werden, wodurch der Oberschwingungsstrom aufgehoben wird, der von jedem netzgekoppelten Wechselrichter in das Stromnetz eingebracht wird.

Die Informationen zum netzgekoppelte Wechselrichter aus Schritt (1a) und Schritt (1b) umfassen die Parameter des verteilten netzgekoppelten Wechselrichtersystems, Stromnetzparameter und Anforderungen an die Qualität von Elektrizität, die von einem öffentlichen Netzkoppelungspunkt in das Stromnetz eingespeist wird.
Die globale Synchronisationssteuerstrategie aus Schritt (1a) ist wie folgt: die Anzahl aller Wechselrichter, die an der globalen Pulsweitenmodulation beteiligt sind, ist N, die Pulsweitenmodulationswelle von einem Wechselrichter dient als Referenz, während diejenigen der anderen zeitlich verzögert sind: Δt(m_a) = (m_a – 1)T_c/N; m = 2, 3...N;

Δt(m_a): ist die Zeitdifferenz zwischen der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(m_a)' des Wechselrichters m_a und de Pulsweitenmodulationswellenzeit t(1)' des Wechselrichters 1;
T_c: ist die Schaltfrequenz;
N: stellt die Anzahl der Wechselrichter dar, die an der Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation beteiligt sind;
m_a: stellt m_a Wechselrichter dar;
a: stellt dar, dass die Wechselrichter nicht gruppiert sind.

Dargestellt durch einen Winkel: Δφ(m_a) = (m_a – 1) × 2π/N; m = 2, 3...N;

a: stellt dar, dass die Wechselrichter nicht gruppiert sind;
Δφ(m_a): besagt, dass ein Schaltzyklus als 360 Grad betrachtet wird, wobei Δt(m_a) der entsprechende Winkelwert ist;
N: stellt die Anzahl der Wechselrichter dar, die an der Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation beteiligt sind.

Die globale Synchronisationssteuerstrategie aus Schritt (1b) ist wie folgt: Alle Wechselrichter, die an der globalen Pulsweitenmodulation beteiligt sind, werden in N Gruppen unterteilt, derart, dass der ausgegebene Oberschwingungsstrom jedes Wechselrichters weitestmöglich zwischen den Wechselrichtern aufgehoben werden kann, wobei die Pulsweitenmodulationswelle von einem der Wechselrichter wird als Referenz genutzt wird und diejenige der anderen zeitlich verzögert wird: Δt(m_b) = (m_b – 1)T_c/N; m = 2, 3...N;

Δt(m_b): ist die Zeitdifferenz zwischen der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(m_b)' aller Wechselrichter in einer Wechselrichtergruppe m_b und der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(1)' des Wechselrichters 1;
T_c: ist die Schaltfrequenz;
N: stellt die Anzahl der Wechselrichtergruppen dar, die an der Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation beteiligt sind;
m_b: stellt die m_b Wechselrichtergruppe dar;
b: stellt dar, dass die Wechselrichter gruppiert sind.

Dargestellt durch einen Winkel: Δφ(m_b) = (m_b – 1) × 2π/N; m = 2, 3...N

Δφ(m_b): besagt, dass ein Schaltzyklus als 360 Grad betrachtet wird, wobei Δt(m_b) der entsprechende Winkelwert ist;
N: stellt die Gruppenanzahl der Wechselrichter dar, die an der Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation beteiligt sind.

Wenn der Wechselrichter in Schritt (3a) und Schritt (3b) das global Synchronisationssignal empfangen hat und der Kanal, durch den das globale Synchronisationssignal gesendet wird, ein Schnellkommunikationskanal ist, ist die Signalübertragungszeit wesentlich kürzer als der Schaltzyklus der Schaltvorrichtung im Wechselrichter, und theoretisch gilt die Kommunikation als nicht verzöger; die Synchronisationseinheit bestimmt das Zeitintervall zwischen den Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter, und wenn das Zeitintervall die jeweilige Sendezeit erreicht, die in Schritt (2a) und Schritt (2b) bestimmt wurde, sendet sie das Pulssignal unter Verwendung von N Anschlüssen über N Schnellkommunikationskanäle an N Wechselrichter; das Zeitintervall zwischen den N Pulssignalen stellt das Zeitintervall zwischen den Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter dar; nach dem Empfangen des Pulssignals ändert der netzgekoppelte Wechselrichter die Ausgabezeit seiner eigenen Pulsweitenmodulationswelle, während die Pulsweite in der Pulsweitenmodulationswelle unverändert bleibt, woraufhin die Pulsweitenmodulationswelle jedes Wechselrichter und die des Wechselrichters 1 die Δt(m_i)-Zeitdifferenz erfüllen, i gleich a oder b ist, a darstellt, dass die Wechselrichter nicht gruppiert sind; und b darstellt, dass die Wechselrichter gruppiert sind.
Wenn der Wechselrichter in Schritt (3a) und Schritt (3b) das globale Synchronisationssignal empfangen hat und der Kanal, durch den das globale Synchronisationssignal empfangen wird, kein Schnellkommunikationskanal ist, erfüllt die Signalübertragungszeit nicht die Anforderung, wesentlich kleiner als der Schaltzyklus der Schaltvorrichtung im Wechselrichter zu sein, weshalb die Signalübertragungszeit nicht ignoriert werden darf. Es wird ein genauer GPS-Zeitgeber verwendet, um die Phase des Synchronisationssignals anzupassen.
Die vorliegende Erfindung weist die folgenden vorteilhaften Wirkungen auf:

1. Die vorliegende Erfindung wendet das Pulsweitenmodulationsverfahren mit globaler Synchronisation auf das verteilte netzgekoppelte Wechselrichtersystem an und ist dazu in der Lage, die Stromoberwelle, die das vielfach verteilte Wechselrichtersystem in den öffentlichen Netzkoppelungspunkt einbringt, zu reduzieren und die Stromqualität zu verbessern.
2. Die vorliegende Erfindung stellt eine neue Lösung für das verteilte netzgekoppelte Wechselrichtersystem bereit, um Probleme zu lösen, die die Stromqualität beeinträchtigen. Anders als die Lösungen derzeitiger Patente, die sich mit einem einzelnen Wechselrichter befassen, ist das Steuerungsobjekt der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Wechselrichtern, die an unterschiedlichen geografischen Standorten angeordnet sind. Durch globale Synchronisationssteuerung können die Pulsweitenmodulationswellen der Mehrzahl von Wechselrichter an unterschiedlichen geografischen Standorten unter Steuerung durch das Synchronisationssignals das Phasenverhältnis erfüllen, in dem die Oberwellen aufgehoben werden, um die Beeinflussung des Stromnetzes zu reduzieren.
3. Die vorliegende Erfindung kann das Problem lösen, dass Oberschwingungsströme der Wechselrichter sich in ungeordneter Weise überlagern, und kann die Oberschwingungsströme der verteilten Wechselrichter einander gegenseitig aufheben lassen.
4. Die Synchronisationsstrategie wird auf Grundlage der Informationen zu dem Wechselrichter erstellt, die in Schritt (1a) und Schritt (1b) erzielt werden, und lässt die Oberschwingungsströme der Wechselrichter einander aufheben, so dass die Größe des erforderlichen Filters reduziert wird.
5. Das in Schritt (2a) und Schritt (2b) eingestellte Zeitintervall ist synchron uns stellt sicher, dass die Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter stets das eingestellte Zeitintervall einhalten, das von der Synchronisationsstrategie festgelegt wird, und unter der Bedingung, dass die Synchronisationsgenauigkeit richtig eingestellt ist, kann das geeignete Verlängern des Zeitintervalls die Anforderungen an die Eigenschaften der Synchronisationseinheit reduzieren.
6. Gemäß Schritt (3a) und Schritt (3b) können Wechselrichter an unterschiedlichen geografischen Standorten die globale Synchronisationssteuerstrategie korrekt ausführen und schließlich die Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation erreichen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein verteiltes Wechselrichtersystem ohne Durchführung einer Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation.
2 ist eine 1 entsprechende Darstellung, wobei die verteilte Stromquelle weggelassen wurde und der Wechselrichter in zwei Teile auseinandergenommen wurde, nämlich eine Steuereinrichtung und einen Stromkreis.
3 zeigt ein verteiltes Wechselrichtersystem mit Durchführung einer Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation.
4 ist eine 3 entsprechende Darstellung, wobei die verteilte Stromquelle weggelassen wurde, der Wechselrichter in zwei Teile auseinandergenommen wurde, nämlich eine Steuereinrichtung und einen Stromkreis, und die Datenübertragung angezeigt ist.
5 zeigt das Phasenverhältnis der Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter vor und nach der Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation.
6 ist ein Ablaufdiagramm des Pulsweitenmodulationsverfahrens mit globaler Synchronisation.
7 ist eine schematische Ansicht, wobei der Wechselrichter einer Spannungswelle entspricht, die Quadratwellen ausgibt.
8 ist eine schematische Ansicht einer Schaltantriebswellenform, Stromwellenformen, die vom Wechselrichter ausgegeben werden, und der Gesamtstromwellenform, die in das Stromnetz eingebracht wird, wenn die Pulsweitenmodulationswellen eine Phasenverschiebung durchführen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die vorliegende Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und die Ausführungsformen weiter beschrieben werden.
Wie in 3 und 4 gezeigt, umfasst ein globales synchrones Pulsweitenmodulationssystem für ein verteiltes netzgekoppeltes Wechselrichtersystem eine Hauptsteuereinheit und eine Mehrzahl von netzgekoppelten Wechselrichtern, die an unterschiedlichen geografischen Standorten angeordnet sind; wobei jeder netzgekoppelte Wechselrichter mit einer verteilten Stromquelle verbunden ist; jeder netzgekoppelte Wechselrichter durch einen öffentlichen Netzkoppelungspunkt mit einem Stromnetz verbunden ist; die Hauptsteuereinheit durch Kommunikationskanäle mit allen netzgekoppelten Wechselrichtern kommuniziert; die Hauptsteuereinheit Informationen von jedem netzgekoppelte Wechselrichter empfängt, eine globale Synchronisationsstrategie bestimmt und sodann ein globales Synchronisationssignal mit der globalen Synchronisationsstrategie an jeden netzgekoppelten Wechselrichter sendet; jeder netzgekoppelte Wechselrichter seine eigene Pulsweitenmodulationswellenphase anhand des globalen Synchronisationssignal anpasst, derart, dass die Pulsweitenmodulationswellen aller netzgekoppelten Wechselrichter die Phasendifferenz zum Aufheben der Oberwellen erfüllen, wodurch der Oberschwingungsstrom, der von jedem netzgekoppelten Wechselrichter in das Stromnetz eingebracht wird, aufgehoben wird. Die Kommunikationskanäle können Lichtwellenleiter und Funknetze sein.
Wie in 6 gezeigt, umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Pulsweitenmodulationssystems mit globaler Synchronisation für ein verteiltes netzgekoppeltes Wechselrichtersystem die folgenden Schritte: Schritt (1): Empfangen von s Informationen von jedem netzgekoppelte Wechselrichter und Ermitteln einer globalen Synchronisationsstrategie jedes verteilten netzgekoppelten Wechselrichtersystems, und zwar Ermitteln der Zeitdifferenz Δt(m) zwischen der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(m)' jedes Wechselrichters m und der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(1)' eines zufällig zugewiesenen Referenzwechselrichters 1, Δt(m) = t(m)' – t(1)', durch eine Steuereinheit, wobei der Wechselrichter 1 zufällig zugewiesen wird; die Pulsweitenmodulationswelle des Wechselrichters kontinuierlich wiederholt wird, so dass die Pulsweitenmodulationswelle eines Wechselrichter als eine Referenz zugewiesen werden muss. Wie in 5 gezeigt:

Schritt (2): Gemäß der globalen Synchronisationsstrategie, die in Schritt (1) bestimmt wurde, und der Taktgebergenauigkeit jedes netzgekoppelten Wechselrichters, Bestimmen des Zeitintervalls der Synchronisation und Beurteilen, ob die Sendezeit erreicht wurde, durch die Hauptsteuereinheit; wenn die Sendezeit erreicht wurde, Senden eines entsprechenden globalen Synchronisationssignals an den netzgekoppelte Wechselrichter durch die Steuereinheit und Übergang zu Schritt (3); und wenn die Sendezeit nicht erreicht wurde, Übergang zu Schritt (1);
Schritt (3): ausschließliches Ändern der Ausgabezeit der eigenen Pulsweitenmodulationswelle durch jeden netzgekoppelten Wechselrichter nach dem Empfangen des globalen Synchronisationssignals von der Hauptsteuereinheit, wobei die Pulsweite in der Pulsweitenmodulationswelle unverändert bleibt, derart, dass die Pulsweitenmodulationswelle jedes Wechselrichters und diejenige des Wechselrichters 1 die Zeitdifferenz Δt(m) erfüllt; wobei zuletzt Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter die Phasendifferenz erfüllen, die von der Synchronisationseinheit benötigt wird, damit die Oberschwingungsströme der Wechselrichter zwischen den Wechselrichtern gegenseitig aufgehoben werden, wodurch der Oberschwingungsstrom aufgehoben wird, der von jedem netzgekoppelten Wechselrichter in das Stromnetz eingebracht wird.

Die Informationen zum netzgekoppelte Wechselrichter aus Schritt (1) umfassen Parameter des verteilten netzgekoppelten Wechselrichtersystems, Stromnetzparameter und Anforderungen an die Qualität von Elektrizität, die von einem öffentlichen Netzkoppelungspunkt in das Stromnetz eingespeist wird.
Die Synchronisationssteuerstrategie in Schritt (1) ist wie folgt: Anhand des Beispiels der Analyse von SPWM ist diese Synchronisationsstrategie auch auf beliebige andere Pulsweitenmodulationsverfahren anwendbar, indem die Dreieckträgerwelle als Basis verwendet wird, während diejenigen der anderen verzögert sind: Δt(m) = (m – 1)T_c/N(m = 2, 3...N) wobei

Δt(m): die Zeitdifferenz zwischen der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(m)' des Wechselrichter m und derjenigen t(1)' des Wechselrichters 1 ist,
T_c: die Schaltfrequenz ist;
N: die Anzahl der Wechselrichter darstellt, die an der globalen Synchronisationsstrategie beteiligt sind, und
m: den m-ten Wechselrichter darstellt.

Dargestellt durch einen Winkel: Δφ(m) = (m – 1) × 2π/N; m = 2, 3...N

Δφ(m): besagt, dass ein Schaltzyklus als 360 Grad betrachtet wird, wobei Δt(m) der entsprechende Winkelwert ist;
N: stellt die Anzahl der Wechselrichter dar, die an der Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation beteiligt sind.

Die Hauptsteuereinheit sendet einen Synchronpuls in einem festgelegten Intervall; die Zeitdifferenz zwischen jedem Synchronpuls und dem ersten Puls ist Δt(m); wenn ein jeweiliger Wechselrichter das Signal des Synchronpulses empfängt, zählt die Dreieckwelle sofort von 0 aufwärts.
Die Verzögerung des Kommunikationskanals kann ignoriert werden, und die Verarbeitung der Wechselrichter-MCU ist die gleiche, weshalb die Dreieckwellen Wechselrichter jeweils verzögert sein können Δφ(m), woraufhin die Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter gegen dem Wechselrichter 1 verzögert werden Δφ(m).
Der Leitungswiderstand kann ignoriert werden, und der Wechselrichterbrückenabschnitt filtert die Induktanz nach der Ausgabe in der Regel heraus, weshalb der Widerstand in Z ignoriert werden kann.
Grundprinzip zur Bestimmung des Zeitintervalls der Synchronisation in Schritt (2): Wenn die Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter stets auf einem Zeitintervall gehalten werden, das von der Synchronisationsstrategie bestimmt wird, wird eine Abweichung erzeugt, die jedoch einen festgelegten Umfang nicht überschreiten darf.
Um das Zeitintervall der Synchronisation in Schritt (2) zu bestimmen, ist Folgendes zu berücksichtigen:

(2.1) Wenn die Taktgebergenauigkeit des Wechselrichters hoch ist, liegt möglicherweise innerhalb eines längeren Zeitraums kein großer Versatz vor, weshalb das Zeitintervall bis zur nächsten Synchronisation länger sein kann; wenn die Taktgebergenauigkeit des Wechselrichters niedrig ist, muss das Zeitintervall bis zur nächsten Synchronisation kürzer sein.
(2.2) Wenn die Variationsperiode der Synchronisationsstrategie sehr kurz ist muss das Zeitintervall bis zur nächsten Synchronisation kürzer sein; wenn die Variationsperiode der Synchronisationsstrategie sehr lang ist, muss das Zeitintervall bis zur nächsten Synchronisation länger sein.
(2.3) Wenn der zulässige Abweichungsumfang sehr gering ist oder die einzelnen Schaltzyklen des Wechselrichters sehr kurz sind, muss das Zeitintervall bis zur nächsten Synchronisation kürzer sein; wenn der zulässige Abweichungsumfang groß ist oder die einzelnen Schaltzyklen des Wechselrichters lang sind, muss das Zeitintervall bis zur nächsten Synchronisation länger sein.

Nach dem Empfangen des Synchronisationssignals passt der Wechselrichter in Schritt (3) die Phase des Synchronisationssignals gemäß den Anforderungen in dem Signal an. Das Anpassungsverfahren wird beispielhaft anhand von zwei Verfahren beschrieben:

1. Wenn der Kanal, durch den das globale Synchronisationssignal gesendet wird, ein Schnellkommunikationskanal (beispielsweise ein Lichtwellenleiter) ist, ist die Signalübertragungszeit wesentlich geringer als der Schaltzyklus der Schaltvorrichtung im Wechselrichter, und theoretisch kann die Kommunikation als nicht verzögert betrachtet werden. Die Synchronisationseinheit bestimmt das Zeitintervall zwischen den Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter, und wenn das Zeitintervall die Sendezeit erreicht, die in Schritt (2) bestimmt wurde, sendet sie das Pulssignal unter Verwendung von N Anschlüssen über N Schnellkommunikationskanäle an N Wechselrichter. das Zeitintervall zwischen den N Pulssignalen das Zeitintervall zwischen den Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter darstellt; Nach dem Empfang des Pulssignals setzt der Wechselrichter den Vergleichszähler im PWM-Modul sofort zurück.
2. Wenn der Kanal, durch den das globale Synchronisationssignal gesendet wird, kein Schnellkommunikationskanal ist (beispielsweise ein Funknetz), erfüllt die Signalübertragungszeit nicht die Anforderung, wesentlich geringer als der Schaltzyklus der Schaltvorrichtung im Wechselrichter, weshalb die Signalübertragungszeit nicht ignoriert werden darf. Wenn die Lösung unter 1 kontinuierlich angewandt wird, ist es schwierig, die Synchronisationsgenauigkeit zu gewährleisten. In diesen Fällen kann ein genauer GPS-Taktgeber zum Erzielen der Synchronisationsgenauigkeit benutzt werden. Beispielsweise will die Synchronisationseinheit den Wechselrichter um 12:00:00 an einem bestimmten Tag synchronisieren, so dass der Wechselrichter im Voraus über die Informationen unterrichtet werden muss, etwa 1 Minute zuvor um 11:59:00. Die Informationen, die an den Wechselrichter 1 gesendet werden, sind folgende: „Vergleichszähler um 12:00:00 zurücksetzen”, und die an den Wechselrichter m gesendeten Informationen sind: „Vergleichszähler um 12:00:00 + Δt(m) zurücksetzen”. Wenn jeder Wechselrichter ein GPS mit einem genauen Taktgeber aufweist, kann die Anpassung gemäß den genannten Informationen durchgeführt werden.

Aufgrund der unterschiedlichen Hardware-Struktur der Wechselrichter sind die jeweiligen Reaktionsstrategien unterschiedlich, indem etwa bei einem DSP-Chip der Modellreihe C2000, hergestellt von der TI Company, das PWM-Modul einen Speicher und eine Hardware-Struktur speziell für die Phasenanpassung aufweist, weshalb die Anpassung relativ einfach ist.
Die Hauptsteuereinheit sendet den Synchronisationssteuerbefehl durch die Kommunikationskanäle an jeden Wechselrichter, wie in 3 gezeigt. Die Phasen der Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter erfüllen das Verhältnis, wobei die Oberwellen aufgehoben werden können, wie in 4 und 5 gezeigt, so dass die Stromoberwellen am öffentlichen Netzkoppelungspunkt weitestmöglich aufgehoben werden können, um die Stromqualität des Stromnetzes zu verbessern. Es kann eine Mehrzahl von Wechselrichtern in verschiedenen Synchronisationsmodi verwendet werden (Schnellkommunikationskanal, genauer Taktgeber usw.), die von der Hauptsteuereinheit vorgegeben werden. Bei den Kommunikationskanälen kann es sich um beliebige derzeitige Kommunikationsmodi handeln (Lichtwellenleiter, Funknetz usw.), und die Auswahl des spezifischen Synchronisationsmodus und Kommunikationsmodus wird gemäß den Betriebsanforderungen der verteilten Wechselrichter bestimmt.
Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:
Herstellen einer Synchronisationsbeziehung zwischen einer Mehrzahl von Wechselrichtern, derart, dass ihre Pulsweitenmodulationswellen das Phasenverhältnis erfüllen, in dem die Oberwellen aufgehoben werden können. Der Stand der Technik erwähnt ebenfalls das Herstellen einer Synchronisationsbeziehung zwischen verschiedenen Modulen im selben Wechselrichter, doch gibt es keine Beschreibung einer Herstellung einer Synchronisation unter einer Mehrzahl von Wechselrichtern.
Die vorliegende Erfindung kann den Oberschwingungsstrom reduzieren, der in das Stromnetz fließt. In 4 stellen x1, x bestimmte Restwelligkeitsindizes dar, und die Teile auf zwei Seiten des mit dem Begriff „Synchronisation” gekennzeichneten Pfeils stellen jeweils die Hauptteile der Gesamtsystemvariation vor und nach der Synchronisation dar.
Unabhängig davon, welches Pulsweitenmodulationsverfahren verwendet wird, ist bei dem Wechselrichter die Spannungswellenform am Ausgangsende des Wechselrichters stets eine Rechteckwelle, und der Wechselrichter ist äquivalent zur Spannungsquelle, die die Rechteckwellenform ausgibt, wie in 7 gezeigt.
Am Beispiel von dualer polarer SPWM eines Einzelphasenwechselrichters ist der Wechselrichter äquivalent zu einem Spannungsquellenmodell, das die Rechteckwelle ausgibt, und das Schaltkreismodell ist wie folgt:
In der Äquivalenzschaltung sind alle Schaltungskomponenten linear, und die Schaltung kann als Überlagerung von ausschließlich V_grid-Wirkung und ausschließlich V₁–V_N-Wirkung.
Wenn V_grid unabhängig wirksam ist, ist die Spannung des Stromnetzes in der Regel eine Sinuswelle, i_g1, i₁₁ bis i_N1 sind allesamt Sinuswellen, und es existiert kein Oberschwingungsstrom.
Wenn v₁ bis v_N wirksam sind, sind die Grundwellen von i₁ bis i_N Sinuswellen, enthalten jedoch die harmonischen Wellen, und i_g2 ist die Überlagerung von i₁₂ bis 1_N2.
Bei der Analyse des Oberschwingungsstroms kann daher die Wirkung von v₁ bis v_N analysiert werden. Außerdem findet keine gegenseitige Beeinflussung der Wechselrichter statt, und der Ausgangsstrom einzelnen Wechselrichter kann unabhängig analysiert und die Analyseergebnisse überlagert werden.
Ein System weist insgesamt N Wechselrichter auf. Wenn die Schaltfrequenzen aller Wechselrichter im System fs sind, ist die DC-seitige Spannung V_dc, und der Impedanzausgang des Wechselrichterbrückenabschnitts an das Stromnetz ist Z, und da der Leitungswiderstand ignoriert werden kann und der Wechselrichterbrückenabschnitt normalerweise mit einem Filterinduktor nach dem Ausgang verbunden ist, kann der Z-Widerstandsanteil ignoriert werden, und die Impedanz zwischen dem m-ten Wechselrichter und dem Stromnetz wird durch L_m, dargestellt.
Der induktive Strom ist:

I_to: ist der Strom des Induktors zum Zeitpunkt t₀.

Für eine Einwegschaltung ist die induktive Spannung die Spannung zwischen den zwei Brückenabschnitten in direktem Verhältnis zur DC-seitigen Spannung. Die Flanke des induktiven Stroms steht daher in direktem Verhältnis zu V_dcm/L_m, und die Flanke des induktiven Stroms von N Schaltungen ist gleich.
Die Synchronisationssteuerstrategie ist wie folgt: Die Dreieckträgerwelle wird als Referenz herangezogen, während diejenige der anderen verzögert ist: Δt_m = (m – 1)T_c/N (m = 2, 3...N)

Δt(m): ist die Zeitdifferenz zwischen der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(m)' des Wechselrichters m und der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(1)' des Wechselrichters 1;
T_c: ist die Schaltfrequenz;
N: stellt die Anzahl der Wechselrichter dar, die an der Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation beteiligt sind.
m: stellt den m-ten Wechselrichter dar;

Δφ(m) = (m – 1) × 2π/N; m = 2, 3...N

Nach dem Bestimmen der Synchronisationsstrategie sendet die Synchronisation-MCU das Synchronisationssignal mit der Synchronisationsstrategie an die einzelnen Wechselrichter. Jeder Wechselrichter passt die Phase seiner eigenen Pulsweitenmodulationswelle gemäß dem Synchronisationssignal an. Der Puls in der Pulsmodulationswelle weist eine bestimmte Länge auf, so dass der mittlere Punkt jedes Pulses als der Punkt zur Bestimmung des Phasenverhältnisses herangezogen wird. In diesen Fällen ändert sich die Phasendifferenz zwischen den Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter von keinem Verhältnis zu einem Winkel, in dem die harmonischen Wellen aufgehoben werden können, und die Pulsweitenmodulationswellen in einem Winkel, in dem die harmonischen Wellen aufgehoben werden können, können eine gegenseitige Aufhebung der Ströme der Leitungen erreichen (die Beschreibung des Sendemodus des Synchronisationssignals erfolgt anhand von zwei Beispielen, wobei jeder Wechselrichter seine eigene Pulsweitenmodulationswelle gemäß dem Synchronisationssignal anpasst, wobei unterschiedliche Modulationsverfahren, SPWM, SVPWM usw. vorgesehen sind, wobei auch zahlreiche existierende Chips eine derartige Struktur aufweisen), wie in 5 gezeigt.
Wie in 8 gezeigt ist, steigt bei verschiedenen Pulsweitenmodulationsverfahren der induktive Strom an, wenn die Pulsweitenmodulationswelle 1 ist, und wenn die Pulsweitenmodulationswelle 0 ist, fällt der induktive Strom ab. Wenn die Pulsweitenmodulationswellen einer Mehrzahl von Wechselrichtern zeitlich gestaffelt werden und so die harmonischen Wellen aufgehoben werden können, können die Anstiegs- und Abfallzeiten ihrer induktiven Ströme gestaffelt werden. Auf diese Weise ist auch die Summe des induktiven Stroms, also die Schwankung des in das Stromnetz fließenden Stroms, äußerst gering.
Die synchrone MCU sendet einen Synchronpuls in einem festgelegten Intervall; die Zeitdifferenz zwischen jedem Synchronpuls und dem ersten Puls ist Δt_m; wenn ein jeweiliger Wechselrichter das Signal des Synchronpulses empfängt, zählt die Dreieckwelle sofort von 0 aufwärts. Die Verzögerung des Kommunikationskanals kann ignoriert werden, und der Verarbeitungsprozess der Wechselrichter-MCU ist der gleiche, weshalb die Dreieckwellen der Wechselrichter entsprechend verzögert sein können Δφ(m).
Der Leitungswiderstand kann ignoriert werden, und der Wechselrichterbrückenabschnitt filtert die Induktanz nach der Ausgabe in der Regel heraus, weshalb der Widerstand in Z ignoriert werden kann. 8 zeigt die Schaltantriebswellenform und die Ausgangsstromwellenform, wenn die Dreieckwellen eine Phasenverschiebung durchführt.
So ist zu erkennen, dass die Phasenverschiebung der Dreieckwellen der Verlagerung der Lade- und Entladezeit des Leitungsinduktor entspricht, und der Oberschwingungsstrom kann zwischen den Wechselrichtern fließen, ohne den Strom zu beeinflussen, der in das Stromnetz eingespeist wird.
Erste Ausführungsform:
Für den Fall, dass die Wechselrichter nicht gruppiert sind, weist das System vier Wechselrichter auf, die mit öffentlichen Netzkoppelungspunkten verbunden sind, wobei die Schaltfrequenzen allesamt 20.000 betragen, die DC-seitigen Spannungen sind allesamt VDC, die Induktanz unter den öffentlichen Netzkoppelungspunkten L ist und die Wechselrichter nicht gruppiert sind, N = 4, m = 1, 2, 3, 4.
Schritt 11: Die Synchronisationseinheit empfängt die Schaltfrequenz jedes Wechselrichters, die DC-seitige Spannung und die Reaktanz an die öffentlichen Netzkoppelungspunkte.
Die Zeit eines Schaltzyklus beträgt:
Δt(1) = (1 – 1)T_c/4 = 0 μs Δt(2) = (2 – 1)T_c/4 = 12.5 μs Δt(3) = (3 – 1)T_c/4 = 25 μs Δt(4) = (4 – 1)T_c/4 = 37.5 μs
Schritt 12: Das Synchronisationszeitintervall ist auf 1 min eingestellt, und nach 1 min beginnt Schritt 13.
Schritt 13: Ein Schnellkommunikationsmodus wird benutzt.
Synchronisationseinheit: sendet einen Puls von einem Anschluss 1 an einen Lichtwellenleiter 1, wobei die steigende Flanke gültig ist; sendet nach 12,5 μs einen Puls von einem Anschluss 2 an einen Lichtwellenleiter 2, wobei die steigende Flanke gültig ist; sendet nach (25–12,5) μs einen Puls von einem Anschluss 3 an einen Lichtwellenleiter 3, wobei die steigende Flanke gültig ist; und sendet nach (37,5–25) μs einen Puls von einem Anschluss 3 an einen Lichtwellenleiter 3, wobei die steigende Flanke gültig ist.
Wechselrichter 1-4: Nach dem Empfang der steigenden Flanken der Pulse löscht er sofort den Dreieckwellenvergleichszähler im PWM-Modul.
Zweite Ausführungsform:
Für den Fall, dass die Wechselrichter gruppiert sind, weist das System fünf Wechselrichter auf, die mit öffentlichen Netzkoppelungspunkten verbunden sind, wobei die Schaltfrequenzen allesamt 20.000 betragen, die DC-seitigen Spannungen sind allesamt VDC, die Induktanz unter den öffentlichen Netzkoppelungspunkten L ist und die Wechselrichter nicht gruppiert sind, N = 5, m = 1, 2, 3, 4, 5.
Schritt 21: Die Synchronisationseinheit empfängt die Schaltfrequenz jedes Wechselrichters, die DC-seitige Spannung und die Reaktanz an die öffentlichen Netzkoppelungspunkte.
Die Wechselrichter werden zur Steuerung in zwei Gruppen geteilt.
Die Zeit eines Schaltzyklus der Gruppe 1 beträgt:
Δt(1) = (1 – 1)T_c/5 = 0 μs Δt(2) = (2 – 1)T_c/5 = 10 μs Δt(3) = (3 – 1)T_c/5 = 20 μs Δt(4) = (4 – 1)T_c/5 = 30 μs Δt(5) = (4 – 1)T_c/5 = 40 μs
Schritt 22: Die Schaltfrequenz ist relativ hoch; das Synchronisationszeitintervall ist auf 30 s eingestellt, und nach 30 s beginnt Schritt 23.
Schritt 23: Das GPS-Taktgebersynchronisationsverfahren wird angewandt:
Synchronisationseinheit: Die vorherige Synchronisationszeit ist 11:30:30; die aktuelle Synchronisationszeit ist 11:31:00; bei 11:30:55 sendet sie Synchronisationsinformationen an die fünf Wechselrichter, wobei der Wechselrichter 1 folgende Informationen erhält: „Den Vergleichszähler bei 11:31:00 zurücksetzen”; der Wechselrichter 2 folgende Informationen erhält: „Den Vergleichszähler bei 11:31:00 + 10 μs zurücksetzen”; und für andere ebenso vorgegangen wird.
Wechselrichter 1-5: Nach dem Empfangen der Informationen wird der Dreieckwellenvergleichszähler im PWM-Modul entsprechend der Rücksetzzeit, die von der Hauptsteuereinheit vorgegeben wird, zurückgesetzt.
Dritte Ausführungsform:
Schritt 31: Für den Fall, dass die Wechselrichter gruppiert sind, sind im System 11 Wechselrichter mit den öffentlichen Netzkoppelungspunkten verbunden, die Schaltfrequenzen sind allesamt 40.000, doch die DC-seitige Spannung und die Reaktanz an den öffentlichen Netzkoppelungspunkt sind jeweils unterschiedlich und müssen nummeriert werden. Die DC-seitigen Spannungsparameter und Blindwiderstandsparameter der Wechselrichter sind in Tabelle 1 aufgeführt. Zur Analyse wird dabei ein Beispiel herangezogen, das nicht den tatsächlichen Parameterwert darstellt. Dabei werden die Wechselrichter mithilfe eines Verfahrens, das die Summe V_dcm/L_m der Gruppen angleicht, in vier Gruppen unterteilt. Die Gruppen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Wechselrichter 1, 2, 3 sind die erste Gruppe; Wechselrichter 4, 5, 6 sind die zweite Gruppe; Wechselrichter 7, 8, 9 sind die dritte Gruppe; und Wechselrichter 10, 11 sind die vierte Gruppe; N = 4, m = 1, 2, 3, 4. Tabelle 1

Δt(1) = (1 – 1)T_c/4 = 0 μs Δt(2) = (2 – 1)T_c/4 = 6.25 μs Δt(3) = (3 – 1)T_c/4 = 12.5 μs Δt(4) = (4 – 1)T_c/4 = 18.75 μs
Schritt 32: Die Schaltfrequenz ist relativ hoch; das Synchronisationszeitintervall ist auf 30 s eingestellt, und nach 30 s beginnt Schritt 33.
Schritt 33: Ein Schnellkommunikationsmodus wird benutzt.
Synchronisationseinheit: Sendet einen Puls von Anschlüssen 1, 2, 3 an Lichtwellenleiter 1, 2, 3, wobei die steigende Flanke gültig ist; nach 6,25 μs sendet sie einen Puls von Anschlüssen 4, 5, 6 an Lichtwellenleiter 4, 5, 6, wobei die steigende Flanke gültig ist; nach (12,5–6,25) μs sendet sie einen Puls von Anschlüssen 7, 8, 9 an Lichtwellenleiter 7, 8, 9, wobei die steigende Flanke gültig ist; und nach (18,75–12,5) μs sendet sie einen Puls von Anschlüssen 10, 11 an Lichtwellenleiter 10, 11, wobei die steigende Flanke gültig ist.
Wechselrichter 1-11: Nach dem Empfang der steigenden Flanken der Pulse löscht er sofort den Dreieckwellenvergleichszähler im PWM-Modul.
Die spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die jedoch den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken sollen. Fachleute werden verstehen, dass auf Grundlage der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung verschiedene Abwandlungen oder Modifikationen vornehmen können, die nicht erfinderischer Natur sind und weiterhin in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims

Globales synchrones Pulsweitenmodulationssystem und Betriebsverfahren für ein verteiltes netzgekoppeltes Wechselrichtersystem, das Folgendes umfasst: eine Hauptsteuereinheit und eine Mehrzahl von netzgekoppelten Wechselrichtern, die an unterschiedlichen geografischen Standorten angeordnet sind; wobei jeder netzgekoppelte Wechselrichter mit einer verteilten Stromquelle verbunden ist; wobei jeder netzgekoppelte Wechselrichter durch einen öffentlichen Netzkoppelungspunkt mit einem Stromnetz verbunden ist; wobei die Hauptsteuereinheit mit allen netzgekoppelten Wechselrichtern kommuniziert; wobei die Hauptsteuereinheit Informationen von jedem netzgekoppelte Wechselrichter empfängt, eine globale Synchronisationsstrategie bestimmt und sodann ein globales Synchronisationssignal mit der globalen Synchronisationsstrategie an jeden netzgekoppelten Wechselrichter sendet; wobei jeder netzgekoppelte Wechselrichter seine eigene Pulsweitenmodulationswellenphase anhand des globalen Synchronisationssignal anpasst, derart, dass die Pulsweitenmodulationswellen aller netzgekoppelten Wechselrichter die Phasendifferenz zum Aufheben der Oberwellen erfüllen, wodurch der Oberschwingungsstrom, der von jedem netzgekoppelten Wechselrichter in das Stromnetz eingebracht wird, aufgehoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsverfahren die folgenden Schritte aufweist: Schritt (1a): Empfangen von Informationen von jedem netzgekoppelten Wechselrichter und Ermitteln einer globalen Synchronisationsstrategie jedes verteilten netzgekoppelten Wechselrichtersystems, wobei durch eine Steuereinheit die Zeitdifferenz Δt(m_a) zwischen der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(m_a)' von jedem von N Wechselrichtern m_a, die an der globalen Pulsweitenmodulation beteiligt sind, und der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(1)' eines zufällig zugewiesenen Referenzwechselrichters 1 ermittelt wird, wobei der Wertumfang von m 2–N ist, a darstellt, dass die Wechselrichter nicht gruppiert sind, Δt(m_a) = t(m_a)' – t(1)'; der Wechselrichter 1 zufällig zugewiesen wird; die Pulsweitenmodulationswelle des Wechselrichter kontinuierlich wiederholt wird, so dass die Pulsweitenmodulationswelle eines Wechselrichters als eine Referenz zugewiesen werden muss; Schritt (2a): Gemäß der globalen Synchronisationsstrategie, die in Schritt (1a) bestimmt wurde, und der Taktgebergenauigkeit jedes netzgekoppelten Wechselrichters, Bestimmen des Zeitintervalls der Synchronisation und Beurteilen, ob die Sendezeit erreicht wurde, durch die Hauptsteuereinheit; wenn die Sendezeit erreicht wurde, Senden eines entsprechenden globalen Synchronisationssignals an den netzgekoppelte Wechselrichter durch die Hauptsteuereinheit und Übergang zu (3a); und wenn die Sendezeit nicht erreicht wurde, Übergang zu Schritt (1a); Schritt (3a): ausschließliches Ändern der Ausgabezeit der eigenen Pulsweitenmodulationswelle durch jeden netzgekoppelten Wechselrichter nach dem Empfangen des globalen Synchronisationssignals von der Hauptsteuereinheit, wobei die Pulsweite in der Pulsweitenmodulationswelle unverändert bleibt, derart, dass die Pulsweitenmodulationswelle jedes Wechselrichters und diejenige des Wechselrichters 1 die Zeitdifferenz Δt(m_a) erfüllt; wobei zuletzt Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter die Phasendifferenz erfüllen, die von der Synchronisationseinheit benötigt wird, damit die Oberschwingungsströme der Wechselrichter zwischen den Wechselrichtern gegenseitig aufgehoben werden, wodurch der Oberschwingungsstrom aufgehoben wird, der von jedem netzgekoppelten Wechselrichter in das Stromnetz eingebracht wird.
Globales synchrones Pulsweitenmodulationssystem und Betriebsverfahren für ein Pulsweitenmodulationssystem mit globaler Synchronisation für ein verteiltes netzgekoppeltes Wechselrichtersystem, das Folgendes umfasst: eine Hauptsteuereinheit und eine Mehrzahl von netzgekoppelten Wechselrichtern, die an unterschiedlichen geografischen Standorten angeordnet sind; wobei jeder netzgekoppelte Wechselrichter mit einer verteilten Stromquelle verbunden ist; wobei jeder netzgekoppelte Wechselrichter durch einen öffentlichen Netzkoppelungspunkt mit einem Stromnetz verbunden ist; wobei die Hauptsteuereinheit mit allen netzgekoppelten Wechselrichtern kommuniziert; wobei die Hauptsteuereinheit Informationen von jedem netzgekoppelte Wechselrichter empfängt, eine globale Synchronisationsstrategie bestimmt und sodann ein globales Synchronisationssignal mit der globalen Synchronisationsstrategie an jeden netzgekoppelten Wechselrichter sendet; wobei jeder netzgekoppelte Wechselrichter seine eigene Pulsweitenmodulationswellenphase anhand des globalen Synchronisationssignal anpasst, derart, dass die Pulsweitenmodulationswellen aller netzgekoppelten Wechselrichter die Phasendifferenz zum Aufheben der Oberwellen erfüllen, wodurch der Oberschwingungsstrom, der von jedem netzgekoppelten Wechselrichter in das Stromnetz eingebracht wird, aufgehoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsverfahren die folgenden Schritte aufweist: Schritt (1b): Empfangen von Informationen von jedem netzgekoppelten Wechselrichter, Ermitteln einer globalen Synchronisationsstrategie jedes verteilten netzgekoppelten Wechselrichtersystems, Einteilen aller Wechselrichter, die an der globalen Pulsweitenmodulation beteiligt sind, in N Gruppen derart, dass der Ausgangsoberschwingungsstrom der einzelnen Wechselrichter weitestmöglich zwischen den Wechselrichtern aufgehoben werden kann, Bestimmen der Zeitdifferenz Δt(m_b) zwischen der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(m_b)' aller Wechselrichter in jeder Wechselrichtergruppe m_b und derjenigen Pulsweitenmodulationswellenzeit t(1)' eines zufällig zugewiesenen Referenzwechselrichters 1 durch eine Hauptsteuereinheit, wobei b darstellt, dass die Wechselrichter gruppiert sind, Δt(m_b) = t(m_b)' – t(1)'; die Zeit des Mittelpunkts des Pulses gleichförmig als die Pulsweitenmodulationswellenzeit definiert ist; der Wechselrichter 1 zufällig zugewiesenen wird; die Pulsweitenmodulationswelle des Wechselrichter kontinuierlich wiederholt wird, so dass die Pulsweitenmodulationswelle eines Wechselrichter als eine Referenz zugewiesen werden muss; wobei, da die Pulsweitenmodulationswelle eine bestimmte Weite aufweist, die Zeit eines Mittelpunkts des Pulses gleichförmig als die Pulsweitenmodulationszeit ausgewählt wird; Schritt (2b): Gemäß der globalen Synchronisationsstrategie, die in Schritt (1b) bestimmt wurde, und der Taktgebergenauigkeit jedes netzgekoppelten Wechselrichters, Bestimmen des Zeitintervalls der Synchronisation und Beurteilen, ob die Sendezeit erreicht wurde, durch die Hauptsteuereinheit; wenn die Sendezeit erreicht wurde, Senden eines entsprechenden globalen Synchronisationssignals an den netzgekoppelte Wechselrichter durch die Hauptsteuereinheit und Übergang zu (3b); und wenn die Sendezeit nicht erreicht wurde, Übergang zu Schritt (1b); Schritt (3b): ausschließliches Ändern der Ausgabezeit der eigenen Pulsweitenmodulationswelle durch jeden netzgekoppelten Wechselrichter nach dem Empfangen des globalen Synchronisationssignals von der Hauptsteuereinheit, wobei die Pulsweite in der Pulsweitenmodulationswelle unverändert bleibt, derart, dass die Pulsweitenmodulationswelle jedes Wechselrichters und diejenige des Wechselrichters 1 die Zeitdifferenz Δt(m_b) erfüllt; wobei zuletzt Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter die Phasendifferenz erfüllen, die von der Synchronisationseinheit benötigt wird, damit die Oberschwingungsströme der Wechselrichter zwischen den Wechselrichtern gegenseitig aufgehoben werden, wodurch der Oberschwingungsstrom aufgehoben wird, der von jedem netzgekoppelten Wechselrichter in das Stromnetz eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen zum netzgekoppelten Wechselrichter aus Schritt 1(a) und Schritt (1b) die Parameter des verteilten netzgekoppelten Wechselrichtersystems, Stromnetzparameter und Anforderungen an die Qualität von Elektrizität umfassen, die von einem öffentlichen Netzkoppelungspunkt in das Stromnetz eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die globale Synchronisationssteuerstrategie aus Schritt (1a) wie folgt ist: Die Anzahl aller Wechselrichter, die an der globalen Pulsweitenmodulation beteiligt sind, ist N, die Pulsweitenmodulationswelle von einem Wechselrichter dient als Referenz, während diejenigen der anderen zeitlich verzögert sind: Δt(m_a) = (m_a – 1)T_c/N; m = 2, 3...N; Δt(m_a) ist die Zeitdifferenz zwischen der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(m_a)' des Wechselrichters m_a und der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(1)' des Wechselrichters 1; T_c ist die Schaltfrequenz; N stellt die Anzahl der Wechselrichter dar, die an der Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation beteiligt sind; m_a stellt m_a Wechselrichter dar; a stellt dar, dass die Wechselrichter nicht gruppiert sind; dargestellt durch einen Winkel: Δφ(m_a) = (m_a – 1) × 2π/N; m = 2, 3...N; a stellt dar, dass die Wechselrichter nicht gruppiert sind; Δφ(m_a) besagt, dass ein Schaltzyklus als 360 Grad betrachtet wird, wobei Δt(m_a) der entsprechende Winkelwert ist; N stellt die Anzahl der Wechselrichter dar, die an der Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation beteiligt sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die globale Synchronisationssteuerstrategie aus Schritt (1b) wie folgt ist: Alle Wechselrichter, die an der globalen Pulsweitenmodulation beteiligt sind, werden in N Gruppen unterteilt, derart, dass der ausgegebene Oberschwingungsstrom jedes Wechselrichters weitestmöglich zwischen den Wechselrichtern aufgehoben werden kann, wobei die Pulsweitenmodulationswelle von einem der Wechselrichter wird als Referenz genutzt wird und diejenige der anderen zeitlich verzögert wird: Δt(m_b) = (m_b – 1)T_c/N; m = 2, 3...N; Δt(m_b) ist die Zeitdifferenz zwischen der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(m_b)' aller Wechselrichter in einer Wechselrichtergruppe m_b und der Pulsweitenmodulationswellenzeit t(1)' des Wechselrichters 1; T_c ist die Schaltfrequenz; N stellt die Anzahl der Wechselrichtergruppen dar, die an der Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation beteiligt sind; m_b stellt die m_b Wechselrichtergruppe dar; b stellt dar, dass die Wechselrichter gruppiert sind; dargestellt durch einen Winkel: Δφ(m_b) = (m_b – 1) × 2π/N; m = 2, 3...N Δφ(m_b) besagt, dass ein Schaltzyklus als 360 Grad betrachtet wird, wobei Δt(m_b) der entsprechende Winkelwert ist; N stellt die Gruppenanzahl der Wechselrichter dar, die an der Pulsweitenmodulation mit globaler Synchronisation beteiligt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Wechselrichter in Schritt (3a) und Schritt (3b) das global Synchronisationssignal empfangen hat und der Kanal, durch den das globale Synchronisationssignal gesendet wird, ein Schnellkommunikationskanal ist, die Signalübertragungszeit wesentlich kürzer als der Schaltzyklus der Schaltvorrichtung im Wechselrichter ist, und theoretisch die Kommunikation als nicht verzögert gilt; die Synchronisationseinheit das Zeitintervall zwischen den Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter bestimmt, und wenn das Zeitintervall die jeweilige Sendezeit erreicht, die in Schritt (2a) und Schritt (2b) bestimmt wurde, das Pulssignal unter Verwendung von N Anschlüssen über N Schnellkommunikationskanäle an N Wechselrichter sendet; das Zeitintervall zwischen den N Pulssignalen das Zeitintervall zwischen den Pulsweitenmodulationswellen der Wechselrichter darstellt; Nach dem Empfangen des Pulssignals ändert der netzgekoppelte Wechselrichter die Ausgabezeit seiner eigenen Pulsweitenmodulationswelle, während die Pulsweite in der Pulsweitenmodulationswelle unverändert bleibt, woraufhin die Pulsweitenmodulationswelle jedes Wechselrichter und die des Wechselrichters 1 die Δt(m_i)-Zeitdifferenz erfüllen, i gleich a oder b ist, a darstellt, dass die Wechselrichter nicht gruppiert sind; und b darstellt, dass die Wechselrichter gruppiert sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Wechselrichter in Schritt (3a) und Schritt (3b) das globale Synchronisationssignal empfangen hat und der Kanal, durch den das globale Synchronisationssignal gesendet wird, kein Schnellkommunikationskanal ist, die Signalübertragungszeit nicht die Anforderung erfüllt, wesentlich kleiner als der Schaltzyklus der Schaltvorrichtung im Wechselrichter zu sein, weshalb die Signalübertragungszeit nicht ignoriert werden darf und ein genauer GPS-Zeitgeber verwendet wird, um die Phase des Synchronisationssignals anzupassen.