本發(fā)明涉及并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行領(lǐng)域，更具體地說是涉及一種應(yīng)用于并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)化功率分配方法。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，用電設(shè)備的逐漸增加，對變流器的容量、效率、可靠性的要求越來越高，單個變流器單元獨(dú)立工作已無法滿足需求，變流器并聯(lián)運(yùn)行成為擴(kuò)大系統(tǒng)容量的一種重要途徑。功率下垂控制是變流器并聯(lián)的主要控制方法，實(shí)現(xiàn)不同容量的變流器并聯(lián)，并根據(jù)負(fù)載變化按自身額定容量對輸出功率進(jìn)行分配，但由于輸出外特性差，不適合直接并網(wǎng)。此外，功率下垂控制并未考慮到每臺變流器單元自身的能量轉(zhuǎn)化效率，而是單一地以變流器的容量比作為功率分配的唯一依據(jù)，從而導(dǎo)致并聯(lián)系統(tǒng)無法運(yùn)行在最大系統(tǒng)效率點(diǎn)，增加了系統(tǒng)的損耗，造成了電能的極大浪費(fèi)。

另一方面，由于千瓦級及以上的變流器的效率提高是非常困難的。為了提高并聯(lián)系統(tǒng)的效率，往往采用更高效的拓?fù)洌鐚呻娖浇Y(jié)構(gòu)換為三電平結(jié)構(gòu)，繞制電感時采用更粗的導(dǎo)線，這些方法將直接導(dǎo)致系統(tǒng)成本和控制復(fù)雜度的增加，其效果也僅僅是將效率提升0.5-1％。

因此，需要提供一種低成本的，控制方法簡單的應(yīng)用于并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)化功率分配方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種應(yīng)用于并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)化功率分配方法，以期能在不同能量轉(zhuǎn)化效率的并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行時，提高并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率，從而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器、PWM整流器等并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行時的優(yōu)化控制。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種應(yīng)用于并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)化功率分配方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、采集n臺并網(wǎng)變流器獨(dú)立運(yùn)行時的輸入電壓，輸入電流、輸出電壓和輸出電流，并計算出相應(yīng)并網(wǎng)變流器的輸入功率、輸出功率；

步驟2、基于并網(wǎng)變流器的功率損耗特性，建立單臺并網(wǎng)變流器的效率模型并確定各次項(xiàng)系數(shù)；

步驟3、基于單臺并網(wǎng)變流器的功率模型，建立n臺并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行時的并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率表達(dá)式；

步驟4、當(dāng)并聯(lián)系統(tǒng)的總輸出功率不高于n臺并網(wǎng)變流器額定功率總和時，計算出滿足最大系統(tǒng)效率條件下各個并網(wǎng)變流器的輸出功率，并判斷每臺變流器的計算輸出功率是否在額定功率以下；

步驟5、當(dāng)出現(xiàn)x臺并網(wǎng)變流器的計算輸出功率高于自身額定功率時，重新計算各個并網(wǎng)變流器的輸出功率；

步驟6、各臺并網(wǎng)變流器采用在線尋優(yōu)和離線計算相結(jié)合的方式輸出相應(yīng)的功率。

本發(fā)明所述的應(yīng)用于并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)化功率分配方法的特點(diǎn)也在于：

步驟2中單臺并網(wǎng)變流器的基于功率損耗的效率模型為：

式(1)中，j為并網(wǎng)變流器的標(biāo)號，表示j號并網(wǎng)變流器，1≤j≤n；η_j分別表示j號并網(wǎng)變流器的輸出功率、輸入功率、效率；分別表示j號并網(wǎng)變流器的可變損耗、不變損耗；分別表示j號并網(wǎng)變流器的可變損耗的二次項(xiàng)系數(shù)、一次項(xiàng)系數(shù)。

步驟3中并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率η表達(dá)式為：

式(2)中，為所述并聯(lián)系統(tǒng)的總輸出功率，記為p_out。

步驟4中滿足最大系統(tǒng)效率條件下各個并網(wǎng)變流器的輸出功率為：

式(3)中，表示1號到n號并網(wǎng)變流器可變損耗的二次項(xiàng)系數(shù)的兩倍的倒數(shù)之和，表示1號到n號并網(wǎng)變流器可變損耗的一次項(xiàng)系數(shù)加一與兩倍的二次項(xiàng)系數(shù)的比值之和。

所述步驟5中對應(yīng)的x臺并網(wǎng)變流器標(biāo)號記為m1,m2,…,mx，并以額定功率輸出；其余各個并網(wǎng)變流器的輸出功率的計算式如下：

式(4)中，表示為m1,m2,…,mx號并網(wǎng)變流器的額定功率之和。

與傳統(tǒng)的變流器并聯(lián)系統(tǒng)的功率分配方法相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1.本發(fā)明采用優(yōu)化功率分配方法，得到各個并網(wǎng)變流器的功率分配關(guān)系，通過在線尋優(yōu)和離線計算的方式使并聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行在最大系統(tǒng)效率點(diǎn)，從而有效提高了并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行時的系統(tǒng)效率。

2.本發(fā)明考慮到變流器實(shí)際運(yùn)行時能量轉(zhuǎn)化效率的差異性，在此基礎(chǔ)上建立了基于功率損耗的效率模型，對研究提高并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率具有很高的參考價值。

3.本發(fā)明在提高系統(tǒng)效率的同時，確保每臺并網(wǎng)變流器均運(yùn)行與額定功率及以下，避免了出現(xiàn)一部分并網(wǎng)變流器過載運(yùn)行，另一部分并網(wǎng)變流器欠載運(yùn)行的情形。

4.本發(fā)明無需增加任何外設(shè)，系統(tǒng)成本低，控制方法簡單，易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中兩臺共享直流母線和交流母線的并網(wǎng)變流器并聯(lián)系統(tǒng)的主電路圖；

圖2a為本發(fā)明兩臺并網(wǎng)變流器的效率曲線圖；

圖2b為本發(fā)明兩臺并網(wǎng)變流器的功率分配關(guān)系圖；

圖3a為本發(fā)明當(dāng)P_out＝4.2kW時，兩臺并網(wǎng)變流器的輸出功率優(yōu)化過程實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；

圖3b為本發(fā)明當(dāng)P_out＝8.86kW時，兩臺并網(wǎng)變流器的輸出功率優(yōu)化過程實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；

圖4為本發(fā)明并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率曲線及其局部展開圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)施例以兩臺并網(wǎng)變流器為例進(jìn)行說明，所提供的應(yīng)用于并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)化功率分配方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、采集n臺并網(wǎng)變流器獨(dú)立運(yùn)行時的輸入電壓，輸入電流、輸出電壓和輸出電流，并計算出相應(yīng)并網(wǎng)變流器的輸入功率、輸出功率；

步驟2、基于并網(wǎng)變流器的功率損耗特性，建立單臺并網(wǎng)變流器的效率模型并確定各次項(xiàng)系數(shù)；

其中，j號并網(wǎng)變流器的基于功率損耗的效率模型為：

式(1)中，j為并網(wǎng)變流器的標(biāo)號，表示j號并網(wǎng)變流器，1≤j≤n；η_j分別表示j號并網(wǎng)變流器的輸出功率、輸入功率、效率；分別表示j號并網(wǎng)變流器的可變損耗、不變損耗；分別表示j號并網(wǎng)變流器的可變損耗的二次項(xiàng)系數(shù)、一次項(xiàng)系數(shù)；

如圖2a所示，具體實(shí)施中，利用步驟1檢測到的兩臺變流器各自的輸入、輸出功率，結(jié)合步驟2中的基于功率損耗的效率模型確定出各次項(xiàng)系數(shù)。結(jié)果表明本發(fā)明采用兩臺額定功率一致、能量轉(zhuǎn)化效率不一致的變流器單元，其中1號機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率明顯高于2號機(jī)，即滿足

步驟3、基于并網(wǎng)變流器的功率模型，建立n臺并網(wǎng)變流器并聯(lián)運(yùn)行時的并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率表達(dá)式如下：

式(2)中，為所述并聯(lián)系統(tǒng)的總輸出功率，為方便敘述，記為p_out；

步驟4、當(dāng)并聯(lián)系統(tǒng)的總輸出功率不高于n臺并網(wǎng)變流器額定功率總和時，計算出滿足最大系統(tǒng)效率條件下各個并網(wǎng)變流器的輸出功率，并判斷每臺變流器的計算輸出功率是否在額定功率以下；

其中，滿足最大系統(tǒng)效率條件下各個并網(wǎng)變流器的輸出功率為：

式(3)中，分別表示1號到n號并網(wǎng)變流器可變損耗的二次項(xiàng)系數(shù)的兩倍的倒數(shù)之和，以及1號到n號并網(wǎng)變流器可變損耗的一次項(xiàng)系數(shù)加一與兩倍的二次項(xiàng)系數(shù)的比值之和；p_out由實(shí)際需求給定；

步驟5、當(dāng)步驟4中當(dāng)出現(xiàn)x臺并網(wǎng)變流器的計算輸出功率高于自身額定功率時，則重新計算各個并網(wǎng)變流器的輸出功率；

其中，對應(yīng)的x臺并網(wǎng)變流器標(biāo)號為m1,m2,…,mx，并以額定功率輸出；其余各個并網(wǎng)變流器的輸出功率的計算公式如下：

式(4)中，表示為m1,m2,…,mx號并網(wǎng)變流器的額定功率之和。

步驟6、各臺并網(wǎng)變流器采用在線尋優(yōu)和離線計算相結(jié)合的方式輸出相應(yīng)的功率。

如圖2b所示，實(shí)施例中隨著系統(tǒng)功率的增大，采用本發(fā)明所提出的優(yōu)化功率分配方法可以分為以下兩個階段：

第一階段：系統(tǒng)功率時，根據(jù)式(3)可以計算出兩臺變流器各自的輸出功率，且兩者均在額定功率以下。忽略常數(shù)項(xiàng)的影響，可以看出兩臺變流器的輸出功率與二次項(xiàng)系數(shù)成反比，即

第二階段：系統(tǒng)功率時，根據(jù)式(3)可以計算出兩臺變流器各自的輸出功率，其中因此，需根據(jù)式(4)重新計算出即能量轉(zhuǎn)化效率高的變流器始終以額定功率運(yùn)行，另一臺變流器的輸出功率隨系統(tǒng)功率增大而增大；

實(shí)施例中，分別選取兩個不同的系統(tǒng)功率點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

如圖3a所示，系統(tǒng)功率為4.2kW，以傳統(tǒng)的等功率分配方法下的均分功率點(diǎn)作為起始點(diǎn)，每臺變流器的輸出功率均為2.1kW，并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率為0.967；采用優(yōu)化功率分配方法，經(jīng)過200ms的過渡過程追蹤并穩(wěn)定運(yùn)行于最大系統(tǒng)效率點(diǎn)。此時，1號變流器的輸出功率為3.3kW，2號變流器的輸出功率為0.9kW，并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率為0.970，可以看出，采用本發(fā)明系統(tǒng)效率提高了0.3％。

如圖3b所示，系統(tǒng)功率為8.86kW，以傳統(tǒng)的等功率分配方法下的均分功率點(diǎn)作為起始點(diǎn)，每臺變流器的輸出功率均為4.43kW，并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率為0.973；采用優(yōu)化功率分配方法，經(jīng)過200ms的過渡過程追蹤并穩(wěn)定運(yùn)行于最大系統(tǒng)效率點(diǎn)。此時，1號變流器的輸出功率為7kW，2號變流器的輸出功率為1.86kW，并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率為0.978，可以看出，采用本發(fā)明系統(tǒng)效率提高了0.5％。

如圖4所示，任意系統(tǒng)效率點(diǎn)下，采用本發(fā)明的優(yōu)化功率分配方法可以獲得更高的系統(tǒng)效率，且在中等功率時效率提高更為明顯。