[發明專利]光伏并網逆變器及控制方法

有效

• 申請號: 201110044943.0
• 申請日: 2011-02-24
• 公開（公告）號: CN102111080A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 許賢昶;邱培春;孫開發;劉潤予
• 申請（專利權）人: 廣州智光電氣股份有限公司;廣州智光節能有限公司
• 主分類號: H02M7/42
• 分類號: H02M7/42;H02M7/537;H02J3/38
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及光伏發電技術領域，尤其涉及光伏并網逆變器及控制方法。

背景技術

太陽能是21世紀最具活力的新能源之一，光伏發電正從過去的小規模離網發電向大規模的并網發電方向發展。光伏并網發電系統容量越來越大，兆瓦級系統是未來發展的方向。因此，研究大功率高壓光伏并網逆變器及其控制方法具有重要的意義。

基于各種拓撲結構和控制方法的光伏并網逆變器得到了廣泛研究，但還是很難滿足穩定性、安全性、經濟性和電能質量高的要求，具體如下：

因光伏系統輸出的功率取決于光照條件，而光照具有不確定性，并網功率波動較大，特別是當光照突然被遮擋時，系統不得不脫網待機，運行不穩定；系統某個開關管、電池板等局部的故障往往會導致停機，系統的安全性較低；光伏系統輸出電壓等級較低，并網一般要通過變壓器升壓，增加了系統的成本；限于當前電力電子器件的負荷能力，很難再進一步提高光伏并網逆變器的功率等級，特別是很難做到單機兆瓦級的水平；而且，隨著功率等級的提高，開關管工作頻率必然下降，這將導致電流諧波的問題。

發明內容

本發明公開的光伏并網逆變器及控制方法，可以提高系統穩定性、安全性、降低系統成本、改善并網電能質量以及提高系統功率等級。

為了達到上述發明目的，本發明提供了一種光伏并網逆變器，所述逆變器包括：

光伏陣列；

多個單元體，每個單元體的前級分別連接一所述光伏陣列；

三條單元體串聯支路，所述單元體串聯支路由多個單元體級聯組成，通過單元移相疊波技術，形成多電平的高壓輸出；

交流電抗器及并網開關，所述單元體串聯支路與所述交流電抗器、并網開關串聯后匯接到電網中；

單元體控制器，所述每個單元體均包含一個所述單元體控制器，所述單元體控制器以數字信號處理器和可編程邏輯器件為核心，對各個單元體進行監控，并向主控制器反饋單元體的故障、溫度、光伏陣列端電壓和輸出電流等參數信息，以及對所述光伏陣列進行最大功率跟蹤控制；

主控制器，以雙數字信號處理器(DSP)和超大規模集成電路可編程器件(CPLD或FPGA)為核心，根據接收到的單元體控制器反饋的參數信息，進行雙閉環控制、旁路控制、載波移相SPWM運算生成PWM控制信號，以及向單元體控制器傳送旁路控制信號和PWM控制信號。

具體地，所述單元體還包括：

BOOST電路，用于對光伏陣列進行最大功率跟蹤，將光伏陣列輸出的低電壓上升為高電壓；

儲能電池，用于存儲所述BOOST電路提供的電能，并給后級H橋逆變電路提供穩定直流電；

H橋逆變電路，用于采用載波移相SPWM技術，將儲能電池提供的直流電逆變為交流電；

旁路開關，用于當單元體、或所述單元體對應的前級光伏陣列和儲能電池發生故障時，對所述單元體及另外兩個相同級的單元體進行旁路控制；

其中，所述BOOST電路的正負輸入端分別與所述光伏陣列的正負極相連，所述BOOST電路的正負輸出端分別與所述儲能電池的正負端相連，所述儲能電池的正負端分別與所述H橋逆變電路的輸入端相連，所述旁路開關與所述H橋逆變電路的輸出端相連。

具體地，所述主控制器包括：

雙閉環控制模塊，用于對所述光伏并網逆變器進行功率閉環控制和電流閉環控制，并獲得并網參考電壓；

脈沖生成模塊，用于根據并網參考電壓，采用載波移相SPWM技術，生成H橋逆變電路的控制脈沖PWM；

旁路控制模塊，用于當單元體、或所述單元體對應的前級光伏陣列和儲能電池發生故障時，控制旁路開關對所述單元體及另外兩個相同級的單元體進行旁路控制，直到故障消失；當單元體被旁路后，通過提高所述單元體的調制比來提高單元體輸出電壓，以保證光伏并網逆變器輸出正常等級的電壓。

具體地，所述雙閉環控制模塊包括：

功率閉環控制單元，用于計算光伏陣列發出的總功率，并將所述總功率進行低通濾波后的值作為并網功率的參考值，對光伏并網逆變器進行功率閉環控制；

電流閉環控制單元，用于檢測光伏并網逆變器輸出相電壓，采用軟件鎖相環技術，求出電網電壓矢量相位；檢測光伏并網逆變器輸出相電流；根據所述相位及所述相電流，對所述相電流進行abc-dq坐標變換，d軸電流調節并網有功功率，q軸電流調節并網功率因數；通過調節并網電流有功分量，使并網的實際功率跟蹤所述功率閉環控制單元中的并網功率參考值；設置電流無功分量為0，使并網功率因數為單位功率因數；對并網電流的有功分量和無功分量分別進行閉環控制；通過dq-abc坐標變換，得到并網參考電壓。