[發明專利]一種級聯型光伏并網逆變器及其控制方法

有效

• 申請號: 201110231631.0
• 申請日: 2011-08-12
• 公開（公告）號: CN102290828A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 孫開發;許賢昶;邱培春;劉滿倉
• 申請（專利權）人: 廣州智光電氣股份有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: 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

本發明涉及一種級聯型光伏并網逆變器及其控制方法。

背景技術

太陽能是取之不盡用之不竭的可再生能源，具有清潔、安全、廣泛等優點。從理論上看，如果把太陽能傳送到地球的能量全部轉化為電能，則每年的發電量相當于目前世界上能耗的40倍。隨著光伏發電成本的降低和化石能源的告急，大功率光伏并網發電是必然的選擇。

當前，MW級光伏并網發電通常是由若干個kW級的光伏并網逆變器通過一個共同的變壓器升壓，再統一并接到高壓電網。但是，隨著功率等級的提高，開關管工作頻率必然下降，導致電能質量下降；而且，通過變壓器升壓并網，會導致很多問題，如變壓器成本高、體積大、笨重、降低系統效率、存在直流偏磁和勵磁涌流等問題。

發明內容

本發明的首要目的是解決現有技術方案中系統容量與電能質量之間的矛盾，解決升壓變壓器帶來的問題，提供一種級聯型光伏并網逆變器。具有電壓等級高、功率等級大、電能質量好等優點，可以直接高壓并網，不需要變壓器，節省了成本和占地面積。

本發明的另一目的是提供一種級聯型光伏并網逆變器的控制方法。

本發明實現上述首要目的所采用的技術方案為：本級聯型光伏并網逆變器，包括光伏陣列和若干個級聯的單元體；所述光伏陣列包括若干個光伏單元，每個光伏單元均與一個單元體的輸入側連接；每個單元體均是一個單級式單相光伏并網逆變器。

所述單級式單相光伏并網逆變器包括直流母線電容和H橋逆變電路；直流母線電容并聯在單級式單相光伏并網逆變器的輸入端；H橋逆變電路與直流母線電容并聯。

所述單級式單相光伏并網逆變器還包括并聯在H橋逆變電路輸出端的旁路開關。

所述光伏單元，由若干個相同的光伏電池板先串聯成若干個電池串，再由若干電池串并聯而成。

本發明實現上述另一目的所采用的技術方案為：本級聯型光伏并網逆變器的控制方法，包括以下步驟：

步驟1：啟動時，控制各個光伏單元工作在同一個電壓；檢測各個光伏單元的端電壓U_PVk和輸出電流I_PVk(k＝a₁，……，a_n；b₁，……，b_n；c₁，……，c_n)，求出所有光伏單元的輸出總功率P_PV總及端電壓平均值采用擾動觀察法對光伏單元進行最大功率跟蹤控制，即：通過給光伏陣列工作點電壓施加擾動ΔU，同時記錄擾動后的輸出功率，如果輸出功率增加，則保持原方向繼續擾動，否則反方向擾動，最終使光伏陣列工作在最大功率點附近，求出其最大功率點電壓U_mmp。在最大功率跟蹤過程中，根據所有光伏單元發出的總功率P_PV總，對各個光伏單元統一進行最大功率跟蹤，各光伏單元的參考工作電壓始終一致；

步驟2：檢測電網相電壓u_a、u_b和u_c，采用鎖相環技術求出電網電壓矢量的相位θ；檢測級聯型光伏并網逆變器輸出的相電流i_a、i_b和i_c，然后，在與電網電壓矢量同步旋轉的d-q坐標系下，進行abc-dq變換，通過d軸電流調節并網有功功率，通過q軸電流調節并網功率因數；

步驟3：采用雙閉環控制，即外環PI1控制各光伏單元的端電壓U_PVk，內環控制逆變器的輸出電流i_a、i_b和i_c；通過調節并網電流有功分量i_d，使光伏單元工作在最大功率點電壓U_mmp；通過閉環PI2對并網電流的有功分量i_d進行閉環控制，閉環PI2的輸出為為了實現單位功率因數并網，設電流無功分量參考值通過閉環PI3，對并網電流的無功分量i_q進行閉環控制，閉環PI3輸出為

步驟4：由于各光伏單元的輸出功率不可能完全一致，為此，采取如下措施：對各光伏單元的端電壓分別進行補償閉環控制，即將U_PVk和比較，然后把比較誤差送入閉環PI4，閉環PI4的輸出值作為每級單元體輸出電壓d軸補償量并設q軸補償量再結合步驟3得到的和求出各單元體輸出電壓的d軸分量參考值及q軸分量參考值