[發明專利]減小級聯H橋逆變器直流電壓波動的功率均衡控制方法

有效

• 申請號: 201710333046.9
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107026474B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 張興;毛旺;王付勝;趙濤;張德輝;戴之強
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/5387
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.減小級聯H橋逆變器直流電壓波動的功率均衡控制方法，所述的級聯H橋逆變器包括N個相同的H橋單元，每個H橋單元的直流側通過開關與一塊光伏電池板連接，其特征在于，本控制方法包括總直流側電壓控制、網側電流解耦控制和單元間功率均衡控制，主要步驟如下：

步驟1，總直流側電壓控制

步驟1.1，對N個H橋單元的直流側電壓進行采樣并經過100Hz陷波器濾波，得到N個H橋單元的直流側電壓實際值并記為V_PVi，i＝1,2,3…N；采樣電網電壓實際值V_G和電網電流I_S；

步驟1.2，對步驟1.1得到的N個H橋單元的直流側電壓實際值V_PVi進行最大功率點跟蹤控制，得到N個H橋單元的直流側電壓指令值并記為V_PVi^*，i＝1,2,3…N；

步驟1.3，通過電壓調節器，計算得到逆變器并網有功電流的指令值I_d^*，其計算式為：

其中，K_VP為電壓調節器比例系數，K_VI為電壓調節器積分系數，s為拉普拉斯算子，為N個H橋單元的直流側電壓實際值之和，為N個H橋單元的直流側電壓指令值之和；

步驟2，網側電流解耦控制

步驟2.1，將步驟1.1中采樣得到的電網電流I_S通過虛擬同步旋轉坐標變換轉換成旋轉坐標系下的電網電流有功分量I_d和電網電流無功分量I_q；

步驟2.2，設逆變器并網無功電流指令值I_q^*為0，分別通過有功電流調節器和無功電流調節器，計算得到d軸PI調節值E_d和q軸PI調節值E_q，其計算式分別為：

其中，K_iP為電流調節器比例系數，K_iI為電流調節器積分系數，s為拉普拉斯算子；

步驟2.3，將步驟2.2中得到的d軸PI調節值E_d和q軸PI調節值E_q通過虛擬同步旋轉反坐標變換得到自然坐標系下逆變器總調制波電壓V_r，其計算式為：

V_r＝E_dsinθ+E_qcosθ

其中，θ為電網電壓的相位；

步驟3，單元間功率均衡控制

步驟3.1，將步驟1.1中采樣得到的N個H橋單元的直流側電壓實際值V_PVi與步驟1.2中相對應的N個H橋單元的直流側電壓指令值V_PVi^*相比較得到N個直流側電壓誤差值并記為ΔV_i，其中，i＝1,2,3…N；

步驟3.2，先將步驟3.1中得到的N個H橋單元的直流側電壓誤差值ΔV_i按照數值大小進行升序排列，并用電壓誤差序列號j＝1,2,3…N進行標注，然后根據電壓誤差序列號j對其對應的N個H橋單元的直流側電壓實際值V_PVi重新進行排序，得到N個排序后的直流側電壓實際值并記為V_j，j＝1,2,3…N；

步驟3.3，根據步驟3.2中得到的N個排序后的直流側電壓實際值V_j將逆變器總調制波電壓V_r分成N個電壓區間，判斷當前逆變器總調制波電壓V_r所處的電壓區間K，其中電壓區間K定義為K＝1,2,3…N；

步驟3.4，根據當前逆變器總調制波電壓V_r的極性，電網電流I_S的方向及電壓區間K確定N個H橋單元的輸出模式：

(1)V_r>0，I_s>0

排序后的直流側電壓實際值V_j為V_N–K+1,V_N–K+2…V_N的H橋單元運行于“+1”電平模式，并記為S_N–K+1＝S_N–K+2＝…S_N＝1，排序后的直流側電壓實際值V_j為V₂,V₃…V_N–K的H橋單元運行于“0”電平模式，并記為S₂＝S₃＝…＝S_N–K＝0，排序后的直流側電壓實際值V_j為V₁的H橋單元運行于PWM模式，PWM輸出模式的H橋單元的調制波電壓V_PWM計算式如下：

V_PWM＝V_r-(S₂V₂+S₃V₃+...+S_N-KV_N-K)-(S_N-K+1V_N-K+1+S_N-K+2V_N-K+2+...+S_NV_N)

(2)V_r>0，I_s≤0

排序后的直流側電壓實際值V_j為V₁,V₂…V_K的H橋單元運行于“+1”電平模式，并記為S₁＝S₂＝…＝S_K＝1，排序后的直流側電壓實際值V_j為V_K+1,V_K+2…V_N–1的H橋單元運行于“0”電平模式，并記為S_K+1＝S_K+2＝…＝S_N–1＝0，排序后的直流側電壓實際值V_j為V_N的H橋單元運行于PWM模式，PWM輸出模式的H橋單元的調制波電壓V_PWM計算式如下：

V_PWM＝V_r-(S₁V₁+S₂V₂+...+S_KV_k)-(S_K+1V_K+1+S_K+2V_K+2+...+S_N-1V_N-1)

(3)V_r≤0，I_s>0

排序后的直流側電壓實際值V_j為V₁,V₂…V_K的H橋單元運行于“–1”電平模式，并記為S₁＝S₂＝…＝S_K＝–1，排序后的直流側電壓實際值V_j為V_K+1,V_K+2…V_N–1的H橋單元運行于“0”電平模式，并記為S_K+1＝S_K+2＝…＝S_N–1＝0，排序后的直流側電壓實際值V_j為V_N的H橋單元運行于PWM模式，PWM輸出模式的H橋單元的調制波電壓V_PWM計算式如下：

V_PWM＝V_r-(S₁V₁+S₂V₂+...+S_KV_K)-(S_K+1V_K+1+S_K+2V_K+2+...+S_N-1V_N-1)

(4)V_r≤0，I_s≤0

排序后的直流側電壓實際值V_j為V_N–K+1,V_N–K+2…V_N的H橋單元運行于“–1”電平模式，并記為S_N–K+1＝S_N–K+2＝…S_N＝–1，排序后的直流側電壓實際值V_j為V₂,V₃…V_N–K的H橋單元運行于“0”電平模式，并記為S₂＝S₃＝…＝S_N–K＝0，排序后的直流側電壓實際值V_j為V₁的H橋單元運行于PWM模式，PWM輸出模式的H橋單元的調制波電壓V_PWM計算式如下：

V_PWM＝V_r-(S₂V₂+S₃V₃+...+S_N-KV_N-K)-(S_N-K+1V_N-K+1+S_N-K+2V_N-K+2+...+S_NV_N)。