[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

本發明公開了一種減小級聯H橋逆變器直流電壓波動的功率均衡控制方法，目的是解決直流側電壓波動較大造成系統發電量降低問題，包括如下步驟：總直流側電壓控制，用來實現各H橋單元直流側電壓跟蹤其最大功率點電壓，并得到系統有功電流指令值；網側電流解耦控制，能夠實現有功電流和無功電流的獨立控制，同時產生逆變器總調制波電壓；單元間功率均衡控制，通過對各H橋單元的直流側電壓誤差排序，確定每個H橋單元的正確開關狀態以實現各H橋單元間功率均衡控制及各H橋單元的最大功率跟蹤。該方法能夠較好地適應各種工況，不僅能實現級聯H橋光伏逆變器在較大范圍內穩定運行，而且能夠減小直流側電壓波動，提高系統的發電量。

技術領域

本發明涉及一種減小級聯H橋光伏逆變器直流電壓波動的功率均衡控制方法，屬于級聯H橋光伏并網逆變器功率均衡控制技術領域。

背景技術

光伏并網發電由于提供清潔能源，且環境友好而備受關注。面對如何提高光伏系統效率、降低發電成本等問題，級聯H橋多電平逆變器由于其模塊化易拓展、系統效率高、并網電流總諧波失真(THD)小等優勢而成為研究的熱點。此外，級聯H橋多電平逆變器每個功率單元需要獨立的直流電源，正好符合光伏組件發電的特點，使得單個光伏組件的MPPT控制成為可能，進一步提高系統的發電效率。因此，級聯H橋多電平逆變器在光伏發電并網應用中有獨特的優勢。

雖然級聯H橋光伏逆變器的各級功率單元可通過獨立的MPPT控制提高光伏發電的效率，但若受光照、溫度等外界因素影響，一塊或多塊光伏組件輸出功率嚴重下降時，由于流過每個H橋的電流相等而傳輸的功率差異較大，可能導致其他輸出功率較大的光伏組件對應單元的調制度大于1，系統不穩定。因此，為了保證級聯H橋光伏并網逆變器在光照強度和光伏組件之間不匹配條件下的穩定運行，采取一定的功率均衡控制具有突出的工程意義。

為此，國內外學者們在擴大級聯H橋光伏并網逆變器穩定運行范圍方面做出了很多的研究。如發明專利申請《一種級聯型光伏并網逆變器的功率均衡控制方法》(CN103795077A)提出了一種基于占空比有功分量修正的功率均衡控制策略，根據系統的運行情況，實時補償和修正占空比，但是該均衡控制方法調節范圍較小，在H橋單元間光照極度不均衡時將失去調節能力，系統將不穩定。

2015年IEEE文獻“Reactive Power Compensation and Optimization Strategyfor Grid-Interactive Cascaded Photovoltaic Systems”Liming Liu,Hui Li,《IEEETransactions on Power Electronics》，2015,30(1)，188-202(“級聯型光伏并網逆變器的無功補償及其優化策略”，《IEEE學報-電力電子期刊》2015年第30卷第1期188-202頁)將功率因數作為一個自由度，通過補償無功功率維持系統穩定。但當各H橋單元功率嚴重不均衡時，該方法會大幅降低并網逆變器的功率因數。

2016年IEEE文獻“Hybrid modulation technique for grid-connectedcascaded photovoltaic systems”Miranbeigi M,Iman-Eini H,《IEEE Transactions onIndustrial Electronics》，2016,63(12)，7843-7853(“用于級聯型光伏并網系統的混合調制技術”，《IEEE學報-工業電子期刊》2016年第63卷第12期7843-7853頁)提出了一種混合調制策略，利用低頻方波調制均衡直流側電容電壓，高頻SPWM調制保證并網電流質量。由于方波調制最大調制度為4/π，因此混合調制策略可以有效擴寬系統的穩定運行范圍。然而該混合調制策略只是根據系統運行狀態分配每個H橋單元進行充放電，并不是對直流側電容電壓的精確控制，會造成直流側電容電壓波動較大，從而使光伏電池板偏離最大功率點運行，降低光伏電池板的發電量。

綜上所述，對于級聯H橋光伏并網逆變器而言，現有的功率均衡控制方法主要存在如下問題：