[發明專利]一種級聯H橋光伏并網逆變器的功率不平衡控制方法

有效

• 申請號: 202011472557.7
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112583047B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 趙濤;陳道煉;馮之健
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/26;H02J3/18;H02J3/01;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

1.一種級聯H橋光伏并網逆變器的功率不平衡控制方法，所述的級聯H橋光伏并網逆變器為單相逆變器，包含N個相同的H橋變換器，N為大于1的正整數，每個H橋變換器均由四個全控型功率開關器件組成，每個H橋變換器前端各并聯一個電解電容，每個電解電容分別與一個光伏組件并聯；

其特征在于，所述的控制方法包括H橋變換器直流母線電壓控制、參考功率選擇、電網電流控制以及H橋變換器調制波計算，步驟如下：

步驟1，H橋變換器直流母線電壓控制

步驟1.1，分別對N個H橋變換器直流母線電容電壓和N個光伏組件的輸出電流進行采樣，得到N個H橋變換器直流母線電容電壓采樣值和N個光伏組件的輸出電流采樣值，并分別記為V_dci和I_dci，i＝1，2，…，N；

步驟1.2，根據步驟1.1得到的N個H橋變換器直流母線電容電壓采樣值V_dci和N個光伏組件的輸出電流采樣值I_dci，分別對N個光伏組件進行最大功率點追蹤控制，得到N個光伏組件的最大功率點電壓

步驟1.3，使用陷波器對步驟1.1得到的N個H橋變換器直流母線電容電壓采樣值V_dci進行濾波，并將濾波后的N個H橋變換器直流母線電容電壓采樣值記為V_dciA，i＝1，2，…，N，其計算式為：

其中，s為拉普拉斯算子，Q表示陷波器的品質因數，ω₀表示陷波器的固有角頻率；

步驟1.4，將步驟1.2得到的N個光伏組件的最大功率點電壓作為H橋變換器直流母線電容電壓的參考值，使用N個相同的電壓調節器分別對濾波后的N個H橋變換器直流母線電容電壓采樣值V_dciA進行控制，N個電壓調節器的輸出分別為N個H橋變換器的參考電流信號I_i，i＝1，2，…，N，其計算式為：

其中，K_VP為電壓調節器的比例系數，K_VI為電壓調節器的積分系數，s為拉普拉斯算子；

步驟1.5，將濾波后的N個H橋變換器直流母線電容電壓采樣值V_dciA和步驟1.4得到的N個H橋變換器的參考電流信號I_i相乘，得到N個H橋變換器的輸出功率P_Ci，i＝1，2，…，N，其計算式為：

P_Ci＝V_dciAI_i，i＝1，2，...，N

步驟2，參考功率選擇

計算出N個H橋變換器實際能夠傳輸的有功功率P_i以及級聯H橋光伏并網逆變器直流側向交流側傳輸的總功率P_T，其計算式分別為：

其中，P_Ri為第i個H橋變換器實際能夠傳輸的最大有功功率，其計算式為：

為上一個控制周期計算出的第i個H橋變換器的調制度；

為上一控制周期計算出的級聯H橋光伏并網逆變器直流側向交流側傳輸的總功率；

為上一控制周期計算出的級聯H橋光伏并網逆變器的交流輸出基波電壓的幅值；

步驟3，電網電流控制

步驟3.1，分別對電網電壓和電網電流進行采樣，得到電網電壓采樣值v_g和電網電流采樣值i_g；

步驟3.2，使用數字鎖相環對步驟3.1得到的電網電壓采樣值v_g進行鎖相，得到電網電壓的相位角ωt和電網電壓的幅值V_g；

步驟3.3，令電網電流采樣值i_g的相位角延遲π/2而幅值保持不變，得到與電網電流采樣值i_g正交的信號i_Q，將i_g和i_Q從兩相靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系，得到有功電流反饋值i_d和無功電流反饋值i_q，其計算式如下：

其中，cos(ωt)為電網電壓相位角ωt的余弦值，sin(ωt)為電網電壓相位角ωt的正弦值；

步驟3.4，為了使級聯H橋光伏并網逆變器單位功率因數運行，無功電流參考值直接設定為0，有功電流參考值由步驟2得到的級聯H橋光伏并網逆變器直流側向交流側實際傳輸的總有功功率P_T和步驟3.2得到的電網電壓的幅值V_g計算出來，其計算式為：

步驟3.5，分別使用有功電流調節器和無功電流調節器對i_d和i_q進行控制，得到有功調制電壓的幅值v_d和無功調制電壓的幅值v_q，其計算式為：

其中，K_IP1為有功電流調節器的比例系數，K_II1為有功電流調節器的積分系數，K_IP2為無功電流調節器的比例系數，K_II2為無功電流調節器的積分系數；

步驟3.6，計算出級聯H橋光伏并網逆變器的交流輸出基波電壓的幅值V_HAB和級聯H橋光伏并網逆變器交流輸出基波電壓與電網電壓采樣值v_g的夾角α，其計算式為：

其中，arctan(v_q/v_d)表示v_q/v_d的反正切值；

步驟4，H橋變換器調制波計算

步驟4.1，分別計算出N個H橋變換器的調制度M_i，i＝1，2，…，N，其計算式為：

步驟4.2，根據步驟4.1得到的N個H橋變換器的調制度M_i判斷系統的工作模式：若N個H橋變換器的調制度M_i都不大于1，系統的工作模式記為模式1，執行步驟4.3；若N個H橋變換器的調制度M_i都不大于4/π，且存在至少一個H橋變換器的調制度大于1，系統的工作模式記為模式2，執行步驟4.4；若存在至少一個H橋變換器的調制度大于4/π，系統的工作模式記為模式3，執行步驟4.5；

步驟4.3，當系統的工作模式為模式1時，直接計算出N個H橋變換器的調制波m_i，其計算式為：

m_i＝M_isin(ωt+α)，i＝1，2，...，N

步驟4.4，當系統的工作模式為模式2時，根據步驟4.4.1至4.4.4計算出N個H橋變換器的調制波m_i，為了便于描述，將第1，2，…，x個H橋變換器的調制度設定介于1～4/π之間，第x+1，…，N個H橋變換器的調制度設定不大于1，x為小于N的正整數；

步驟4.4.1，根據步驟4.1計算得到的H橋變換器的調制度M_i，計算出第1～x個H橋變換器的調制波m_i，i＝1，2，…，x，其計算式為：

步驟4.4.2，計算出第1～x個H橋變換器輸出的總諧波電壓v_PT1，其計算式為：

步驟4.4.3，設級聯H橋光伏并網逆變器的交流輸出電壓不含有所補償的諧波分量，第x+1～N個H橋變換器需要輸出的總諧波電壓v_NT1的計算式為：

步驟4.4.4，計算出第x+1～N個H橋變換器的調制波m_i，i＝x+1，…，N，其計算式為：

其中，V_Himax1為計算過程的中間變量，其計算式為：

V_Himax1＝(1-M_i)V_dciA，i＝x+1，…，N

步驟4.5，當系統的工作模式為模式3時，根據步驟4.5.1至4.5.5計算出N個H橋變換器的調制波m_i，為了便于描述，將第1，2，…，y個H橋變換器的調制度設定大于4/π，第y+1，…，z個H橋變換器的調制度設定介于1到4/π之間，第z+1，…，N個H橋變換器的調制度設定不大于1，y和z均為正整數且y＜z＜N；

步驟4.5.1，由于存在調制度大于4/π的H橋變換器，超出了H橋變換器的最大線性調制范圍，需要重新計算出N個H橋變換器的調制度S_i，i＝1，2，…，N，其計算式為：

步驟4.5.2，根據步驟4.5.1重新計算出的N個H橋變換器的調制度S_i，計算出第1～z個H橋變換器的調制波m_i，i＝1，2，…，z，其計算式為：

步驟4.5.3，計算出第1～z個H橋變換器輸出的總諧波電壓v_PT2，其計算式為：

步驟4.5.4，設級聯H橋光伏并網逆變器的交流輸出電壓不含有所補償的諧波分量，第z+1～N個H橋變換器需要輸出的總諧波電壓v_NT2的計算式為：

步驟4.5.5，計算出第z+1～N個H橋變換器的調制波m_i，i＝z+1，…，N，其計算式為：

其中，V_Himax2為計算過程中的中間變量，其計算式為：

V_Himax2＝(1-S_i)V_dciA，i＝z+1，…，N。