[發(fā)明專利]一種定量優(yōu)化的級聯(lián)型逆變器空間矢量調(diào)制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110545809.2
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113315398B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊蘭;朱雨潔
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M7/493;H02J3/38
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發(fā)明公開了一種定量優(yōu)化的級聯(lián)型逆變器空間矢量調(diào)制方法，所述級聯(lián)型逆變器的各單元的直流電源可以是光伏電池或儲能元件。首先，在逆變器輸出矢量的一維空間內(nèi)將所有矢量按照其電平值劃分為若干矢量集合，并找出與輸出電壓指令值最接近的兩個電平值所對應(yīng)的矢量及其所屬矢量集合；然后應(yīng)用最小二乘法構(gòu)造矢量選取函數(shù)，計算兩個矢量集合內(nèi)各開關(guān)矢量的矢量選取函數(shù)數(shù)值，并以各集合內(nèi)計算數(shù)值最小的矢量作為下一個開關(guān)周期的開關(guān)矢量；最后計算占空比。該調(diào)制方法將定量優(yōu)化的空間矢量調(diào)制法應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)或混合儲能系統(tǒng)的級聯(lián)型逆變器，代替了控制器算法中單元直流電壓均衡控制的部分，簡化控制器結(jié)構(gòu)，同時保證輸出波形質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源發(fā)電和儲能的控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種定量優(yōu)化的級聯(lián)型逆變器空間矢量調(diào)制方法。

背景技術(shù)

在光伏發(fā)電、儲能裝置或者其他混合儲能系統(tǒng)中，都需要逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。級聯(lián)型逆變器能夠滿足該類系統(tǒng)的容量、輸出電壓的擴展需求。在級聯(lián)型逆變器中，每一個光伏電池(或儲能元件)及與之相連的單相逆變器被稱為一個單元。儲能元件可以是蓄電池、超級電容等能夠存儲電能的元件。

光伏電池的發(fā)電功率與光照強度、溫度、表面遮擋、光伏電池參數(shù)的分散性等因素緊密相關(guān)。若所有的光伏電池都工作在各自的最大功率點，則各單元的直流電壓將不同。級聯(lián)型逆變器對每個單元采用獨立的最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)，并且要增加特定的功率平衡控制算法，使各單元直流電壓跟隨其MPPT給定的直流電壓指令值，從而提高整體的發(fā)電效率。

對于儲能裝置或者混合儲能系統(tǒng)，由于實際運行中各個蓄電池或儲能超級電容的參數(shù)及荷電狀態(tài)(SOC)不一致，也會導(dǎo)致級聯(lián)單元間存在直流電壓和輸出功率的差異。因而應(yīng)用于儲能系統(tǒng)的級聯(lián)逆變器也需要功率平衡控制算法。

除了控制算法，級聯(lián)型逆變器還要使用合適的調(diào)制方法，根據(jù)控制算法的輸出電壓指令值生成開關(guān)控制信號。級聯(lián)型逆變器常用的調(diào)制方法有載波移相調(diào)制(PS-PWM)、“階梯調(diào)制+載波調(diào)制”的混合調(diào)制(H-PWM)、載波移幅調(diào)制(LS-PWM)。這些調(diào)制方法是以各單元直流電壓平衡為前提的。在各單元直流電壓有明顯差異時，逆變器輸出電壓波形質(zhì)量下降。一些改進的調(diào)制方法可以適應(yīng)直流電壓稍許不平衡的情況，但對于控制直流電壓沒有作用。

已有發(fā)明專利(專利號ZL201710838991.4)提出了一種在混合級聯(lián)的儲能裝置中應(yīng)用的空間矢量調(diào)制方法。該方法根據(jù)超級電容的直流電壓采樣值與參考值得出直流電壓升降趨勢，刪除開關(guān)矢量中與該趨勢不符的矢量，然后在余下矢量空間中選取最靠近輸出電壓參考值的兩個矢量。但是該方法有如下缺陷：

(1)只是定性判斷開關(guān)矢量使得超級電容電壓上升或下降的作用，沒有量化比較各矢量使得電容電壓變化的幅度，無法真正選擇出最滿足所有單元直流電壓控制目標(biāo)的矢量組合，因而對單元直流電壓的控制效果有限。

(2)僅根據(jù)電容電壓的升降趨勢，在一維坐標(biāo)軸上刪除不符合要求的矢量，可能出現(xiàn)輸出電壓參考值的左側(cè)或者右側(cè)沒有矢量可選的情況。

(3)沒有考慮輸出波形的質(zhì)量。在一維坐標(biāo)軸上刪除不符合要求的矢量后，可能出現(xiàn)余下的鄰近輸出電壓參考值的左右兩個矢量的輸出電平差距很大的情況，增大dv/dt，造成輸出電壓波形畸變率升高。

因此需要設(shè)計一種更精細的定量比較開關(guān)矢量對單元直流電壓控制效果的空間矢量調(diào)制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)或混合儲能系統(tǒng)的級聯(lián)型逆變器的調(diào)制方法，該調(diào)制方法能夠在各單元直流側(cè)電壓不平衡的情況下保證逆變器輸出電壓波形質(zhì)量，并且使得各單元直流電壓自動跟蹤其直流電壓指令值，從而控制器不再需要附加單元直流電壓均衡控制或功率平衡控制算法，降低控制器的復(fù)雜度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：