[发明专利]一种光伏发电并网逆变器的并联结构及其控制方法

权利要求书

1.一种光伏发电并网逆变器的并联结构，其特征在于，所述光伏发电并网逆变器的并联结构分为由1-N个电压型PWM逆变器并联结构模块构成的三相电压型PWM逆变器的模块化并联结构和单相电压型PWM逆变器的模块化并联结构；

所述三相电压型PWM逆变器的模块化并联结构是由1-N个三相电压型PWM逆变器并联结构模块并联构成，其中三相电压型PWM逆变器并联结构是指主电路由多个三相电压型PWM逆变电路并联组成的电路，其特点是：各个桥式逆变电路的直流输入并联取自直流母线，交流经线性滤波电感并入交流电网；其中，三相电压型PWM逆变器采用具有反并联二极管的功率开关管构成上臂和下臂，上、下臂串联构成一个桥臂；三个桥臂并联组成三相桥式电路，直流侧并联滤波电容器(C2)，三相交流电源火线经三相线性电感接入各相桥臂的上下臂连接处，构成典型的三相电压型PWM逆变器电路；然后将各三相电压型PWM逆变器并联结构模块并联，具体是将各并联的三相电压型PWM逆变器模块的外环调节器PIDIII(4)独立出来，形成一个公用的统一外环调节器(17)，使各并联逆变器的控制简化为单闭环电流控制。

所述单相电压型PWM逆变器的模块化并联结构是由1-N个单相电压型PWM逆变器并联结构模块并联构成，其中单相电压型PWM逆变器并联结构是指主电路由多个单相电压型PWM逆变电路并联组成的电路，其特点是：各个桥式逆变电路的直流输入并联取自直流母线，交流经线性滤波电感并入交流电网；其中，单相电压型PWM逆变器采用具有反并联二极管的功率开关管构成上臂和下臂，上、下臂串联构成一个桥臂；两个桥臂并联组成单相全桥，直流侧并联滤波电容器(C₁)，交流电源火线经线性电感(L₁)和电阻(R₁)接入一相桥臂的上下臂连接处，零线直接接另一相桥臂的上下臂连接处，构成典型的单相电压型PWM逆变器；然后将各单相电压型PWM逆变器并联结构模块并联，具体是将各并联的单相电压型PWM逆变器模块的外环调节器独立出来，形成一个公用的统一外环调节器，使各并联逆变器的控制简化为单闭环电流控制。

2.根据权利要求1所述一种光伏发电并网逆变器的并联结构，其特征在于，所述三相电压型PWM逆变器并联结构模块是以三相电压型PWM逆变器及其控制电路构成的模块结构，其控制电路为基于电网电压定向的矢量控制技术，采用双闭环控制，外环为电压控制环，内环为网侧电流控制环，具体结构如下：

在三相电压型PWM逆变器的输入侧的直流母线电压U_DCBUS和滤波电容器(C₃)之间并联R₅R₆电阻网络(1)、R₅R₆电阻网络(1)与电压传感器(2)、ADC模数转换电路(3)连接，ADC模数转换电路(3)经第三加法器(16)、经外环调节器P-IDIII(4)连接第二加法器(15)，第二加法器(15)还与d轴调节器PID II(6)和第一abc/dq变换器(11)连接，abc/dq变换器(11)分别与第一加法器(14)、第二加法器(15)、正弦、余弦信号发生器(10)和电流传感器(8)连接，各相火线(7)与电流传感器(8)连接，第一加法器(14)通过q轴调节器PID I(5)与dq/abc变换器(12)连接，线性电感(L_a)的e_a端经锁相环(9)连接至正弦、余弦信号发生器(10)，dq/abc变换器(12)与d轴调节器PID II(6)、q轴调节器PID I(5)、正弦、余弦信号发生器(10)和SVPWM信号生成器(13)连接，SVPWM信号生成器(13)与PWM逆变器连接。

3.一种权利要求1所述光伏发电并网逆变器并联运行的控制方法，其特征在于，首先将光伏发电并网逆变器的模块化并联结构中各电压型PWM逆变器的外环调节器PIDIII(4)独立出来，形成一个公用的统一外环调节器(17)，使各并联逆变器的控制简化为单闭环电流控制；在每个电压型PWM逆变器并联模块中，外环以直流电压信号作为电压反馈量，R₅R₆电阻网络(1)分压的电压信号经电压传感器(2)和ADC模数转换电路(3)后，与已给定电压U_dc^*一起经第三加法器(16)后，再经外环调节器PIDIII(4)进行比例-积分-微分处理，输出控制电流i_d^*传输至第二加法器(15)；内环分为d轴调节器PID II(6)和q轴调节器PID I(5)，其过程是先将三相瞬时交流电流i_a、i_b、i_c经数学变换，解耦得到与电压合成矢量同方向的直流电流分量i_d和与电压合成矢量垂直的直流电流分量i_q；由于i_d与电压合成矢量同方向，因此i_d称为电流有功分量，控制i_d可调节逆变器的有功功率，即直流母线电压U_DCBUS，而i_q称为电流无功分量，控制i_q可调节逆变器的无功功率；具体运算过程如下：

1)首先从各相火线(7)提取的交流电流i_a、i_b、i_c，为电流反馈量，经电流传感器(8)后再通过abc/dq变换(11)的实现三相静止坐标系至两相同步旋转坐标系的变换，将相位互差120°的三相电流i_a、i_b、i_c变换为相位互差90°的两相电流i_d、i_q；

2)同时选取电网三相合成电压矢量作为d轴矢量定向基准，通过锁相环电路(9)实时检测电网A相电动势e_a的相位，经正弦、余弦信号发生器(10)确定电压定向矢量的位置角θ，求得θ的正弦、余弦函数sinθ、cosθ并将其输出至abc/dq变换(11)中；

3)abc/dq变换(11)根据输入的位置角θ的正弦、余弦函数sinθ、cosθ，实现abc三相静止坐标系至dq同步旋转止坐标系的变换，最终变换为同步旋转坐标系下直流分量i_d、i_q。

4)以外环调节器PIDIII(4)的输出i_d^*作为d轴调节器PID II(6)的给定参数，交流电流解耦得到的直流分量i_d作为d轴调节器PID II(6)的反馈，调节器PIDIII(4)的输出i_d^*与交流电流解耦得到的直流分量i_d先经过第二加法器(15)、再经过d轴调节器PID II(6)比例-积分-微分运算输出控制电压u_d^*；

5)以无功功率或功率因数换算的无功电流分量i_q^*作为q轴调节器PID I(5)的给定参数，交流电流解耦得到的直流分量i_q作为q轴调节器PID I(5)的反馈，无功电流分量i_q^*与交流电流解耦得到的直流分量i_q先经过第一加法器(14)，再经过q轴调节器PID I(5)比例-积分-微分运算输出控制电压u_q^*；

6)dq/abc变换(12)变换根据输入的位置角θ的正弦、余弦函数sinθ、cosθ，实现dq同步旋转坐标系至abc三相静止坐标系的变换，将同步旋转坐标系下d轴调节器PID II(6)输出的控制电压u_d^*、q轴调节器PID I(5)输出的控制电压u_q^*变换为三相静止坐标系下正弦分量u_a^*、u_b^*、u_c^*；

7)再通过SVPWM信号生成器(13)脉宽调制后，输出六路PWM逆变器桥臂功率管的控制信号。

由于解耦之后，PWM逆变器的有功功率与d轴电流分量成正比，无功功率与q轴电流分量成正比，其规律满足下述关系式，其中U_G为电网相电压有效值。

P=32UGidQ=32UGiq]]>

因此，控制d轴电流分量可调节有功功率即直流母线电压U_DCBUS，控制q轴电流分量可调节无功功率或功率因数，实现PWM逆变器的直流电压和网侧无功功率的独立控制。