[发明专利]一种准-Z源级联多电平单相光伏并网发电系统的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种准-Z源级联多电平单相光伏并网发电系统及控制方法。

背景技术

光伏发电清洁环保、储量丰富、安全可靠，是最具前景的新能源之一。应用于光伏发电系统中的功率变换器拓扑结构，主要体现为单级或两级、两电平或多电平的特点。其中，级联式多电平逆变器具有诸多优点，主要体现在可实现下列目标：1)无变压器；2)输出电压谐波小；3)减小或省略输出端的滤波器；4)分布式最大功率跟踪（MPPT）；5)易于模块化。因而，将级联式多电平逆变器应用于光伏发电系统日益成为研究的热点。然而，由于光伏电池电压的宽范围变化，传统级联多电平逆变系统在光伏应用中存在以下问题：首先，系统的不同模块间存在直流母线电压不平衡的问题；其次，系统在设计时需要倍增逆变器的容量。如果在每个模块引入DC/DC变换器，可控制直流母线电压平衡，并最小化逆变器容量，但是将导致系统的费用增加、效率降低。

Z-源和准Z-源逆变器以单级功率变换的形式，实现升/降压和逆变的功能，可以适应光伏电池电压的宽范围变化。应用其设计光伏逆变器时，不但可以实现最小化逆变器容量，而且费用、效率和可靠性都将得到改善。论文[LIU Liming，LI Hui，ZHAO Yi，et al.1 MHz cascaded Z-Source inverters for scalable grid-interactive photovoltaic applications using GaN device[C]//Proceedings of IEEE Energy Conversion Congress and Exposition，Sept.17-22，2011，Phoenix，USA：2738-2745.]将Z-源逆变器和级联H桥结合，采用新的GaN器件，构成了1MHz开关频率的光伏逆变器。论文分析了系统效率以及参数设计方法，但是没有提及控制方法。专利2010l02348660公开了一种储能型级联多电平光伏并网发电控制系统，可实现分布式最大功率跟踪，最大限度地收集太阳能，效率高，避免了光伏电池串联时局部阴影导致的功率损失和热斑问题；具有多电平逆变的优点，输出电压谐波低，且适合高压大功率、无变压器并网。但是，该发明没有公开具体的控制细节，比如，如何进行脉宽调制，以对所有准Z-源逆变器模块进行独立控制，如何实现各模块的分布式最大功率跟踪，如何保持各模块直流母线电压平衡控制等等。

发明内容

为了解决以上问题，本发明公开了一种准-Z源级联多电平单相光伏并网发电系统的控制方法，所述并网发电系统由2个以上准-Z源光伏发电模块级联组成；所述的每一个准-Z源光伏发电模块包括：四只IGBT，二极管D，第一电解电容、第二电解电容，第一电感、第二电感，光伏电池；其中，所述四只IGBT连接为一个H桥逆变器，所述第二电解电容跨接于二极管D的阳极和H桥逆变器正极间，且所述第二电解电容的正极与H桥逆变器正极相连；二极管D的阴极与所述第一电解电容的正极、所述第二电感相连；所述第二电感的另一端连接于H桥逆变器正极；第一电解电容的负极与H桥逆变器负极相连；第一电感的一端与光伏电池相连，另一端与第二电解电容的负极相连；所述第一个准-Z源光伏发电模块的H桥逆变器左臂中间通过滤波电感连接到电网一端，电网的另一端连接到H桥逆变器右桥臂中间。

一种准-Z源级联多电平单相光伏并网发电系统控制方法，包括：改进型载波移相SPWM调制步骤、分布式MPPT控制和各直流母线电压控制步骤及并网功率控制步骤。