[发明专利]一种模块化多电平光伏并网系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式电源，特别涉及一种模块化多电平光伏并网系统及其控制方法。

背景技术

当今世界，能源问题日益突出。寻求新能源来取代日益减少的化石燃料，已成为能源发展的必然趋势。在所有的新能源发电当中，太阳能发电地位突出，优势明显。太阳能是取之不尽用之不竭的能源，且储量巨大，没有开采和运输环节，太阳能发电清洁无污染，不排放废气，对环保有利。在能源危机即将爆发，环境逐渐恶化的今天，太阳能发电技术具有重要的研究价值和广阔的应用前景。

光伏发电是太阳能的重要利用方式，是一种分布式能源，得到人们的光伏关注。光伏并网技术已经成为了光伏领域的研究热点。在光伏并网应用中，提高光伏转换效率和逆变输出波形质量，对光伏并网系统的发展具有重要意义。光伏组件功率较小，难以大范围应用。光伏阵列常常处于复杂的环境中，在阴影条件下时，易导致阵列功率失配，输出效率下降，常规最大功率控制方法失效，而全局最大功率控制方法复杂，会使成本上升。传统两电平逆变器容量小，开关器件承受电压、电流较大，直流电容应力大，且输出谐波含量大，滤波困难。采用直流模块式光伏系统时，虽然抗阴影能力增强，但仍采用常规逆变器，效果不佳。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中，获得光伏组件的最大功率，提高局部阴影条件下光伏系统的输出功率和逆变器的可靠性，减小逆变输出谐波含量的问题；同时省略直流变换电路，通过控制方法实现每个PV组件的最大功率跟踪，减少硬件投入。

本发明所采用的技术方案为：

一种模块化多电平光伏并网系统，采用三相六桥臂拓扑结构，每相包括上、下两个桥臂，每个桥臂由1个半桥模块SM、N个组件模块PM和1个电感L串接而成，上、下桥臂连接点引出相线；三条相线接入公共电网；所述的N个组件模块PM为PM₁～PM_N；

SM由两个IGBT管T1～T2、两个二极管D1～D2和一个电容C构成；其中，IGBT管T1的发射极与IGBT管T2的集电极相连并构成SM的正端，IGBT管T1的集电极与电容C的正极相连，IGBT管T2的发射极与电容的负极相连并构成SM的负端；D1与T1反向并联，D2与T2反向并联；【反向并联是指IGBT管的发射极和二极管的正极连接，IGBT管的集电极和二极管的负极连接】；IGBT管T1～T2的门极均接收外部设备提供的开关信号；

PM由两个IGBT管T3～T4、两个二极管D3～D4和一个电容C构成；其中，IGBT管T3的发射极与IGBT管T4的集电极相连并构成PM的正端，IGBT管T3的集电极与电容C的正极相连，IGBT管T4的发射极与电容的负极相连并构成PM的负端；D3与T3反向并联，D4与T4反向并联；IGBT管T3～T4的门极均接收外部设备提供的开关信号；在电容C的两端并联一个光伏组件PV；其中PV的正极与电容C的正极相连，PV的负极与电容C的负极相连；

每相上桥臂的SM、PM₁～PM_N、L依次串联，即SM的正端与直流侧正极相连，SM的负端与PM₁正端相连，处于中间的PM_n的正端与PM_n-1的负端相连，PM_n的负端与PM_n+1的正端相连，n＝2，3，…，N-1，PM_N负端与L一端相连，L另一端引出相线；下桥臂L、PM₁～PM_N、SM依次串联，即L一端引出相线，L另一端与PM₁正端相连，处于中间的PM_n的正端与PM_n-1的负端相连，PM_n的负端与PM_n+1的正端相连，n＝2，3，…，N-1，PM_N负端与SM的正端相连，SM的负端与直流侧负极相连；

所述N由光伏并网系统容量决定，其中P_total为传输的总功率，P_pv为每个光伏组件的功率。

进一步地，N＝2。

一种模块化多电平光伏并网系统控制方法，包括(1)组件模块PM控制方法和(2)冗余半桥模块SM控制方法；

(1)组件模块PM控制方法为：

每一相上桥臂中的每个组件模块PM的调制波表达式为：每一相下桥臂中的每个组件模块PM的调制波表达式为