[发明专利]减小级联H桥逆变器直流电压波动的功率均衡控制方法

说明书

本发明公开了一种减小级联H桥逆变器直流电压波动的功率均衡控制方法，目的是解决直流侧电压波动较大造成系统发电量降低问题，包括如下步骤：总直流侧电压控制，用来实现各H桥单元直流侧电压跟踪其最大功率点电压，并得到系统有功电流指令值；网侧电流解耦控制，能够实现有功电流和无功电流的独立控制，同时产生逆变器总调制波电压；单元间功率均衡控制，通过对各H桥单元的直流侧电压误差排序，确定每个H桥单元的正确开关状态以实现各H桥单元间功率均衡控制及各H桥单元的最大功率跟踪。该方法能够较好地适应各种工况，不仅能实现级联H桥光伏逆变器在较大范围内稳定运行，而且能够减小直流侧电压波动，提高系统的发电量。

技术领域

本发明涉及一种减小级联H桥光伏逆变器直流电压波动的功率均衡控制方法，属于级联H桥光伏并网逆变器功率均衡控制技术领域。

背景技术

光伏并网发电由于提供清洁能源，且环境友好而备受关注。面对如何提高光伏系统效率、降低发电成本等问题，级联H桥多电平逆变器由于其模块化易拓展、系统效率高、并网电流总谐波失真(THD)小等优势而成为研究的热点。此外，级联H桥多电平逆变器每个功率单元需要独立的直流电源，正好符合光伏组件发电的特点，使得单个光伏组件的MPPT控制成为可能，进一步提高系统的发电效率。因此，级联H桥多电平逆变器在光伏发电并网应用中有独特的优势。

虽然级联H桥光伏逆变器的各级功率单元可通过独立的MPPT控制提高光伏发电的效率，但若受光照、温度等外界因素影响，一块或多块光伏组件输出功率严重下降时，由于流过每个H桥的电流相等而传输的功率差异较大，可能导致其他输出功率较大的光伏组件对应单元的调制度大于1，系统不稳定。因此，为了保证级联H桥光伏并网逆变器在光照强度和光伏组件之间不匹配条件下的稳定运行，采取一定的功率均衡控制具有突出的工程意义。

为此，国内外学者们在扩大级联H桥光伏并网逆变器稳定运行范围方面做出了很多的研究。如发明专利申请《一种级联型光伏并网逆变器的功率均衡控制方法》(CN103795077A)提出了一种基于占空比有功分量修正的功率均衡控制策略，根据系统的运行情况，实时补偿和修正占空比，但是该均衡控制方法调节范围较小，在H桥单元间光照极度不均衡时将失去调节能力，系统将不稳定。

2015年IEEE文献“Reactive Power Compensation and Optimization Strategyfor Grid-Interactive Cascaded Photovoltaic Systems”Liming Liu,Hui Li,《IEEETransactions on Power Electronics》，2015,30(1)，188-202(“级联型光伏并网逆变器的无功补偿及其优化策略”，《IEEE学报-电力电子期刊》2015年第30卷第1期188-202页)将功率因数作为一个自由度，通过补偿无功功率维持系统稳定。但当各H桥单元功率严重不均衡时，该方法会大幅降低并网逆变器的功率因数。

2016年IEEE文献“Hybrid modulation technique for grid-connectedcascaded photovoltaic systems”Miranbeigi M,Iman-Eini H,《IEEE Transactions onIndustrial Electronics》，2016,63(12)，7843-7853(“用于级联型光伏并网系统的混合调制技术”，《IEEE学报-工业电子期刊》2016年第63卷第12期7843-7853页)提出了一种混合调制策略，利用低频方波调制均衡直流侧电容电压，高频SPWM调制保证并网电流质量。由于方波调制最大调制度为4/π，因此混合调制策略可以有效扩宽系统的稳定运行范围。然而该混合调制策略只是根据系统运行状态分配每个H桥单元进行充放电，并不是对直流侧电容电压的精确控制，会造成直流侧电容电压波动较大，从而使光伏电池板偏离最大功率点运行，降低光伏电池板的发电量。

综上所述，对于级联H桥光伏并网逆变器而言，现有的功率均衡控制方法主要存在如下问题：