[发明专利]级联H桥型光伏并网逆变器的控制及调制策略

权利要求书

1.一种级联H桥型光伏并网逆变器的控制方法，所述的级联H桥型光伏并网逆变器包括N个相同的H桥单元，每个H桥单元的直流侧都分别连接一块光伏电池，其特征在于，控制方法包括总直流侧电容电压的均衡控制、并网电流控制和低开关频率调制策略，步骤如下：

步骤1，总直流侧电容电压的均衡控制

步骤1.1，分别对N个H桥单元的直流侧电容电压和光伏电池输出电流进行采样，得到N个H桥单元的直流侧电容电压采样值和对应的N个H桥单元的光伏电池输出电流采样值，并分别记为V_dci和I_PVi，i＝1,2,…,N；

步骤1.2，根据步骤1.1得到的N个H桥单元的直流侧电容电压采样值V_dci和N个H桥单元的光伏电池输出电流采样值I_PVi，分别对N个H桥单元所连接的光伏电池进行最大功率点追踪，得到N个H桥单元的直流侧电容电压指令值

步骤1.3，通过电压调节器，计算得到逆变器并网电流指令值的幅值I_g，其计算式为：

其中，K_VP为电压调节器的比例系数，K_VI为电压调节器的积分系数，s为拉普拉斯算子；

步骤2，并网电流控制

步骤2.1，分别对电网电压和并网电流进行采样，得到电网电压采样值v_g和并网电流采样值i_g；

步骤2.2，使用数字锁相环对步骤2.1得到的电网电压采样值v_g进行锁相，得到电网电压相位角θ，再根据步骤1.3计算得到的并网电流指令值的幅值I_g，可以计算并网电流的指令值其计算式为：

其中，cos(θ)表示电网电压相位角θ的余弦值；

步骤2.3，通过电流调节器，计算得到级联H桥型逆变器的总调制波v_r，其计算式为：

其中，K_P和K_r分别为电流调节器的比例系数和谐振系数，ω_c为截止频率，s为拉普拉斯算子，ω₀为电网电压的角频率；

步骤3，低开关频率调制策略

步骤3.1，分别计算N个H桥单元的直流侧电容电压采样值V_dci与对应直流侧电容电压指令值的差值V_erri，其计算式为：

步骤3.2，每隔固定时间T_sort对V_erri按从小到大的顺序排序一次，排序后的值按从小到大的顺序依次记为V_upi，i＝1,2,…,N，与按从小到大的顺序排列的V_upi对应的直流侧电容电压采样值V_dci记为正排序后的直流侧电容电压采样值V_i，i＝1,2,…,N；再对V_erri按从大到小的顺序排序一次，排序后的值按从大到小的顺序依次记为V_downi，i＝1,2,…,N，与按从大到小的顺序排列的V_downi对应的直流侧电容电压采样值V_dci记为反排序后的直流侧电容电压采样值U_i，i＝1,2,…,N；

步骤3.3，对V_erri按从小到大的顺序进行排序后，N个正排序后的直流侧电容电压采样值V_i将总调制波v_r分成N个电压区间；对V_erri按从大到小的顺序进行排序后，N个反排序后的直流侧电容电压采样值U_i将总调制波v_r分成N个电压区间；逆变器的总调制波v_r是按照正弦规律变化的信号，根据当前总调制波v_r的值可以计算在上述两种排序模式下总调制波v_r所处的电压区间，分别记为Kx和Ky，其计算式如下：

其中，|v_r|为总调制波v_r的绝对值；

步骤3.4，分别定义两个表达式I和II，如下所示：

I：

II：

步骤3.5，规定第i个H桥单元运行于“+1”模式表示该H桥单元交流侧输出电压为V_dci，第i个H桥单元运行于“0”模式表示该H桥单元交流侧输出电压为0，第i个H桥单元运行于“-1”模式表示该H桥单元交流侧输出电压为-V_dci，i＝1,2,…,N；根据总调制波v_r的极性、并网电流采样值i_g的极性以及表达式I和表达式II，确定N个H桥单元的运行模式：

(1)v_r>0，i_g>0且表达式II成立

按步骤3.2所述的从大到小的顺序对V_erri进行排序，反排序后的直流侧电容电压采样值为U₁,U₂,…,U_Ky的H桥单元运行于“+1”电平模式，反排序后的直流侧电容电压采样值为U_(Ky+1),U_(Ky+2),…,U_N的H桥单元运行于“0”电平模式；

(2)v_r>0，i_g>0且表达式II不成立

按步骤3.2所述的从大到小的顺序对V_erri进行排序，反排序后的直流侧电容电压采样值为U₁,U₂,…,U_Ky-1的H桥单元运行于“+1”电平模式，反排序后的直流侧电容电压采样值为U_Ky,U_(Ky+1),…,U_N的H桥单元运行于“0”电平模式；

(3)v_r>0，i_g<0且表达式I成立

按步骤3.2所述的从小到大的顺序对V_erri进行排序，正排序后的直流侧电容电压采样值为V₁,V₂,…,V_Kx的H桥单元运行于“+1”电平模式，正排序后的直流侧电容电压采样值为V_(Kx+1),V_(Kx+2),…,V_N的H桥单元运行于“0”电平模式；

(4)v_r>0，i_g<0且表达式I不成立

按步骤3.2所述的从小到大的顺序对V_erri进行排序，正排序后的直流侧电容电压采样值为V₁,V₂,…,V_(Kx-1)的H桥单元运行于“+1”电平模式，正排序后的直流侧电容电压采样值为V_Kx,V_(Kx+1),…,V_N的H桥单元运行于“0”电平模式；

(5)v_r<0，i_g>0且表达式I成立

按步骤3.2所述的从小到大的顺序对V_erri进行排序，正排序后的直流侧电容电压采样值为V₁,V₂,…,V_Kx的H桥单元运行于“-1”电平模式，正排序后的直流侧电容电压采样值为V_(Kx+1),V_(Kx+2),…,V_N的H桥单元运行于“0”电平模式；

(6)v_r<0，i_g>0且表达式I不成立

按步骤3.2所述的从小到大的顺序对V_erri进行排序，正排序后的直流侧电容电压采样值为V₁,V₂,…,V_(Kx-1)的H桥单元运行于“-1”电平模式，正排序后的直流侧电容电压采样值为V_Kx,V_(Kx+1),…,V_N的H桥单元运行于“0”电平模式；

(7)v_r<0，i_g<0且表达式II成立

按步骤3.2所述的从大到小的顺序对V_erri进行排序，反排序后的直流侧电容电压采样值为U₁,U₂,…,U_Ky的H桥单元运行于“-1”电平模式，反排序后的直流侧电容电压采样值为U_(Ky+1),U_(Ky+2),…,U_N的H桥单元运行于“0”电平模式；

(8)v_r<0，i_g<0且表达式II不成立

按步骤3.2所述的从大到小的顺序对V_erri进行排序，反排序后的直流侧电容电压采样值为U₁,U₂,…,U_Ky-1的H桥单元运行于“-1”电平模式，反排序后的直流侧电容电压采样值为U_Ky,U_(Ky+1),…,U_N的H桥单元运行于“0”电平模式。