[发明专利]一种扩大级联H桥光伏逆变器运行范围的控制方法

说明书

本发明公开了一种扩大级联H桥光伏逆变器运行范围的控制方法，属于光伏发电领域。主要步骤如下：(1)对所有H桥单元的直流侧电压进行控制，得到有功电流指令；(2)对电网电流的基波进行控制，以及对电网电流的三次谐波进行控制，并得到所需补偿的反相三次谐波电压；(3)计算H桥单元的调制度，并给过调制的H桥单元补偿三次谐波，得到过调制H桥单元的调制波；(4)按照所提出的控制方法，把反相三次谐波电压分配到非过调制的H桥单元，得到非过调制H桥单元的调制波。相比于现有公开的文献，该方法可以保证级联H桥型光伏并网逆变器在输入功率存在较严重的不平衡时，逆变器单位功率因数正常运行、直流侧电容电压波动较小且电网电流三次谐波含量较低。

技术领域

本发明属于电气工程领域的光伏发电技术，具体涉及一种扩大单相级联H桥光伏逆变器运行范围的控制方法。

背景技术

与传统的逆变器相比，级联H桥型多电平逆变器具有电网电流谐波含量低、开关频率低、滤波器体积小且易于模块化等优点，因此得到了众多学者的关注。此外，级联H桥多电平逆变器的每个H桥单元的直流侧可由一块光伏电池独立供电，使其独立的最大功率点追踪(MPPT—Maximum Power Point Tracking)控制成为可能，因此级联H桥多电平拓扑结构尤其适用于光伏并网逆变器。

虽然级联H桥型光伏并网逆变器的每个H桥单元都可以通过独立的MPPT控制提高系统的发电量，但若光伏电池受遮挡或损坏等因素的影响，部分光伏电池的输出功率会严重下降，由于流过每个H桥单元的电流相等而传输的功率差异较大，会使输出功率正常的光伏组件对应的H桥单元过调制，导致输出电流性能变差甚至系统不稳定。

目前，如何扩大级联H桥型逆变器的运行范围已经成为级联H桥型光伏逆变器研究的热点。文献“L.Liming,L.Hui,X.Yaosuo and L.Wenxin,Reactive power compensationand optimization strategy for grid-interactive cascaded photovoltaicsystems.IEEE Trans.Power Electron.,vol.30,no.1,pp.188-202,Jan.2015.”(L.Liming,L.Hui,X.Yaosuo and L.Wenxin，级联型并网光伏发电系统的无功功率补偿及其优化策略，IEEE电力电子杂志，2015年1月第30卷1期，第188页到202页)通过补偿一定的无功功率，当各个H桥模块的输出功率严重不平衡时依然能够保证所有H桥模块都不会过调制。然而，该方法会降低逆变器的功率因数。

文献“M.Miranbeigi,and H.Iman-Eini,Hybrid modulation technique forgrid-connected cascaded photovoltaic systems.IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.63,no.12,pp.7843-7853,Dec.2016.”(M.Miranbeigi,and H.Iman-Eini，级联型光伏并网发电系统的混合调制策略，IEEE工业电子杂志，2016年12月第63卷12期，第7843页到7853页)提出一种低频方波调制和高频正弦波脉冲宽度调制相结合的均衡控制策略，利用方波最大调制度为4/π的特点，提高H桥直流侧电压利用率。然而，该方法是根据系统运行状态分配每个H桥模块进行充电或放电，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的波动较大。直流侧电压的波动使得光伏组件偏离最大功率点运行，降低光伏组件的平均发电量。