[发明专利]基于电压闭环的级联型逆变器双模式无缝切换控制方法

说明书

本发明公开了一种基于电压闭环的级联型逆变器双模式无缝切换控制方法，该方法包括电流源模式与电压源模式互相切换控制方法。电流源模式切换电压源模式时，通过幅值同步和相位同步完成调制波电压的闭环跟踪，在此基础上采用电流前馈控制实现逆变器由电流源模式到电压源模式的无缝切换。电压源模式切换电流源模式时，通过调制波电压同步调节器完成调制波电压的闭环跟踪，在此基础上采用电流前馈控制实现逆变器由电压源模式到电流源模式的无缝切换。该方法能实现两种控制模式的无缝切换，还能实现光伏发电功率的最大跟踪。

技术领域

本发明涉及一种基于电压闭环的级联型逆变器双模式无缝切换控制方法，属于级联型光伏逆变器控制技术领域。

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小等优势而成为研究的热点。

级联H桥光伏逆变器由于其输出直接并入电网，省去了并网端的升压变压器，提高了光伏发电系统的整体效率。然而，大规模新能源发电系统常常安装在偏远地区，且新能源发电系统渗透率也不断增加，因此导致新能源发电系统常常连接于末端弱电网，而这一区域电网阻抗常常会因线路阻抗、并网机组数量、负载以及系统运行方式等因素的变化而发生变化。在这种具有阻抗变化特性的弱电网下，级联H桥光伏逆变器由于其输出阻抗小，采用传统电流源模式并网易发生振荡。此时，采用基于下垂控制的电压源并网模式，则可以实现逆变器并网的稳定控制。因此，研究级联型逆变器双模式无缝切换控制方法具有突出的工程意义。

目前，国内外学者针对逆变器电流源电压源双模式无缝切换控制方法已有相关研究。如梁建钢、金新民、吴学智和童亦斌在2014年4月发表在《电网技术》第38卷第4期上的《微电网逆变器VCS模式和CCS模式的切换技术》一文。该文针对微电网中的储能装置等分布式电源研究了基于三相PWM整流器拓扑结构的微电网逆变器在PQ控制的电流源模式和下垂控制电压源模式间的相互切换技术，提出了一种不同模式之间闭环跟踪互相切换的方法。但该方法针对的是逆变器在并网和离网两种工况下所引起的逆变器电流源与电压源模式之间的相互切换问题，未研究逆变器在并网时如何实现电流源电压源双模式无缝切换。此外，该方法针对的是针对集中式逆变器，未研究级联型逆变器电流源与电压源模式之间的无缝切换。

石荣亮、张兴和徐海珍等在2017年6月发表在《电工技术学报》第32卷第12期上的《基于自适应模式切换的虚拟同步发电机功率控制策略》中提出根据电网频率是否发生剧烈波动来切换微网储能逆变器的的控制模式。当电网频率发生大幅波动时使逆变器工作在电流源模式，防止储能电池过冲或过放来延长储能电池寿命。当电网频率正常时则采用基于下垂控制的电压源模式，实现并联微网储能逆变器的均流。但该方法针对的是三相集中式储能逆变器，未研究级联型逆变器。此外，由于其直流侧是储能电池，未研究光伏发电功率的最大跟踪。

2018年文献“A Novel Stability Improvement Strategy for a Multi-Inverter System in a Weak Grid Utilizing Dual-Mode Control”Ming Li，Xing Zhangand Wei Zhao，《energies》，2018，11(8)，2144-2162(“一种新颖的弱电网下提高多逆变器系统稳定性双模式控制策略”，《能源期刊》2018年第11卷第8期2144-2162页)提出一种基于阻抗滞环的切换方式来提高多逆变器系统的稳定性。但该方法未研究逆变器在电流源模式或者电压源模式下如何实现光伏发电功率的最大跟踪。此外，该方法针对的是三相集中式逆变器，未涉及级联型光伏逆变器。

综上所述，现有级联H桥光伏并网逆变器电流源电压源双模式无缝切换控制方法主要存在如下问题：

(1)现有技术研究的逆变器电流源电压源双模式切换控制方法多针对逆变器在并网和离网两种工况下所引起的逆变器电流源与电压源模式之间的相互切换问题，较少涉及逆变器在并网时如何实现电流源电压源双模式无缝切换。