[发明专利]一种基于分层电压控制的级联H桥变流器柔性并网方法

说明书

本发明公开一种基于分层电压控制的级联H桥变流器柔性并网方法，级联H桥变流器由k个H桥首尾相互连接组成，用以提升整体输出电压等级和功率容量，实现低压分布式电源的友好型并网，向电网注入所需的有功功率和无功功率。以分层控制为手段，中央控制器实现并网点的功率精确控制，本地控制器进行二次调节，实现级联系统内部功率分配。本发明提供的分层控制策略具有灵活的功率控制性能，为未来光伏和储能级联系统的控制策略提供了有利的补充，具有较强实用性。

技术领域

本发明涉及用于级联H桥变流器柔性并网方法，具体是以分层控制的方式实现级联变流器内部的功率分配。

背景技术

随着分布式可再生能源和储能装置的安装日益增多，给现代配电系统带来了结构上的变化。而一般的光伏发电或者储能装置输出电压等级较低，需要采用级联的结构，对电压进行合理的提升，进而提高整体功率输出等级。为了实现对独立光伏单元、储能单元等低压直流电源的灵活调控，一般采用变流器直接连接单个直流源的形式，并通过多变流器输出级联，进行组串式并网。在级联系统中，为了避免单个H桥过载导致器件烧毁降低供电可靠性，需要开发并网模式下级联系统中功率分配控制方法。

然而，绝大数的论文和公开专利主要集中在多电平变换器技术与级联型并网逆变器的输出功率和电流响应方面，在功率分配方面也仅仅实现了级联系统中每个H桥的均等功率分配性能。在现有的技术中，还没有一种适用于并网模式下级联H桥的功率分配控制方法，在低带宽通信的情况下实现多个级联逆变器间的协同控制，提高分布式电源的电压等级。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于分层电压控制的级联H桥变流器柔性并网方法，在低带宽通信条件下实现级联变流器间的功率分配，达到友好型并网，填补了级联H桥变流器功率比例分配的空白。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于分层电压控制的级联H桥变流器柔性并网方法，变流器由k个相互级联的逆变器首尾连接组成，直流侧为电池，并采用中央控制器与本地控制器相结合的分层控制方法，实现低压电源友好型并网，并实现并离网切换操作，包括以下步骤：

(1)将级联H桥变流器看成一个整体，中央控制器采用下垂控制方法，采集并网点电压和电流信息，实现并网点的频率和电压下垂控制；并且通过中央控制器收集各直流侧电池的SoC信息，通过SoC信息计算每个级联H桥的有功和无功功率的参考值，由此计算每个级联H桥的功率因数和视在功率的参考；

(2)本地控制器接收中央控制器发送的信息，并依此进行二次调节，实现级联H桥间的功率分配；

(3)当接受到孤岛操作指令时，中央控制器修改控制方法，实现无缝切换，利用本地控制器实现级联H桥间的功率分配。

进一步的，步骤(1)包括以下步骤：

中央控制器通过功率计算，计算得到级联H桥变流器并网点的有功功率和无功功率；以计算得到的有功功率和无功功率分别进行有功-频率下垂控制和无功-幅值下垂控制，并且下垂控制器均采用PI控制器，由此计算得到级联H桥并网点(PCC)的角频率和电压幅值；

同时，中央控制器收集各个电池的SoC信息，通过SoC信息确定每个级联H桥的参考有功功率和参考无功功率比例系数，将得到的比例系数与给定的参考值相乘得到每个级联H桥的参考有功功率与无功功率，进一步计算得到每个级联H桥的功率因数参考值和视在功率参考值；

上述两步骤计算得到的参考值，通过低带宽通信的方式发送到各个级联H桥。

进一步的，步骤(2)包括以下步骤：

本地控制器采集各自的电容电压、并网电流和电容电流，利用电容电压和并网电流计算得到每个级联H桥的有功功率和无功功率，由此再计算得到每个级联H桥的功率因数和视在功率；