[发明专利]一种级联H桥光伏并网逆变器的功率不平衡控制方法

权利要求书

1.一种级联H桥光伏并网逆变器的功率不平衡控制方法，所述的级联H桥光伏并网逆变器为单相逆变器，包含N个相同的H桥变换器，N为大于1的正整数，每个H桥变换器均由四个全控型功率开关器件组成，每个H桥变换器前端各并联一个电解电容，每个电解电容分别与一个光伏组件并联；

其特征在于，所述的控制方法包括H桥变换器直流母线电压控制、参考功率选择、电网电流控制以及H桥变换器调制波计算，步骤如下：

步骤1，H桥变换器直流母线电压控制

步骤1.1，分别对N个H桥变换器直流母线电容电压和N个光伏组件的输出电流进行采样，得到N个H桥变换器直流母线电容电压采样值和N个光伏组件的输出电流采样值，并分别记为V_dci和I_dci，i＝1，2，…，N；

步骤1.2，根据步骤1.1得到的N个H桥变换器直流母线电容电压采样值V_dci和N个光伏组件的输出电流采样值I_dci，分别对N个光伏组件进行最大功率点追踪控制，得到N个光伏组件的最大功率点电压

步骤1.3，使用陷波器对步骤1.1得到的N个H桥变换器直流母线电容电压采样值V_dci进行滤波，并将滤波后的N个H桥变换器直流母线电容电压采样值记为V_dciA，i＝1，2，…，N，其计算式为：

其中，s为拉普拉斯算子，Q表示陷波器的品质因数，ω₀表示陷波器的固有角频率；

步骤1.4，将步骤1.2得到的N个光伏组件的最大功率点电压作为H桥变换器直流母线电容电压的参考值，使用N个相同的电压调节器分别对滤波后的N个H桥变换器直流母线电容电压采样值V_dciA进行控制，N个电压调节器的输出分别为N个H桥变换器的参考电流信号I_i，i＝1，2，…，N，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1.5，将滤波后的N个H桥变换器直流母线电容电压采样值V_dciA和步骤1.4得到的N个H桥变换器的参考电流信号I_i相乘，得到N个H桥变换器的输出功率P_Ci，i＝1，2，…，N，其计算式为：

P_Ci＝V_dciAI_i，i＝1，2，...，N

步骤2，参考功率选择

计算出N个H桥变换器实际能够传输的有功功率P_i以及级联H桥光伏并网逆变器直流侧向交流侧传输的总功率P_T，其计算式分别为：

其中，P_Ri为第i个H桥变换器实际能够传输的最大有功功率，其计算式为：

为上一个控制周期计算出的第i个H桥变换器的调制度；

为上一控制周期计算出的级联H桥光伏并网逆变器直流侧向交流侧传输的总功率；

为上一控制周期计算出的级联H桥光伏并网逆变器的交流输出基波电压的幅值；

步骤3，电网电流控制

步骤3.1，分别对电网电压和电网电流进行采样，得到电网电压采样值v_g和电网电流采样值i_g；

步骤3.2，使用数字锁相环对步骤3.1得到的电网电压采样值v_g进行锁相，得到电网电压的相位角ωt和电网电压的幅值V_g；

步骤3.3，令电网电流采样值i_g的相位角延迟π/2而幅值保持不变，得到与电网电流采样值i_g正交的信号i_Q，将i_g和i_Q从两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系，得到有功电流反馈值i_d和无功电流反馈值i_q，其计算式如下：

其中，cos(ωt)为电网电压相位角ωt的余弦值，sin(ωt)为电网电压相位角ωt的正弦值；

步骤3.4，为了使级联H桥光伏并网逆变器单位功率因数运行，无功电流参考值直接设定为0，有功电流参考值由步骤2得到的级联H桥光伏并网逆变器直流侧向交流侧实际传输的总有功功率P_T和步骤3.2得到的电网电压的幅值V_g计算出来，其计算式为：

步骤3.5，分别使用有功电流调节器和无功电流调节器对i_d和i_q进行控制，得到有功调制电压的幅值v_d和无功调制电压的幅值v_q，其计算式为：

其中，K_IP1为有功电流调节器的比例系数，K_II1为有功电流调节器的积分系数，K_IP2为无功电流调节器的比例系数，K_II2为无功电流调节器的积分系数；

步骤3.6，计算出级联H桥光伏并网逆变器的交流输出基波电压的幅值V_HAB和级联H桥光伏并网逆变器交流输出基波电压与电网电压采样值v_g的夹角α，其计算式为：

其中，arctan(v_q/v_d)表示v_q/v_d的反正切值；

步骤4，H桥变换器调制波计算

步骤4.1，分别计算出N个H桥变换器的调制度M_i，i＝1，2，…，N，其计算式为：

步骤4.2，根据步骤4.1得到的N个H桥变换器的调制度M_i判断系统的工作模式：若N个H桥变换器的调制度M_i都不大于1，系统的工作模式记为模式1，执行步骤4.3；若N个H桥变换器的调制度M_i都不大于4/π，且存在至少一个H桥变换器的调制度大于1，系统的工作模式记为模式2，执行步骤4.4；若存在至少一个H桥变换器的调制度大于4/π，系统的工作模式记为模式3，执行步骤4.5；

步骤4.3，当系统的工作模式为模式1时，直接计算出N个H桥变换器的调制波m_i，其计算式为：

m_i＝M_isin(ωt+α)，i＝1，2，...，N

步骤4.4，当系统的工作模式为模式2时，根据步骤4.4.1至4.4.4计算出N个H桥变换器的调制波m_i，为了便于描述，将第1，2，…，x个H桥变换器的调制度设定介于1～4/π之间，第x+1，…，N个H桥变换器的调制度设定不大于1，x为小于N的正整数；

步骤4.4.1，根据步骤4.1计算得到的H桥变换器的调制度M_i，计算出第1～x个H桥变换器的调制波m_i，i＝1，2，…，x，其计算式为：

步骤4.4.2，计算出第1～x个H桥变换器输出的总谐波电压v_PT1，其计算式为：

步骤4.4.3，设级联H桥光伏并网逆变器的交流输出电压不含有所补偿的谐波分量，第x+1～N个H桥变换器需要输出的总谐波电压v_NT1的计算式为：

步骤4.4.4，计算出第x+1～N个H桥变换器的调制波m_i，i＝x+1，…，N，其计算式为：

其中，V_Himax1为计算过程的中间变量，其计算式为：

V_Himax1＝(1-M_i)V_dciA，i＝x+1，…，N

步骤4.5，当系统的工作模式为模式3时，根据步骤4.5.1至4.5.5计算出N个H桥变换器的调制波m_i，为了便于描述，将第1，2，…，y个H桥变换器的调制度设定大于4/π，第y+1，…，z个H桥变换器的调制度设定介于1到4/π之间，第z+1，…，N个H桥变换器的调制度设定不大于1，y和z均为正整数且y＜z＜N；

步骤4.5.1，由于存在调制度大于4/π的H桥变换器，超出了H桥变换器的最大线性调制范围，需要重新计算出N个H桥变换器的调制度S_i，i＝1，2，…，N，其计算式为：

步骤4.5.2，根据步骤4.5.1重新计算出的N个H桥变换器的调制度S_i，计算出第1～z个H桥变换器的调制波m_i，i＝1，2，…，z，其计算式为：

步骤4.5.3，计算出第1～z个H桥变换器输出的总谐波电压v_PT2，其计算式为：

步骤4.5.4，设级联H桥光伏并网逆变器的交流输出电压不含有所补偿的谐波分量，第z+1～N个H桥变换器需要输出的总谐波电压v_NT2的计算式为：

步骤4.5.5，计算出第z+1～N个H桥变换器的调制波m_i，i＝z+1，…，N，其计算式为：

其中，V_Himax2为计算过程中的中间变量，其计算式为：

V_Himax2＝(1-S_i)V_dciA，i＝z+1，…，N。