[发明专利]适合模块间功率不平衡的光伏中压级联型变换器控制方法

说明书

本发明公开了一种适合模块间功率不平衡的光伏中压级联型变换器控制方法。它针对光伏中压级联逆变器各功率变换模块间不同的输入有功功率，通过控制最小所需的无功功率来提高对有功功率不平衡的适应能力。该方法通过控制有功功率最大的模块只输出有功，同时对除有功功率最大模块以外的所有功率模块的有功功率进行排序，使得有功功率最小的模块首先输出无功，并且按模块的有功功率排序依次输出所需的无功；当以上控制方案失效时，则采取使所有功率变换模块视在功率相等的方法进行控制。本发明在增强变换器对功率不平衡的适应能力的同时可使所需输出的无功功率尽可能小。

技术领域

本发明涉及中压光伏发电功率变换技术领域，尤其涉及一种适合模块间功率不平衡的光伏中压级联型变换器控制方法。

背景技术

光伏发电应用中的一个关键指标是发电效率。传统的大型光伏电站变换器的解决方案主要是集中式发电架构。集中式发电是通过高压直流汇流后再集中进行逆变的变换器架构，这种架构的示意图如图1所示。在集中式架构的光伏电站中，为了实现升压和电气隔离，需要笨重的工频交流升压变压器，而这个变压器存在空载损耗高等问题，降低了中压光伏系统的效率。

级联型隔离变换器可以避免使用传统方案中的工频变压器，同时，模块化的设计可以有效降低生产制造成本，提升系统可靠性和可拓展性。级联型隔离变换器的结构示意图如图2所示。现有的光伏中压级联变换系统存在着功率不平衡的问题，随着光照强度、使用时间等的变化，光伏电池板的输出功率、电压大小也在发生改变，从而可能导致各个模块输出功率不平衡，并且可能导致模块输出过调制，进而导致光伏变换器故障停机。为了获得尽可能长的发电时间，需要级联变换器在功率不平衡情况下也能正常工作。在传统的架构中，所有光伏电池板都连接到同一直流母线，功率可以在各模块间流动，不存在功率不平衡导致的过调制问题。而针对没有公共直流母线的两级式架构，需要通过控制策略来避免过调制问题[2]。目前常见的思路是通过使级联变换器输出或吸收无功功率来拓宽级联变换器耐受功率不平衡的范围。目前已发表的文献中，比较有代表性的两种控制策略是无功功率均分(Reactive Power Sharing,RPS)[3]和视在功率均分(Apparent Power Sharing,APS)策略[4]。RPS策略是使各个模块输出的无功功率相同，APS策略则是使各个模块输出的视在功率相同。

上述控制方法对功率不平衡的应用范围有一定的限制，并且所需较大的无功功率。无功功率的增加会导致并网电流的增加，从而会导致各个模块功率损耗的增加。本发明的目的在于，尽可能提升变换器对功率不平衡耐受能力的同时，尽量减小无功功率的大小。

参考文献：

[1]G.Liu,Y.Jang,M.M.Jovanovi,and J.Q.Zhang,“Implementation of a 3.3-kW DC–DC Converter for EV On-Board Charger Employing the Series-ResonantConverter With Reduced-Frequency-Range Control,”IEEE Trans.Power Electron.,vol.32,no.6,pp.4168–4184,Jun.2017,doi:10.1109/TPEL.2016.2598173.

[2]Y.Yu,G.Konstantinou,B.Hredzak,and V.G.Agelidis,“Power Balance ofCascaded H-Bridge Multilevel Converters for Large-Scale PhotovoltaicIntegration,”IEEE Trans.Power Electron.,vol.31,no.1,pp.292–303,Jan.2016,doi:10.1109/TPEL.2015.2406315.