[发明专利]扩大级联并网逆变器稳定运行范围的调制波混合控制策略

权利要求书

1.一种扩大级联并网逆变器稳定运行范围的调制波混合控制策略，所述级联并网逆变器为单相逆变器，包含N个相同的H桥单元，将N个H桥单元中的任一个H桥单元记为H桥单元HB_j，j＝1，2，...，N，N为大于1的正整数；在每个H桥单元HB_j的直流侧均并联一个电容C_j和一块光伏组件PV_j，N个H桥单元HB_j的交流侧输出相互串联后，通过滤波电感L_s并入电网；所述H桥单元HB_j中包括4个具有反向并联二极管的开关管，分别记为开关管S_j1、开关管S_j2、开关管S_j3和开关管S_j4，开关管s_j1与开关管S_j2串联组成H桥单元HB_j的a桥臂，开关管S_j3与开关管S_j4串联组成H桥单元HB_j的b桥臂；

其特征在于，所述控制策略包括锁相控制、直流母线电压控制、并网电流控制、调制波生成控制和载波移相调制，步骤如下：

步骤1，锁相控制

采样电网电压v_g，并将该电网电压v_g经过锁相PLL环节得到电网电压幅值V_gM和电网电压相位角θ；

步骤2，直流母线电压控制

步骤2.1，对N个光伏组件PV_j的输出电压进行采样，并记为直流电压V_dcj，对N个光伏组件PV_j的输出电流进行采样，并记为光伏电流I_PVj；

步骤2.2，根据直流电压V_dcj和光伏电流I_PVj进行最大功率点跟踪控制，得到H桥单元HB_j的最大功率点电压，将该H桥单元HB_j的最大功率点电压作为H桥单元HB_j的直流电压的参考值，并记作直流电压参考值

步骤2.3，将直流电压V_dcj和直流电压参考值通过电压调节器进行控制，得到电压调节器输出I_j，j＝1，2，...，N，表达式如下：

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2.4，将直流电压V_dcj和电压调节器输出I_j相乘，得到H桥单元HB_j的控制输出功率P_cj，P_cj＝V_dcjI_j；

步骤2.5，采用延迟一拍的方法计算H桥单元HB_j的基准功率P_bj，其计算式为：

其中，V_r’为上一个控制周期逆变器的总调制电压幅值，P_j’为上一控制周期H桥单元HB_j的选择功率；

步骤2.6，根据H桥单元HB_j的控制输出功率P_cj与H桥单元HB_j的基准功率P_bj之间的关系，生成H桥单元HB_j的选择功率P_j，表达式如下：

步骤3，并网电流控制

步骤3.1，采用延迟一拍的方法计算N个H桥单元功率之和P_z，计算式如下：

步骤3.2，根据N个H桥单元功率之和P_z和电网电压幅值V_gM，计算并网电流d轴分量参考值I_dref，I_dref＝2P_z/V_gM；

步骤3.3，采样并网电流i_g，并对该并网电流i_g进行SOGI运算得到并网电流α轴分量i_α和并网电流β轴分量i_β，再经过αβ/dq变换得到并网电流d轴分量I_d和并网电流q轴分量I_q，计算公式如下：

步骤3.4，令并网电流q轴分量参考值I_qref＝0，将并网电流d轴分量参考值I_dref和并网电流d轴分量I_d通过电流调节器控制，并将电网电压幅值V_gM前馈后，得到逆变器的d轴调制电压U_d；将并网电流q轴分量参考值I_qref和并网电流q轴分量I_q通过电流调节器控制，得到逆变器的q轴调制电压U_q，具体表达式如下：

其中，k_iP为电流调节器的比例系数，k_iI为电流调节器的积分系数；

步骤3.5，根据逆变器的d轴调制电压U_d和逆变器的q轴调制电压U_q，计算逆变器的总调制电压幅值V_r及其与电网电压的夹角δ，其计算式分别如下：

其中，arctan(U_q/U_d)表示U_q/U_d的反正切值；

步骤4，调制波生成

步骤4.1，计算H桥单元HB_j的调制度M_j，计算式如下：

在N个H桥单元中，M_j＞1的H桥单元HB_j为过调制单元，过调制单元均进入步骤4.2，M_j≤1的H桥单元HB_j为非过调制单元，非过调制单元均进入步骤4.3；将H桥单元HB_j的调制电压记为m_Rj；

步骤4.2，过调制单元调制波计算

首先，判断N个H桥单元HB_j的调制度M_j中最大值max(M_j)的范围：

若max(M_j)＞1.155，按下式反解出H桥单元HB_j的触发角后，再计算m_Rj：

H桥单元HB_j的补偿谐波hf_j的计算式如下：

hf_j＝m_Rj-M_jcos(θ+δ)

令所有未进入步骤4.2的H桥单元HB_j的补偿谐波hf_j均为0，计算所有过调制单元补偿的总谐波hf：

步骤4.3，非过调制单元调制波计算

计算非过调制单元中的H桥单元HB_j的注入反向谐波的裕度V_hojmax，V_hojmax＝1-M_j；

令所有未进入步骤4.3的H桥单元HB_j的注入反向谐波的裕度V_hojmax＝0，计算补偿给非过调制单元中的H桥单元HB_j的谐波，并记为反向补偿谐波ho_j，其计算式如下：

H桥单元HB_j的调制电压m_Rj的计算式如下：

m_Rj＝M_jcos(θ+δ)+ho_j

步骤5，根据步骤4中计算得到的H桥单元HB_j的调制电压m_Rj，执行载波移相调制CPSPWM，生成各个H桥单元HB_j的开关信号，具体过程如下：

步骤5.1，记H桥单元HB_j的三角载波信号为V_carj，该信号为周期信号，周期为1/f_car，其中，f_car为载波频率；

H桥单元HB₁的三角载波信号V_car1在一个周期0≤t＜1/f_car内的表达式如下：

步骤5.2，令H桥单元HB_j的三角载波信号V_carj滞后于前一个H桥单元HB_(j-1)的三角载波信号V_car(j-1)，滞后时间为1/(2Nf_car)；

步骤5.3，将开关管s_j1、开关管S_j2、开关管s_j3和开关管s_j4的驱动信号分别记为驱动信号s_j1、驱动信号s_j2、驱动信号s_j3和驱动信号s_j4；

令H桥单元HB_j的开关管S_j1和开关管S_j2满足互补导通原则，开关管S_j3和开关管S_j4满足互补导通原则，且驱动信号s_j1和驱动信号s_j3的选择如下：

通过上述方法分别生成各H桥单元HB_j4个开关管的驱动信号s_j1，s_j2，s_j3，s_j4。