[发明专利]减小级联H桥逆变器直流电压波动的功率均衡控制方法

摘要

本发明公开了一种减小级联H桥逆变器直流电压波动的功率均衡控制方法，目的是解决直流侧电压波动较大造成系统发电量降低问题，包括如下步骤：总直流侧电压控制，用来实现各H桥单元直流侧电压跟踪其最大功率点电压，并得到系统有功电流指令值；网侧电流解耦控制，能够实现有功电流和无功电流的独立控制，同时产生逆变器总调制波电压；单元间功率均衡控制，通过对各H桥单元的直流侧电压误差排序，确定每个H桥单元的正确开关状态以实现各H桥单元间功率均衡控制及各H桥单元的最大功率跟踪。该方法能够较好地适应各种工况，不仅能实现级联H桥光伏逆变器在较大范围内稳定运行，而且能够减小直流侧电压波动，提高系统的发电量。

主权项

1.减小级联H桥逆变器直流电压波动的功率均衡控制方法，所述的级联H桥逆变器包括N个相同的H桥单元，每个H桥单元的直流侧通过开关与一块光伏电池板连接，其特征在于，本控制方法包括总直流侧电压控制、网侧电流解耦控制和单元间功率均衡控制，主要步骤如下：步骤1，总直流侧电压控制步骤1.1，对N个H桥单元的直流侧电压进行采样并经过100Hz陷波器滤波，得到N个H桥单元的直流侧电压实际值并记为V_PVi，i＝1,2,3…N；采样电网电压实际值V_G和电网电流I_S；步骤1.2，对步骤1.1得到的N个H桥单元的直流侧电压实际值V_PVi进行最大功率点跟踪控制，得到N个H桥单元的直流侧电压指令值并记为V_PVi^*，i＝1,2,3…N；步骤1.3，通过电压调节器，计算得到逆变器并网有功电流的指令值I_d^*，其计算式为：其中，K_VP为电压调节器比例系数，K_VI为电压调节器积分系数，s为拉普拉斯算子，为N个H桥单元的直流侧电压实际值之和，为N个H桥单元的直流侧电压指令值之和；步骤2，网侧电流解耦控制步骤2.1，将步骤1.1中采样得到的电网电流I_S通过虚拟同步旋转坐标变换转换成旋转坐标系下的电网电流有功分量I_d和电网电流无功分量I_q；步骤2.2，设逆变器并网无功电流指令值I_q^*为0，分别通过有功电流调节器和无功电流调节器，计算得到d轴PI调节值E_d和q轴PI调节值E_q，其计算式分别为：其中，K_iP为电流调节器比例系数，K_iI为电流调节器积分系数，s为拉普拉斯算子；步骤2.3，将步骤2.2中得到的d轴PI调节值E_d和q轴PI调节值E_q通过虚拟同步旋转反坐标变换得到自然坐标系下逆变器总调制波电压V_r，其计算式为：V_r＝E_dsinθ+E_qcosθ其中，θ为电网电压的相位；步骤3，单元间功率均衡控制步骤3.1，将步骤1.1中采样得到的N个H桥单元的直流侧电压实际值V_PVi与步骤1.2中相对应的N个H桥单元的直流侧电压指令值V_PVi^*相比较得到N个直流侧电压误差值并记为ΔV_i，其中，i＝1,2,3…N；步骤3.2，先将步骤3.1中得到的N个H桥单元的直流侧电压误差值ΔV_i按照数值大小进行升序排列，并用电压误差序列号j＝1,2,3…N进行标注，然后根据电压误差序列号j对其对应的N个H桥单元的直流侧电压实际值V_PVi重新进行排序，得到N个排序后的直流侧电压实际值并记为V_j，j＝1,2,3…N；步骤3.3，根据步骤3.2中得到的N个排序后的直流侧电压实际值V_j将逆变器总调制波电压V_r分成N个电压区间，判断当前逆变器总调制波电压V_r所处的电压区间K，其中电压区间K定义为K＝1,2,3…N；步骤3.4，根据当前逆变器总调制波电压V_r的极性，电网电流I_S的方向及电压区间K确定N个H桥单元的输出模式：(1)V_r>0，I_s>0排序后的直流侧电压实际值V_j为V_N–K+1,V_N–K+2…V_N的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为S_N–K+1＝S_N–K+2＝…S_N＝1，排序后的直流侧电压实际值V_j为V₂,V₃…V_N–K的H桥单元运行于“0”电平模式，并记为S₂＝S₃＝…＝S_N–K＝0，排序后的直流侧电压实际值V_j为V₁的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：V_PWM＝V_r‑(S₂V₂+S₃V₃+...+S_N‑KV_N‑K)‑(S_N‑K+1V_N‑K+1+S_N‑K+2V_N‑K+2+...+S_NV_N)(2)V_r>0，I_s≤0排序后的直流侧电压实际值V_j为V₁,V₂…V_K的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为S₁＝S₂＝…＝S_K＝1，排序后的直流侧电压实际值V_j为V_K+1,V_K+2…V_N–1的H桥单元运行于“0”电平模式，并记为S_K+1＝S_K+2＝…＝S_N–1＝0，排序后的直流侧电压实际值V_j为V_N的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：V_PWM＝V_r‑(S₁V₁+S₂V₂+...+S_KV_k)‑(S_K+1V_K+1+S_K+2V_K+2+...+S_N‑1V_N‑1)(3)V_r≤0，I_s>0排序后的直流侧电压实际值V_j为V₁,V₂…V_K的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为S₁＝S₂＝…＝S_K＝–1，排序后的直流侧电压实际值V_j为V_K+1,V_K+2…V_N–1的H桥单元运行于“0”电平模式，并记为S_K+1＝S_K+2＝…＝S_N–1＝0，排序后的直流侧电压实际值V_j为V_N的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：V_PWM＝V_r‑(S₁V₁+S₂V₂+...+S_KV_K)‑(S_K+1V_K+1+S_K+2V_K+2+...+S_N‑1V_N‑1)(4)V_r≤0，I_s≤0排序后的直流侧电压实际值V_j为V_N–K+1,V_N–K+2…V_N的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为S_N–K+1＝S_N–K+2＝…S_N＝–1，排序后的直流侧电压实际值V_j为V₂,V₃…V_N–K的H桥单元运行于“0”电平模式，并记为S₂＝S₃＝…＝S_N–K＝0，排序后的直流侧电压实际值V_j为V₁的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：V_PWM＝V_r‑(S₂V₂+S₃V₃+...+S_N‑KV_N‑K)‑(S_N‑K+1V_N‑K+1+S_N‑K+2V_N‑K+2+...+S_NV_N)。