[发明专利]级联H桥型光伏并网逆变器的控制及调制策略

摘要

本发明公开了一种级联H桥型光伏并网逆变器的控制及调制策略，属于光伏发电领域。该方法可以实现级联H桥型光伏并网逆变器的在线低频调制策略，同时兼顾直流侧电容电压的均衡控制。主要步骤如下：(1)通过比例积分调节器对总直流侧电容电压进行控制并得到并网电流指令值的幅值；(2)使用比例谐振调节器实现对电网电流的无静差控制，同时产生逆变器的总调制波；(3)分配每个H桥模块的运行模式，实现在线低频调制策略。所述方法无须实时计算电平切换时刻和H桥模块的投入时间，实施简单且计算量较小。

主权项

1.一种级联H桥型光伏并网逆变器的控制方法，所述的级联H桥型光伏并网逆变器包括N个相同的H桥单元，每个H桥单元的直流侧都分别连接一块光伏电池，其特征在于，控制方法包括总直流侧电容电压的均衡控制、并网电流控制和低开关频率调制策略，步骤如下：步骤1，总直流侧电容电压的均衡控制步骤1.1，分别对N个H桥单元的直流侧电容电压和光伏电池输出电流进行采样，得到N个H桥单元的直流侧电容电压采样值和对应的N个H桥单元的光伏电池输出电流采样值，并分别记为V_dci和I_PVi，i＝1,2,…,N；步骤1.2，根据步骤1.1得到的N个H桥单元的直流侧电容电压采样值V_dci和N个H桥单元的光伏电池输出电流采样值I_PVi，分别对N个H桥单元所连接的光伏电池进行最大功率点追踪，得到N个H桥单元的直流侧电容电压指令值步骤1.3，通过电压调节器，计算得到逆变器并网电流指令值的幅值I_g，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2，并网电流控制步骤2.1，分别对电网电压和并网电流进行采样，得到电网电压采样值v_g和并网电流采样值i_g；步骤2.2，使用数字锁相环对步骤2.1得到的电网电压采样值v_g进行锁相，得到电网电压相位角θ，再根据步骤1.3计算得到的并网电流指令值的幅值I_g，可以计算并网电流的指令值其计算式为：其中，cos(θ)表示电网电压相位角θ的余弦值；步骤2.3，通过电流调节器，计算得到级联H桥型逆变器的总调制波v_r，其计算式为：其中，K_P和K_r分别为电流调节器的比例系数和谐振系数，ω_c为截止频率，s为拉普拉斯算子，ω₀为电网电压的角频率；步骤3，低开关频率调制策略步骤3.1，分别计算N个H桥单元的直流侧电容电压采样值V_dci与对应直流侧电容电压指令值的差值V_erri，其计算式为：步骤3.2，每隔固定时间T_sort对V_erri按从小到大的顺序排序一次，排序后的值按从小到大的顺序依次记为V_upi，i＝1,2,…,N，与按从小到大的顺序排列的V_upi对应的直流侧电容电压采样值V_dci记为正排序后的直流侧电容电压采样值V_i，i＝1,2,…,N；再对V_erri按从大到小的顺序排序一次，排序后的值按从大到小的顺序依次记为V_downi，i＝1,2,…,N，与按从大到小的顺序排列的V_downi对应的直流侧电容电压采样值V_dci记为反排序后的直流侧电容电压采样值U_i，i＝1,2,…,N；步骤3.3，对V_erri按从小到大的顺序进行排序后，N个正排序后的直流侧电容电压采样值V_i将总调制波v_r分成N个电压区间；对V_erri按从大到小的顺序进行排序后，N个反排序后的直流侧电容电压采样值U_i将总调制波v_r分成N个电压区间；逆变器的总调制波v_r是按照正弦规律变化的信号，根据当前总调制波v_r的值可以计算在上述两种排序模式下总调制波v_r所处的电压区间，分别记为Kx和Ky，其计算式如下：其中，|v_r|为总调制波v_r的绝对值；步骤3.4，分别定义两个表达式I和II，如下所示：I：II：步骤3.5，规定第i个H桥单元运行于“+1”模式表示该H桥单元交流侧输出电压为V_dci，第i个H桥单元运行于“0”模式表示该H桥单元交流侧输出电压为0，第i个H桥单元运行于“‑1”模式表示该H桥单元交流侧输出电压为‑V_dci，i＝1,2,…,N；根据总调制波v_r的极性、并网电流采样值i_g的极性以及表达式I和表达式II，确定N个H桥单元的运行模式：(1)v_r>0，i_g>0且表达式II成立按步骤3.2所述的从大到小的顺序对V_erri进行排序，反排序后的直流侧电容电压采样值为U₁,U₂,…,U_Ky的H桥单元运行于“+1”电平模式，反排序后的直流侧电容电压采样值为U_(Ky+1),U_(Ky+2),…,U_N的H桥单元运行于“0”电平模式；(2)v_r>0，i_g>0且表达式II不成立按步骤3.2所述的从大到小的顺序对V_erri进行排序，反排序后的直流侧电容电压采样值为U₁,U₂,…,U_Ky‑1的H桥单元运行于“+1”电平模式，反排序后的直流侧电容电压采样值为U_Ky,U_(Ky+1),…,U_N的H桥单元运行于“0”电平模式；(3)v_r>0，i_g<0且表达式I成立按步骤3.2所述的从小到大的顺序对V_erri进行排序，正排序后的直流侧电容电压采样值为V₁,V₂,…,V_Kx的H桥单元运行于“+1”电平模式，正排序后的直流侧电容电压采样值为V_(Kx+1),V_(Kx+2),…,V_N的H桥单元运行于“0”电平模式；(4)v_r>0，i_g<0且表达式I不成立按步骤3.2所述的从小到大的顺序对V_erri进行排序，正排序后的直流侧电容电压采样值为V₁,V₂,…,V_(Kx‑1)的H桥单元运行于“+1”电平模式，正排序后的直流侧电容电压采样值为V_Kx,V_(Kx+1),…,V_N的H桥单元运行于“0”电平模式；(5)v_r<0，i_g>0且表达式I成立按步骤3.2所述的从小到大的顺序对V_erri进行排序，正排序后的直流侧电容电压采样值为V₁,V₂,…,V_Kx的H桥单元运行于“‑1”电平模式，正排序后的直流侧电容电压采样值为V_(Kx+1),V_(Kx+2),…,V_N的H桥单元运行于“0”电平模式；(6)v_r<0，i_g>0且表达式I不成立按步骤3.2所述的从小到大的顺序对V_erri进行排序，正排序后的直流侧电容电压采样值为V₁,V₂,…,V_(Kx‑1)的H桥单元运行于“‑1”电平模式，正排序后的直流侧电容电压采样值为V_Kx,V_(Kx+1),…,V_N的H桥单元运行于“0”电平模式；(7)v_r<0，i_g<0且表达式II成立按步骤3.2所述的从大到小的顺序对V_erri进行排序，反排序后的直流侧电容电压采样值为U₁,U₂,…,U_Ky的H桥单元运行于“‑1”电平模式，反排序后的直流侧电容电压采样值为U_(Ky+1),U_(Ky+2),…,U_N的H桥单元运行于“0”电平模式；(8)v_r<0，i_g<0且表达式II不成立按步骤3.2所述的从大到小的顺序对V_erri进行排序，反排序后的直流侧电容电压采样值为U₁,U₂,…,U_Ky‑1的H桥单元运行于“‑1”电平模式，反排序后的直流侧电容电压采样值为U_Ky,U_(Ky+1),…,U_N的H桥单元运行于“0”电平模式。