[发明专利]一种级联型光伏并网逆变器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种级联型光伏并网逆变器及其控制方法。

背景技术

太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，具有清洁、安全、广泛等优点。从理论上看，如果把太阳能传送到地球的能量全部转化为电能，则每年的发电量相当于目前世界上能耗的40倍。随着光伏发电成本的降低和化石能源的告急，大功率光伏并网发电是必然的选择。

当前，MW级光伏并网发电通常是由若干个kW级的光伏并网逆变器通过一个共同的变压器升压，再统一并接到高压电网。但是，随着功率等级的提高，开关管工作频率必然下降，导致电能质量下降；而且，通过变压器升压并网，会导致很多问题，如变压器成本高、体积大、笨重、降低系统效率、存在直流偏磁和励磁涌流等问题。

发明内容

本发明的首要目的是解决现有技术方案中系统容量与电能质量之间的矛盾，解决升压变压器带来的问题，提供一种级联型光伏并网逆变器。具有电压等级高、功率等级大、电能质量好等优点，可以直接高压并网，不需要变压器，节省了成本和占地面积。

本发明的另一目的是提供一种级联型光伏并网逆变器的控制方法。

本发明实现上述首要目的所采用的技术方案为：本级联型光伏并网逆变器，包括光伏阵列和若干个级联的单元体；所述光伏阵列包括若干个光伏单元，每个光伏单元均与一个单元体的输入侧连接；每个单元体均是一个单级式单相光伏并网逆变器。

所述单级式单相光伏并网逆变器包括直流母线电容和H桥逆变电路；直流母线电容并联在单级式单相光伏并网逆变器的输入端；H桥逆变电路与直流母线电容并联。

所述单级式单相光伏并网逆变器还包括并联在H桥逆变电路输出端的旁路开关。

所述光伏单元，由若干个相同的光伏电池板先串联成若干个电池串，再由若干电池串并联而成。

本发明实现上述另一目的所采用的技术方案为：本级联型光伏并网逆变器的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：启动时，控制各个光伏单元工作在同一个电压；检测各个光伏单元的端电压U_PVk和输出电流I_PVk(k＝a₁，……，a_n；b₁，……，b_n；c₁，……，c_n)，求出所有光伏单元的输出总功率P_PV总及端电压平均值采用扰动观察法对光伏单元进行最大功率跟踪控制，即：通过给光伏阵列工作点电压施加扰动ΔU，同时记录扰动后的输出功率，如果输出功率增加，则保持原方向继续扰动，否则反方向扰动，最终使光伏阵列工作在最大功率点附近，求出其最大功率点电压U_mmp。在最大功率跟踪过程中，根据所有光伏单元发出的总功率P_PV总，对各个光伏单元统一进行最大功率跟踪，各光伏单元的参考工作电压始终一致；

步骤2：检测电网相电压u_a、u_b和u_c，采用锁相环技术求出电网电压矢量的相位θ；检测级联型光伏并网逆变器输出的相电流i_a、i_b和i_c，然后，在与电网电压矢量同步旋转的d-q坐标系下，进行abc-dq变换，通过d轴电流调节并网有功功率，通过q轴电流调节并网功率因数；

步骤3：采用双闭环控制，即外环PI1控制各光伏单元的端电压U_PVk，内环控制逆变器的输出电流i_a、i_b和i_c；通过调节并网电流有功分量i_d，使光伏单元工作在最大功率点电压U_mmp；通过闭环PI2对并网电流的有功分量i_d进行闭环控制，闭环PI2的输出为为了实现单位功率因数并网，设电流无功分量参考值通过闭环PI3，对并网电流的无功分量i_q进行闭环控制，闭环PI3输出为

步骤4：由于各光伏单元的输出功率不可能完全一致，为此，采取如下措施：对各光伏单元的端电压分别进行补偿闭环控制，即将U_PVk和比较，然后把比较误差送入闭环PI4，闭环PI4的输出值作为每级单元体输出电压d轴补偿量并设q轴补偿量再结合步骤3得到的和求出各单元体输出电压的d轴分量参考值及q轴分量参考值