[发明专利]基于混合调制策略的级联H桥逆变器功率均衡控制方法

说明书

本发明公开了一种基于混合调制策略的级联H桥功率均衡控制方法，其目的是为了解决光伏逆变器直流侧光伏电池板输入功率不平衡造成系统不能稳定运行问题。该方法包括如下步骤：(1)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；(2)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；(3)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，而且能够保证系统的发电量。

技术领域

本发明涉及一种单相级联H桥光伏并网逆变器功率均衡控制方法，属于级联型光伏并网逆变器功率均衡控制技术领域。

背景技术

光伏并网发电由于提供清洁能源，且环境友好而备受关注。面对如何提高光伏系统效率、降低发电成本等问题，级联H桥多电平逆变器由于其模块化易拓展、系统效率高、并网电流总谐波失真(THD)小等优势而成为研究的热点。此外，级联H桥多电平逆变器每个功率单元需要独立的直流电源，正好符合光伏组件发电的特点，使得单个光伏组件的MPPT控制成为可能，进一步提高系统的发电效率。因此，级联H桥多电平逆变器在光伏发电并网应用中有独特的优势。

虽然级联H桥光伏逆变器的各级功率单元可通过独立的MPPT控制提高光伏发电的效率，但若受光照、温度等外界因素影响，一块或多块光伏组件输出功率严重下降时，由于流过每个H桥的电流相等而传输的功率差异较大，可能导致其他输出功率较大的光伏组件对应单元的调制度大于1，系统不稳定。因此，为了保证级联H桥光伏并网逆变器在光照强度和光伏组件之间不匹配条件下的稳定运行，采取一定的功率均衡控制具有突出的工程意义。

为此，国内外学者们在扩大级联H桥光伏并网逆变器稳定运行范围方面做出了很多的研究。如发明专利申请《一种级联型光伏并网逆变器的功率平衡控制方法》(CN103795077A)提出了一种基于占空比有功分量修正的功率均衡控制策略，根据系统的运行情况，实时补偿和修正占空比，但是该均衡控制方法调节范围较小，在单元间光照极度不平衡时将失去调节能力，系统将不稳定。

如2014年IEEE文献“A Voltage Balancing Strategy With Extended OperatingRegion for Cascaded H-Bridge Converters”Moosavi M,Farivar G,Iman-Eini H,《IEEETransactions on Power Electronics》，2014,29(9)，5044-5053(“(用于级联H桥变换器扩展稳定运行范围的电压均衡控制策略”，《IEEE学报-电力电子期刊》2014年第29卷第9期5044-5053页)提出了一种扩大系统稳定运行范围的基于混合调制策略的功率均衡控制算法，通过对直流侧电压进行排序来适时调整各级联H桥的开关信号。但其均衡控制方法建立在直流侧参考电压是相等的基础上，不适用于随光照强度、温度等环境因素变化时最大功率点电压波动的级联H桥光伏逆变器。

2015年IEEE文献“Reactive Power Compensation and Optimization Strategyfor Grid-Interactive Cascaded Photovoltaic Systems”Liming Liu,Hui Li,《IEEETransactions on Power Electronics》，2015,30(1)，188-202(“级联型光伏并网逆变器的无功补偿及其优化策略”，《IEEE学报-电力电子期刊》2015年第30卷第1期188-202页)将功率因数作为一个自由度，通过补偿无功功率维持系统稳定。但当各H桥单元功率严重不平衡时，该方法会大幅降低并网逆变器的功率因数。

综上所述，对于级联H桥光伏并网逆变器而言，现有的功率均衡控制方法主要存在如下问题：