[发明专利]一种级联光伏固态变压器的控制方法

说明书

本发明公开了一种级联光伏固态变压器的控制方法，其目的是为了解决系统补偿三次谐波电压后，前级两电平全桥LLC变换器谐振电流的四倍工频包络纹波电流问题。主要步骤如下：对所有H桥变换器的直流侧电容电压的平均值进行控制，并得到有功电流指令值；对电网电流进行控制以及计算三次谐波电压并补偿给系统；对两电平全桥LLC变换器的输出电压进行控制以及谐振电流四倍工频包络纹波进行抑制；通过控制Boost变换器的输入母线电压实现前级光伏阵列的最大功率点追踪控制。相比于现有技术，不需要添加任何硬件装置即可实现前级两电平全桥LLC变换器四倍工频包络纹波的抑制，改善系统的性能。

技术领域

本发明属于电气工程领域的光伏发电技术，具体涉及一种级联光伏固态变压器中两电平全桥LLC变换器谐振电流的四倍工频包络纹波抑制方法。

背景技术

由于半导体开关器件的限制，将传统的集中式逆变器的额定功率提高到大于1WM以上具有实际挑战性和不经济性。方法之一可以采用基于级联H桥多电平变换器的三相固态变压器拓扑。模块化的结构可以使用市场上常见的低压器件把整个系统扩展到较高的电压和功率等级，从而使得仅用单个变换器把整个电站连接到中压电网成为可能。由于隔离型DC/DC变换器中的高频变压器能够提供电气隔离，笨重的工频变压器将不再需要。因此，基于级联H桥的三相光伏固态变压器结构能够提高光伏逆变器的效率和功率密度，降低光伏逆变器的重量和体积，具有较为广阔的应用前景。

对于三相逆变器，当电网电压突然升高时，为了使逆变器正常运行，通常采用给三相调制电压补偿三次谐波电压的方法提高直流侧电压的利用率。级联光伏固态变压也可以使用类似的方法，提高直流侧电压利用率。然而，注入三次谐波电压后，级联光伏固态变压器中H桥变换器的直流侧电容上会有四倍工频的电压波动。H桥变换器的直流侧电容电压的四倍工频波动会使前级的两电平全桥LLC变换器的谐振电流出现四倍工频包络纹波，四倍工频包纹波有如下危害：(1)增大两电平全桥LLC变换器中所有开关管和二极管的电流应力；(2)增大两电平全桥LLC变换器中所有开关管和二极管的导通损耗，降低变换器的效率；(3)使全桥LLC变换器的高频变压器以及谐振电感的磁通摆幅增大，可能会引起磁饱和；(4)在谐振电流包络纹波的波谷处，两电平全桥LLC变换器的开关管的零电压开通可能无法实现，增加系统的开关损耗，进一步降低变换器的效率。因此，有必要对两电平全桥LLC变换器的四倍工频包络纹波电流进行抑制。

文献“X.Ma,X.Yang,F.Zhang,L.Huang,Z.Li,and H.Song,A control scheme ofthree phase solid state transformer for PV generation based on improvedvoltage-tracking method of DC-links,in Applied Power Electronics Conferenceand Exposition,Tampa,FL,USA,Mar.26-30,2017.(X.Ma,X.Yang,F.Zhang,L.Huang,Z.Li,and H.Song，基于改进直流母线电压跟踪方法的三相光伏固态变压器的控制方法，应用电力电子会议与博览会，2017年5月26-30日)”提出一种光伏固态变压器的控制方法，但该文献并未考虑补偿三次谐波电压后隔离型DC/DC变换器的四倍工频包络纹波问题。

文献“H.Li,H.K.Zhang,H.Zhao,S.Fan,and J.Xiong,Active power decouplingfor high-power single-phase PWM rectifiers,IEEE Trans.Power.Electron.,vol.28,no.3,pp.1308-1319,Mar.2013.(H.Li,H.K.Zhang,H.Zhao,S.Fan和J.Xiong，大功率单相PWM整流器的有功功率解耦，IEEE电力电子杂志，2013年第28卷3期，第1308页到1319页)”提出了一种单相PWM整流器的直流侧电容电压二倍工频纹波抑制方法，但所提出的方法需要添加额外的装置，这不但不利于系统的成本和体积，且增加了系统的复杂性并降低其可靠性。