[发明专利]提高光伏级联变换器多模式控制稳定性的有源阻尼法

说明书

本发明公开了一种提高光伏级联变换器多模式控制稳定性的有源阻尼法，包括：当所述光伏级联变换器处于OVR模式时，在OVR控制上附加调制环虚拟阻抗/感抗控制环节，根据有源阻尼法s域表达式，将光伏接口DC/DC变换器输出电流经过虚拟阻抗或虚拟感抗后叠加到原有占空比上，然后再经PWM调制输出驱动信号驱动光伏接口DC/DC变换器全桥逆变电路开关管，使得光伏接口DC/DC变换器输出电压跟踪到电压参考值。本发明提供的提高光伏级联变换器多模式控制稳定性的有源阻尼法，在OVR控制的基础上附加调制环虚拟阻抗/感抗控制策略，在提高系统稳定性的同时维持系统稳态工作点运行，即输出电压和功率不变。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种提高光伏级联变换器多模式控制稳定性的有源阻尼法。

背景技术

随着石油、煤炭等传统能源的日渐枯竭及环境污染的日益加剧，开发利用新能源成为中国经济可持续发展的迫切需求。其中，光伏发电作为具有很大潜力的可再生清洁能源发电技术得到迅速发展。单个光伏发电模块功率密度小、出口电压低，需要经过升压汇集才能达到并网条件。传统交流升压汇集方式为光伏电站先通过逆变器逆变后，再经交流升压汇集接入电网。这种方式受到拓扑结构的限制，主要存在多逆变器并联稳定性及线路损耗问题。直流升压汇集方式为光伏电站先通过直流升压变换器提升电压进行汇集输送，再在电网侧通过逆变器逆变成交流电送入电网，具有线路损耗小、传输效率高、易于扩容等优势，比交流汇集更适用于大型光伏电站。

在光伏直流升压汇集系统中，光伏接口DC/DC变换器是连接光伏阵列和DC/AC变换器的重要设备，在完成初步升压的同时实现电气隔离。目前光伏电池的转换效率较低，为了充分利用能源，需要光伏电池以最大功率输出，运行于最大功率点跟踪(maximumpowerpoint tracking，MPPT)模式。当外界环境改变时，光伏出力可能超出变换器能承受的电压限值，此时需要将其由MPPT模式切换为输出电压调节(output voltage regulation，OVR)模式。因此，光伏接口DC/DC变换器应该至少存在两种运行模式：MPPT模式和OVR模式。

针对独立输入、串联输出结构的光伏直流升压汇集系统，当外界环境变化时，各光伏接口DC/DC变换器工作模式不统一，即出现多模式运行情况。当输入侧光照均衡时，各模块都工作在MPPT模式，假设系统参数设置一致，那么各光伏接口DC/DC变换器输出电压相等；当输入侧光照不均时，各光伏接口DC/DC变换器继续维持MPPT模式运行可能会导致输入功率大的变换器输出电压越限，此时需要将越限部分的变换器切换到OVR模式，切换数量和光照不均程度有关。在光伏直流升压汇集系统中，工作在MPPT模式的光伏接口DC/DC变换器输出端等效为恒功率源(通常用恒流源和输出阻抗的并联来实现)，工作在OVR模式的光伏接口DC/DC变换器输出端等效为理想电压源与输出阻抗的串联。当光伏接口DC/DC变换器由MPPT模式切换为OVR模式时，变换器输出端由电流源向电压源转换，造成电流源与电压源串并联运行稳定性问题，即级联变换器多模式控制稳定性问题，表现形式为变换器输出电压和光伏输出功率纹波过大。

光伏级联变换器多模式控制稳定性问题主要是由光伏接口DC/DC变换器由MPPT模式切换为OVR模式造成的，OVR模式下系统稳定性低于MPPT模式，当光伏级联变换器中运行在OVR模式的光伏接口DC/DC变换器数量越多，则光伏发电系统稳定性越低。因此，有必要提高OVR模式下光伏接口DC/DC变换器的稳定性。为此，有学者提出在OVR控制中附加虚拟阻抗控制的主动有源阻尼法来提高稳定性，具体实现方式为将变换器输出电流被测量经过虚拟阻抗后叠加到电压环上，通过引入虚拟阻抗增大源变换器侧的输出阻抗来提高系统稳定性。但是由于输出电流与虚拟阻抗乘积项的引入，导致变换器输出电压跌落，系统输送功率大幅降低，不能同时平衡系统稳定性和传输功率两者之间的关系。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高光伏级联变换器多模式控制稳定性的有源阻尼法，在OVR控制的基础上附加调制环虚拟阻抗/感抗控制策略，在提高系统稳定性的同时维持系统稳态工作点运行，即输出电压和功率不变。