[发明专利]一种适用于光伏发电中模块间功率不平衡问题的无功分配方法

说明书

本发明公开了一种适用于光伏发电中模块间功率不平衡问题的无功分配方法，该方法使用注入无功功率的方式来解决光伏发电系统中模块间功率不平衡问题。在光伏中压级联型变换器结构中，当出现由于各模块所发出的有功功率不相等造成的不平衡现象时，可以通过向系统中注入一定量的无功功率的方式来调节各模块输出电压的幅值，以有效减轻过调制现象。本发明的无功分配方式在保证各模块不出现过调制的同时，最大程度上实现了系统各模块视在功率的平衡，减小了各模块所承担的功率大小的差别。

技术领域

本发明涉及中压光伏发电功率变换技术领域，尤其一种适用于光伏发电中模块间功率不平衡问题的无功分配方法。

背景技术

光伏发电应用中的一个关键指标是发电效率。传统的大型光伏电站变换器的解决方案主要是集中式发电架构。集中式发电是通过高压直流汇流后再集中进行逆变的变换器架构，这种架构的示意图如图1所示。在集中式架构的光伏电站中，为了实现升压和电气隔离，需要笨重的工频交流升压变压器，而这个变压器存在空载损耗高等问题，降低了中压光伏系统的效率。

级联型隔离变换器可以避免使用传统方案中的工频变压器，同时，模块化的设计可以有效降低生产制造成本，提升系统可靠性和可拓展性。级联型隔离变换器的结构示意图如图2所示。现有的光伏中压级联变换系统存在着功率不平衡的问题，随着光照强度、使用时间等的变化，光伏电池板的输出功率、电压大小也在发生改变，从而可能导致各个模块输出功率不平衡，并且可能导致模块输出过调制，进而导致光伏变换器故障停机。为了获得尽可能长的发电时间，需要级联变换器在功率不平衡情况下也能正常工作。在传统的架构中，所有光伏电池板都连接到同一直流母线，功率可以在各模块间流动，不存在功率不平衡导致的过调制问题。而在本专利讨论的两级式架构中没有公共直流母线，因此需要通过控制策略来避免过调制问题(具体可参见Implementation of a 3.3-kW DC–DC Converterfor EV On-Board Charger Employing the Series-Resonant Converter With Reduced-Frequency-Range Control)。目前常见的思路是通过使级联变换器输出或吸收无功功率来拓宽级联变换器耐受功率不平衡的范围。目前已发表的文献中，比较有代表性的两种控制策略是无功功率均分(Reactive Power Sharing,RPS)和视在功率均分(Apparent PowerSharing,APS)策略。RPS策略是使各个模块输出的无功功率相同，APS策略则是使各个模块输出的视在功率相同。

上述控制方法所能处理的功率不平衡范围都有比较大的限制，在某些情况下即使可以防止出现过调制也难以改善各模块之间所承担的总视在功率不平衡的问题。因此本发明的目的在于提出一种新的无功功率分配方式，在扩大所能处理的功率不平衡范围的同时，最大程度上维持各模块的视在功率的平衡，减小方差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种适用于光伏发电中模块间功率不平衡问题的无功分配方法，在扩大可以处理的功率不平衡范围的同时，可以最大程度上保持各模块所承担的视在功率的平衡。

本发明采用以下技术方案实现：

一种适用于光伏发电中模块间功率不平衡问题的无功分配方法，针对采用级联型变换器的光伏发电系统，在已知各模块所发出的有功功率P_k1、P_k2…P_kN以及系统所需输出的总无功功率Q_g的条件下，各模块分配到的无功功率根据下式计算：