[发明专利]三相级联H桥光伏并网逆变器相间功率平衡控制方法

摘要

本发明公开了一种三相级联H桥光伏并网逆变器相间功率平衡控制方法，它是为了解决直流侧光伏电池板输入功率不平衡造成的并网电流畸变问题。该方法包括如下步骤：(1)总功率控制，用来实现各H桥单元直流侧电压跟踪MPPT指令值，并得到系统三相输入有功功率实际值和逆变器总输入有功功率实际值；(2)前馈解耦电流控制，能够实现有功功率和无功功率的独立控制，同时产生逆变器三相原始调制信号；(3)相间功率平衡控制，通过三相输入有功功率实际值与三相有功功率指令值之间的比值得到所叠加的零序电压，并以此修正三相原始调制波，实现相间功率平衡控制。该控制方法能够提供精确的零序电压值抑制功率不平衡，保证并网电流对称，具有明确的物理意义、良好的动态性能、易于工程实现等优点。

主权项

一种三相级联H桥光伏并网逆变器相间功率平衡控制方法，包括总功率控制、前馈解耦电流控制和相间功率平衡控制，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，总功率控制步骤1.1，采样三相中的每个H桥单元的直流侧电压并经过100Hz陷波器滤波，得到每个H桥单元的直流侧电压实际值V_pva1…V_pvaj…V_pvan，V_pvb1…V_pvbj…V_pvbn，V_pvc1…V_pvcj…V_pvcn，采样三相电网电压实际值v_a、v_b、v_c和电网电流实际值i_a、i_b、i_c，其中，j＝1～n为逆变器每相n个H桥单元；步骤1.2，通过对三相中每个H桥单元直流侧进行MPPT控制，得到每个H桥单元的直流侧电压指令值其中，j＝1～n为逆变器每相n个H桥单元；步骤1.3，将步骤1.1中采样的每个H桥单元的直流侧电压实际值V_pva1…V_pvaj…V_pvan，V_pvb1…V_pvbj…V_pvbn，V_pvc1…V_pvcj…V_pvcn和步骤1.2中每个H桥单元的直流侧电压指令值比较后的差值通过电压调节器，计算得到三相中每个H桥单元的输入有功功率实际值P_aj，P_bj，P_cj，如下式所示:$\left\{\begin{array}{c}{P}_{aj}=\left(K_{vP}+\frac{K_{vI}}{s}\right)\left(V_{pvaj}^{*}-V_{pvaj}\right)V_{pvaj}\\ P_{bj}=\left(K_{vP}+\frac{K_{vI}}{s}\right)\left(V_{pvbj}^{*}-V_{pvbj}\right)V_{pvbj}\\ P_{cj}=\left(K_{vP}+\frac{K_{vI}}{s}\right)\left(V_{pvcj}^{*}-V_{pvcj}\right)V_{pvcj}\end{array}\right.$其中，K_vP为电压调节器比例系数，K_vI为电压调节器积分系数，s为拉普拉斯算子；步骤1.4，通过对步骤1.3中的每个H桥单元的输入有功功率实际值P_aj，P_bj，P_cj求和，计算得到三相输入有功功率实际值P_a、P_b、P_c，如下式所示：$\left\{\begin{array}{c}{P}_a=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{aj}\\ P_b=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{bj}\\ P_c=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{cj}\end{array}\right.$步骤1.5，通过对步骤1.4中的三相输入有功功率实际值P_a、P_b、P_c求和，计算得到逆变器总输入有功功率实际值P，如下式所示：P＝P_a+P_b+P_c步骤2，前馈解耦电流控制步骤2.1，对步骤1.1中采样的三相电网电压实际值v_a、v_b、v_c锁相获得电网电压频率W；通过同步旋转坐标变换将步骤1.1中采样的三相电网电压实际值v_a、v_b、v_c转换成旋转坐标系下的电网电压有功分量E_d和电网电压无功分量E_q；通过同步旋转坐标变换将步骤1.1中采样的电网电流实际值i_a、i_b、i_c转换成旋转坐标系下的电网电流有功分量I_d和电网电流无功分量I_q；步骤2.2，设无功电流指令值为0，并根据步骤1.5中得到的逆变器总输入有功功率实际值P和步骤2.1中的电网电压有功分量E_d，计算得到有功电流指令值如下式所示：$I_d^{*}=\frac{P}{3E_d}$步骤2.3，将步骤2.1中得到的电网电流有功分量I_d和电网电流无功分量I_q与步骤2.2中的有功电流指令值和无功电流指令值比较后的差值分别通过有功电流调节器和无功电流调节器，计算得到d轴PI调节值E_PId和q轴PI调节值E_PIq，如下式所示；$\left\{\begin{array}{c}{E}_{PId}=\left(K_{idP}+\frac{K_{idI}}{s}\right)\left(I_d^{*}-I_d\right)\\ E_{PIq}=\left(K_{iqP}+\frac{K_{iqI}}{s}\right)\left(I_q^{*}-I_q\right)\end{array}\right.$其中，K_idP为有功电流调节器比例系数，K_idI为有功电流调节器积分系数；K_iqP为无功电流调节器比例系数，K_iqI为无功电流调节器积分系数；步骤2.4，根据步骤2.1得到的电网电压有功分量E_d、电网电压无功分量E_q、电网电流有功分量I_d、电网电流无功分量I_q、电网电压频率W和步骤2.3得到的d轴PI调节值E_PId和q轴PI调节值E_PIq，计算得到d轴电压控制值U_d和q轴电压控制值U_q，如下式所示：$\left\{\begin{array}{c}{U}_d=E_d+E_{PId}+I_{q}WL\\ U_q=E_q+E_{PIq}-I_{d}WL\end{array}\right.$其中，L为设定的并网电感；步骤2.5，将2.4得到的d轴电压控制值U_d和q轴电压控制值U_q经过同步旋转坐标系逆变换得到自然坐标系下的逆变器三相原始调制信号步骤3，相间功率平衡控制步骤3.1，根据步骤1.1中采样的三相电网电压实际值v_a、v_b、v_c和电网电流实际值i_a、i_b、i_c，计算得到逆变器三相有功功率指令值如下式所示：$\left\{\begin{array}{c}{P}_a^{*}=v_a\·i_a\\ P_b^{*}=v_b\·i_b\\ P_c^{*}=v_c\·i_c\end{array}\right.$步骤3.2，根据步骤3.1得到的逆变器三相有功功率指令值和步骤1.4得到的三相输入有功功率实际值P_a、P_b、P_c，计算得到三相功率标幺值r_a、r_b、r_c，如下式所示：$\left\{\begin{array}{c}{r}_a=P_a/P_a^{*}\\ r_b=P_b/P_b^{*}\\ r_c=P_c/P_c^{*}\end{array}\right.$步骤3.3，结合步骤2.5得到的逆变器三相原始调制信号和步骤3.2得到的三相功率标幺值r_a、r_b、r_c，计算得到所需叠加的零序电压v₀，如下式所示：$v_0=-\frac{2}{3}(V_{ca}^{*}{r}_a+V_{cb}^{*}{r}_c+V_{cc}^{*}{r}_b)$步骤3.4，用步骤3.3求得的零序电压v₀对步骤2.5得到的逆变器三相原始调制信号进行修正，如下式所示：$\left\{\begin{array}{c}{V}_{ca}=V_{ca}^{*}+v_0\\ V_{cb}=V_{cb}^{*}+v_0\\ V_{cc}=V_{cc}^{*}+v_0\end{array}\right.$其中，V_ca、V_cb、V_cc为最终的逆变器调制信号，即通过V_ca、V_cb、V_cc实现相间功率平衡控制。