[发明专利]扩大三相级联型光伏并网逆变器运行范围的控制方法

摘要

本发明公开了一种扩大三相级联型光伏并网逆变器运行范围的控制方法，目的是为了解决三相级联型光伏并网逆变器直流侧光伏电池板输入功率不平衡造成并网电流畸变，系统无法稳定运行的问题。步骤包括：(1)总直流侧电压控制，用来实现H桥单元总直流侧电压跟踪其总最大功率点电压并得到系统有功电流指令值；(2)网侧电流控制，能够实现有功电流和无功电流的独立控制，同时产生三相逆变器调制波信号；(3)相间功率平衡控制，通过相间电压调节器使每相总电压的实际值跟踪其指令电压,得到每相总电压的调节因子以此修正三相逆变器调制波信号，并根据修正后的调制波信号分配H桥单元输出模式，从而实现相间功率平衡控制。

主权项

1.扩大三相级联型光伏并网逆变器运行范围的控制方法，所述的三相级联型光伏并网逆变器包括A、B、C三相，每相由N个带有光伏组件的H桥单元和电感LS组成，其特征在于，本控制方法包括总直流侧电压控制、网侧电流控制、相间功率平衡控制，步骤如下：步骤1，总直流侧电压控制步骤1.1，分别对A、B、C三相中的每个H桥单元的直流侧电压采样并经过100Hz陷波器滤波，得到每个H桥单元的直流侧电压实际值并记为VPVAi,VPVBi,VPVCi，其中，ABC表示逆变器的三相电路，即A相，B相，C相，i＝1,2,3...N；采样三相电网电压实际值并记为Vgrid_A,Vgrid_B,Vgrid_C，采样三相电网电流实际值并记为Igrid_A,Igrid_B,Igrid_C，其中，ABC表示逆变器的三相电路，即A相，B相，C相；步骤1.2，通过对A、B、C三相中每个H桥单元直流侧进行最大功率点跟踪控制，得到每个H桥单元的直流侧电压指令值，分别记为VPVAi*,VPVBi*,VPVCi*，其中，ABC表示逆变器的三相电路，即A相，B相，C相，i＝1,2,3...N；步骤1.3，通过电压调节器，计算得到电网有功电流的指令值其计算式为：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，为每相N个H桥单元的直流侧电压实际值之和，为每相N个H桥单元的直流侧电压指令值之和；步骤2，网侧电流控制步骤2.1，对步骤1.1中采样的三相电网电压实际值Vgrid_A,Vgrid_B,Vgrid_C进行锁相获得电网电压相位θ和电网频率ω；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Vgrid_A,Vgrid_B,Vgrid_C转换成旋转坐标系下的电网电压有功分量Vd和电网电压无功分量Vq；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Igrid_A,Igrid_B,Igrid_C转换成旋转坐标系下的电网电流有功分量Id和电网电流无功分量Iq；电网电压有功分量Vd和电网电压无功分量Vq计算式为：电网电流有功分量Id和电网电流无功分量Iq计算式为：步骤2.2，设逆变器并网无功电流指令值为0，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_d和q轴PI调节值E_q，其计算式分别为：其中，KiP为有功电流调节器比例系数，KiI为无功电流调节器积分系数；步骤2.3，根据步骤2.1得到的电网电压有功分量Vd、电网电压无功分量Vq、电网电流有功分量Id、电网电流无功分量Iq、电网电压频率ω和步骤2.2中得到的d轴PI调节值Ed和q轴PI调节值Eq，计算得到d轴电压控制值Ud和q轴电压控制值Uq，如下式所示：其中，LS为滤波电感；步骤2.4，将步骤2.3得到的d轴电压控制值Ud和q轴电压控制值Uq经过同步旋转坐标系逆变换得到自然坐标系下逆变器三相调制波信号Vra,Vrb,Vrc，其计算式为：步骤3，相间功率平衡控制步骤3.1，根据步骤1.1得到的每个H桥单元的直流侧电压实际值VPVAi,VPVBi,VPVCi和步骤1.2得到的每个H桥单元的直流侧电压指令值VPVAi*,VPVBi*,VPVCi*，通过相间电压调节器，计算得到每相总电压的调节因子Factor_A,Factor_B,Factor_C，其计算式为：其中，分别为每相N个H桥单元的直流侧电压实际值之和，分别为每相N个H桥单元的直流侧电压指令值之和，i＝1,2,3...N，K_{VP_Phase}为相间电压调节器比例系数，K_{iI_Phase}为相间电压调节器积分系数；步骤3.2，根据步骤2.4得到的逆变器三相调制波信号V_ra,V_rb,V_rc和步骤3.1得到的每相总电压的调节因子Factor_A,Factor_B,Factor_C，计算得到修正后的三相调制波信号其计算式为：步骤3.3，根据步骤1.1中采样得到的每个H桥单元的直流侧电压实际值VPVAi,VPVBi,VPVCi与步骤1.2中得到的每个H桥单元的直流侧电压指令值VPVAi*,VPVBi*,VPVCi*，计算得到每个H桥单元直流侧电压误差值△VAi,△VBi,△VCi，其计算式为：其中，i＝1,2,3...N；步骤3.4，将步骤3.3中得到的A相N个H桥单元的直流侧电压误差值△VAi按照数值大小进行升序排列，并用电压误差序列号j＝1,2,3...N进行标注，然后根据电压误差序列号j对其对应的N个H桥单元的直流侧电压实际值VPVAi重新进行排序，得到N个A相排序后的直流侧电压实际值并记为VAj；按照与A相相同的步骤，得到N个B相排序后的直流侧电压实际值并记为VBj；按照与A相相同的步骤，得到N个C相排序后的直流侧电压实际值并记为VCj；步骤3.5，根据步骤3.4中得到的A相N个排序后的直流侧电压实际值V_Aj将逆变器A相调制波信号分成N个电压区间，判断当前逆变器A相调制波信号所处的电压区间K_a，其中A相电压区间K_a定义为K_a＝1,2,3...N；按照与A相相同的步骤，判断当前逆变器B相调制波信号所处的电压区间K_b，其中B相电压区间K_b定义为K_b＝1,2,3...N；按照与A相相同的步骤，判断当前逆变器C相调制波信号所处的电压区间K_c，其中C相电压区间K_c定义为K_c＝1,2,3...N；步骤3.6，根据当前逆变器三相调制波信号的极性，三相电网电流实际值I_{grid_A},I_{grid_B},I_{grid_C}的方向及三相电压区间K_a,K_b,K_c确定ABC三相中每一相N个H桥单元的输出模式，具体的，A相N个H桥单元的输出模式见步骤3.7，B相N个H桥单元的输出模式见步骤3.8，C相N个H桥单元的输出模式见3.9；步骤3.7，根据当前逆变器A相调制波信号的极性，A相电网电流实际值I_{grid_A}的方向及A相电压区间K_a确定A相N个H桥单元的输出模式，具体的：(1)I_{grid_A}＞0，且N‑K_a差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(2)I_{grid_A}＞0，且N‑K_a差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(3)I_{grid_A}≤0，且N‑K_a差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(4)I_{grid_A}≤0，且N‑K_a差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(5)I_{grid_A}＞0，且N‑K_a差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(6)I_{grid_A}＞0，且N‑K_a差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(7)I_{grid_A}≤0，且N‑K_a差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(8)I_{grid_A}≤0，且N‑K_a差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Aj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：步骤3.8，根据当前逆变器B相调制波信号的极性，B相电网电流实际值I_{grid_B}的方向及B相电压区间K_b确定B相N个H桥单元的输出模式，具体的：(1)I_{grid_B}＞0，且N‑K_b差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(2)I_{grid_B}＞0，且N‑K_b差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(3)I_{grid_B}≤0，且N‑K_b差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(4)I_{grid_B}≤0，且N‑K_b差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(5)I_{grid_B}＞0，且N‑K_b差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(6)I_{grid_B}＞0，且N‑K_b差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(7)I_{grid_B}≤0，且N‑K_b差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(8)I_{grid_B}≤0，且N‑K_b差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Bj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：步骤3.9，根据当前逆变器C相调制波信号的极性，C相电网电流实际值I_{grid_C}的方向及C相电压区间K_c确定C相N个H桥单元的输出模式，具体的：(1)I_{grid_C}＞0，且N‑K_c差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(2)I_{grid_C}＞0，且N‑K_c差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(3)I_{grid_C}≤0，且N‑K_c差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(4)I_{grid_C}≤0，且N‑K_c差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(5)I_{grid_C}＞0，且N‑K_c差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(6)I_{grid_C}＞0，且N‑K_c差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(7)I_{grid_C}≤0，且N‑K_c差值为偶数排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：(8)I_{grid_C}≤0，且N‑K_c差值为奇数排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“+1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于“–1”电平模式，并记为排序后的直流侧电压实际值V_Cj为的H桥单元运行于PWM模式，PWM输出模式的H桥单元的调制波电压V_PWM计算式如下：