本发明专利技术提供一种多电平光伏逆变器的不对称分量检测与消除装置及方法，涉及分布式电源多电平电力电子功率变换器控制技术领域。装置包括光伏板、模块化多电平逆变器模块和控制电路模块，针对模块化多电平光伏逆变器并网结构进行控制，光伏阵列通过最大功率跟踪控制得到直流电压，经过模块化多电平逆变器的载波移相调制、双闭环控制、环流抑制等获得三相电压，经过电网电压不对称分量检测方法检测三相电压不对称分量，通过相序分解环节实现对正序电压和负序电压、正序电流和负序电流的分解，最后通过消除方法，提取负序电流并使其置为零。本发明专利技术使得逆变器的控制更为简单，提高了系统控制的可靠性，可保证三相电压、功率的平衡，易于工程实现。
【技术实现步骤摘要】
多电平光伏逆变器的不对称分量检测与消除装置及方法
本专利技术涉及分布式电源多电平电力电子功率变换器控制
，尤其涉及一种多电平光伏逆变器的不对称分量检测与消除装置及方法。
技术介绍
近年来，随着环境污染和能源枯竭问题越来越严重，太阳能作为一种清洁的可再生能源，已经越来越多的受到世界各国的重视，我国开发和利用可再生能源、优化能源结构的力度也不断加大。目前，光伏发电各项技术已经趋于成熟，光伏电站的大型化和并网化将是今后的发展方向和研究重点。但是，随着光伏产业的迅速发展，光伏发电容量的大幅度提升，一些问题也相应的突显出来，例如光伏阵列发电效率低、光伏并网发电对电网影响大、并网逆变器需满足更高的要求等。目前的太阳能光伏发电基本都以交流并网的形式为主，无论是集中式光伏逆变器还是分布式光伏逆变器，其输出电压都比较低，多为400V以下，如果要将光伏发电并网，则需要通过逆变器后再经过变压器升压整流后再并入直流配电网。此系统设备多、占地面积大、结构复杂、转换效率低等不足。虽然新提出的模块化多电平光伏逆变器弥补了以上不足，但是当交流系统经常出现电压跌落、交流侧故障、负荷投切等情况，则会出现三相交流系统不对称情况，针对不对称的故障问题，现有文献未涉及模块化多电平光伏逆变器的控制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种多电平光伏逆变器的不对称分量检测与消除装置及方法，实现电网电压不对称分量的检测与消除，通过控制负序分量抑制功率出现的二倍频分量，无需注入额外的零序电压等，就可保证三相电压、功率的平衡，其方法简单，易于工程的实现。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一方面，本专利技术提供一种多电平光伏逆变器的不对称分量检测与消除装置，包括光伏板、模块化多电平逆变器模块和控制电路模块；所述光伏板包括若干串并联的光伏阵列模块，所述光伏阵列模块的等效电路包括太阳能电池组件集合体的太阳能电池组件、并联二极管、并联电阻及并联电容和串联电阻；所述并联二极管和并联电阻均并联在太阳能电池组件上构成太阳能电池组件集合体，并联电容并联在太阳能电池组件集合体两端构成并联结构；串联电阻与所述并联结构串联，该串联结构的两端为光伏阵列模块的输出端；所述模块化多电平光伏逆变器采用三相六桥臂拓扑结构，其中三相的每相均包括上、下两个桥臂，每一个桥臂均包括n个子单元模块，n至少为2；所述子单元模块的输入端连接光伏阵列模块的输出端，子单元模块的输出端连接三相交流电网；所述子单元模块包括DC/DC变换器和SM单元，所述DC/DC变换器的输入端接入光伏阵列模块，输出端接入SM单元；所述SM单元包括两个开关管VT1与VT2、两个二极管VD1与VD2、并联电容C和开关K，开关管VT1与VT2通过发射极和集电极进行串联，两个二极管VD1与VD2分别并联在开关管VT1的集电极和发射极之间与VT2的集电极和发射极之间，且开关管的发射极与对应二极管的阳极连接，并联电容C并联在两个开关管串联结构的两端，开关K并联在开关管VT2的集电极和发射极之间，并且开关K的两端作为SM单元的输入端。所述DC/DC变换器为隔离型DC/DC变换器。所述子单元模块的工作模式包括放电模式和充电模式，具体根据开关管不同的导通和关断状态，实现不同的工作状态，子单元模块具体工作状态包括：(1)闭锁状态：VTI和VT2都不施加触发信号，二者为关断状态；子单元模块的闭锁状态在模块化多电平光伏逆变器的启动或发生故障时使用；(2)投入状态：当VT1导通且VT2为关断状态时，子单元模块断口电压为子单元模块中并联电容C两端的电压，子单元模块电容工作在充电或放电状态，此状态也称之为全电压状态；(3)切除状态：当VT1关断且VT2为导通状态时，子单元模块端口电压为0，子单元模块电容不参与工作，此状态也称之为零电压状态；当工作时保证任何时刻每相投入的子单元模块数恒定为N，此时单个子单元模块的电压为Udc＝NUc，其中Uc为并联电容C两端的电压。所述控制电路模块包括触发电路、信号输入电路、驱动放大电路、信号处理控制单元和不对称分量检测消除单元；所述触发电路通过触发器连接模块化多电平光伏逆变器中的各电子器件，通过发送触发脉冲电压进行触发；所述信号输入电路的输入端连接光伏阵列模块的输出端，用于获取电压电流输入信号，信号输入电路的输出端连接驱动放大电路输入端；所述驱动放大电路用于将输入信号放大，其输出端连接信号处理控制单元和不对称分量检测消除单元；所述信号处理控制单元和不对称分量检测消除单元均采用DSP处理器实现；所述信号处理控制单元包括的控制策略有载波移相调制策略、双闭环控制策略、环流抑制策略、电容电压控制策略，其输出端接入模块化多电平光伏逆变器，即将最后处理并控制好的信号输出并入电网；所述不对称分量检测消除单元包括不对称分量检测单元和不对称分量消除单元，所述不对称分量检测单元用于对模块化多电平光伏逆变器输出的三相电压进行判断，电网电压A、B、C三相任意一相的电压有效值超出国标范围，即为三相电压不对称，进而检测模块化多电平光伏逆变器输出的三相电压中是否存在负序电压、负序电流分量；所述不对称分量消除单元用于对模块化多电平光伏逆变器输出的三相电压进行不对称状态下锁相环相序分解，实现对正序电压和负序电压、正序电流和负序电流的分解，从中提取并消除负序电压、负序电流分量，使其置为零。另一方面，本专利技术还提供一种多电平光伏逆变器的不对称分量检测与消除方法，采用上述的多电平光伏逆变器的不对称分量检测与消除装置实现，具体包括不对称分量检测法和不对称分量消除法；所述不对称分量检测法首先获取光伏阵列经过最大功率跟踪控制得到的直流电压Ud，其直流电压需经过模块化多电平光伏逆变器得到三相电压，对其三相电压进行判断；正常情况下，电网电压为正弦波或近似正弦波，不能直接进行比较，需将三相电网电压分别求取其有效值，再与限定值进行比较，电网电压A、B、C三相任意一相超出国标范围的限定值，即为三相电压不对称；所述不对称分量消除法将检测到的不对称分量进行处理，包括不对称状态下锁相环相序分解环节和消除控制环节；所述不对称状态下锁相环相序分解环节，首先提取三相电压usa、usb、usc经过派克变换环节将三相电压变成静止坐标系下的两相电压Usα、Usβ，易于控制，然后经过延时环节，将电压滞后四分之一周期经过等效变换关系，实现对正序电压和负序电压、正序电流和负序电流的分解，通过锁相环获取相角θ得到同步旋转坐标系下的电压Usd、Usq；所述不对称状态下消除控制环节，从抑制负序电流角度出发，对不对称状态下的内环正序和负序电流控制器解耦，进而提取负序电流，并置其为零。所述不对称状态下的内环正序和负序电流控制器根据模块化多电平光伏逆变器低频暂态数学模型进行设计，所述模块化多电平光伏逆变器低频暂态数学模型如式(1)和式(2)所示；其中，R、L分别为模块化多电平光伏逆变器的等效电阻、电感；usd、usq分别为交流侧三相基波电压在d、q轴上的分量，ucd、ucq分别为模块化多电平光伏逆变器输出电压在d、q轴上的分量，isd、isq分别为系统交流侧三相电流在d、q轴的分量，上标正负号分别表示正序分量和负序分量；ω为角速度；设其中，λ和μ均为引入的P本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多电平光伏逆变器的不对称分量检测与消除装置，其特征在于：包括光伏板、模块化多电平逆变器模块和控制电路模块；所述光伏板包括若干串并联的光伏阵列模块，所述光伏阵列模块的等效电路包括太阳能电池组件集合体的太阳能电池组件、并联二极管、并联电阻及并联电容和串联电阻；所述并联二极管和并联电阻均并联在太阳能电池组件上构成太阳能电池组件集合体，并联电容并联在太阳能电池组件集合体两端构成并联结构；串联电阻与所述并联结构串联，该串联结构的两端为光伏阵列模块的输出端；所述模块化多电平光伏逆变器采用三相六桥臂拓扑结构，其中三相的每相均包括上、下两个桥臂，每一个桥臂均包括n个子单元模块，n至少为2；所述子单元模块的输入端连接光伏阵列模块的输出端，子单元模块的输出端连接三相交流电网；所述子单元模块包括DC/DC变换器和SM单元，所述DC/DC变换器的输入端接入光伏阵列模块，输出端接入SM单元；所述SM单元包括两个开关管VT1与VT2、两个二极管VD1与VD2、并联电容C和开关K，开关管VT1与VT2通过发射极和集电极进行串联，两个二极管VD1与VD2分别并联在开关管VT1的集电极和发射极之间与VT2的集电极和发射极之间，且开关管的发射极与对应二极管的阳极连接，并联电容C并联在两个开关管串联结构的两端，开关K并联在开关管VT2的集电极和发射极之间，并且开关K的两端作为SM单元的输入端；所述控制电路模块包括触发电路、信号输入电路、驱动放大电路、信号处理控制单元和不对称分量检测消除单元；所述触发电路通过触发器连接模块化多电平光伏逆变器中的各电子器件，通过发送触发脉冲电压进行触发；所述信号输入电路的输入端连接光伏阵列模块的输出端，用于获取电压电流输入信号，信号输入电路的输出端连接驱动放大电路输入端；所述驱动放大电路用于将输入信号放大，其输出端连接信号处理控制单元和不对称分量检测消除单元；所述信号处理控制单元和不对称分量检测消除单元均采用DSP处理器实现；所述信号处理控制单元包括的控制策略有载波移相调制策略、双闭环控制策略、环流抑制策略、电容电压控制策略，其输出端接入模块化多电平光伏逆变器，即将最后处理并控制好的信号输出并入电网；所述不对称分量检测消除单元包括不对称分量检测单元和不对称分量消除单元，所述不对称分量检测单元用于对模块化多电平光伏逆变器输出的三相电压进行判断，电网电压A、B、C三相任意一相的电压有效值超出国标范围，即为三相电压不对称，进而检测模块化多电平光伏逆变器输出的三相电压中是否存在负序电压、负序电流分量；所述不对称分量消除单元用于对模块化多电平光伏逆变器输出的三相电压进行不对称状态下锁相环相序分解，实现对正序电压和负序电压、正序电流和负序电流的分解，从中提取并消除负序电压、负序电流分量，使其置为零。...
【技术特征摘要】
1.一种多电平光伏逆变器的不对称分量检测与消除装置，其特征在于：包括光伏板、模块化多电平逆变器模块和控制电路模块；所述光伏板包括若干串并联的光伏阵列模块，所述光伏阵列模块的等效电路包括太阳能电池组件集合体的太阳能电池组件、并联二极管、并联电阻及并联电容和串联电阻；所述并联二极管和并联电阻均并联在太阳能电池组件上构成太阳能电池组件集合体，并联电容并联在太阳能电池组件集合体两端构成并联结构；串联电阻与所述并联结构串联，该串联结构的两端为光伏阵列模块的输出端；所述模块化多电平光伏逆变器采用三相六桥臂拓扑结构，其中三相的每相均包括上、下两个桥臂，每一个桥臂均包括n个子单元模块，n至少为2；所述子单元模块的输入端连接光伏阵列模块的输出端，子单元模块的输出端连接三相交流电网；所述子单元模块包括DC/DC变换器和SM单元，所述DC/DC变换器的输入端接入光伏阵列模块，输出端接入SM单元；所述SM单元包括两个开关管VT1与VT2、两个二极管VD1与VD2、并联电容C和开关K，开关管VT1与VT2通过发射极和集电极进行串联，两个二极管VD1与VD2分别并联在开关管VT1的集电极和发射极之间与VT2的集电极和发射极之间，且开关管的发射极与对应二极管的阳极连接，并联电容C并联在两个开关管串联结构的两端，开关K并联在开关管VT2的集电极和发射极之间，并且开关K的两端作为SM单元的输入端；所述控制电路模块包括触发电路、信号输入电路、驱动放大电路、信号处理控制单元和不对称分量检测消除单元；所述触发电路通过触发器连接模块化多电平光伏逆变器中的各电子器件，通过发送触发脉冲电压进行触发；所述信号输入电路的输入端连接光伏阵列模块的输出端，用于获取电压电流输入信号，信号输入电路的输出端连接驱动放大电路输入端；所述驱动放大电路用于将输入信号放大，其输出端连接信号处理控制单元和不对称分量检测消除单元；所述信号处理控制单元和不对称分量检测消除单元均采用DSP处理器实现；所述信号处理控制单元包括的控制策略有载波移相调制策略、双闭环控制策略、环流抑制策略、电容电压控制策略，其输出端接入模块化多电平光伏逆变器，即将最后处理并控制好的信号输出并入电网；所述不对称分量检测消除单元包括不对称分量检测单元和不对称分量消除单元，所述不对称分量检测单元用于对模块化多电平光伏逆变器输出的三相电压进行判断，电网电压A、B、C三相任意一相的电压有效值超出国标范围，即为三相电压不对称，进而检测模块化多电平光伏逆变器输出的三相电压中是否存在负序电压、负序电流分量；所述不对称分量消除单元用于对模块化多电平光伏逆变器输出的三相电压进行不对称状态下锁相环相序分解，实现对正序电压和负序电压、正序电流和负序电流的分解，从中提取并消除负序电压、负序电流分量，使其置为零。2.根据权利要求1所述的多电平光伏逆变器的不对称分量检测与消除装置，其特征在于：所述子单元模块的工作模式包括放电模式和充电模式，具体根据开关管不同的导通和关断状态，实现不同的工作状态，子单元模块具体工作状态包括：(1)闭锁状态：VTI和VT2都不施加触发信号，二者为关...
【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，徐建源，蒋元宇，马硕，易伟，王玉潇，于高乐，宋怡，吴冠男，陈浩然，闫鸿魁，王超，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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