一种单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法技术

本发明专利技术涉及光伏逆变器调制技术，具体涉及一种单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法，在传统空间矢量调制方法的基础上，根据各单元直流电压瞬时值与其MPPT模块给出的直流电压指令值之差确定该单元直流侧应该充电、放电或是直流电压保持不变，在单相逆变器输出矢量的一维空间中，根据逆变器并网电流的瞬时方向从控制器输出电压指令值的两侧区域各选择一个与各单元充/放电需求最一致的矢量作为下一个开关周期的输出矢量，再根据控制器输出电压指令值与两个输出矢量所对应的电平值计算占空比。该调制方法将改进型空间矢量调制法应用到光伏发电系统，代替了控制器算法中单元直流电压均衡控制的部分，简化控制器结构，有利于提高控制系统稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法
本专利技术属于光伏逆变器调制
，尤其涉及一种单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法。
技术介绍
由于能源和环境问题，光伏发电系统在能源利用中的作用越来越重要。在光伏发电系统中，光伏逆变器是一种将光伏电池输出的直流电转换成所需的交流电的重要设备。光伏逆变器的电路有多种拓扑结构，其中一种结构是级联型光伏逆变器，即每个光伏电池串(或称组件)与一个单相逆变器的直流端连接，所有单相逆变器的交流输出端再依次串联，构成高压交流输出。这样的光伏逆变器可以直接向电网送电或者向负载供电，而不需要使用交流变压器升压。每一个光伏电池及与之相连的单相逆变器被称为一个单元。每个光伏电池串(组件)的发电功率大小受其直流侧电压的控制，且与光照强度、温度、光伏电池表面遮挡、光伏电池参数的分散性等因素紧密相关。因而若所有单元的光伏电池串(组件)都工作于其自身的最大功率点，将会导致各单元的直流电压不同。反之，若各单元直流侧电压被控制为同一个数值，则会有某些光伏电池不是工作在最大功率点，降低整体的发电效率。因此，为了提高光伏电池的发电效率，应该对每个单元采用独立的最大功率点跟踪(MPPT)技术，使其直流电压跟随其MPPT输出的直流电压指令值，从而工作在各自的最大功率点，使得系统发电效率达到最高。通常这样的控制是由光伏逆变器的控制器中特定的控制算法实现的。除了控制算法，级联型光伏逆变器的控制器还要使用合适的调制方法将控制算法的输出指令值转变为各个单元的开关信号。级联型逆变器通常采用的调制方法有载波移相调制(PS-PWM)、“阶梯调制+载波调制”的混合调制(H-PWM)、载波移幅调制(LS-PWM)。这些调制方法是以各单元直流侧电压平衡为前提，但是由于实际应用中各单元光伏电池受外界各种因素影响，直流侧电压会发生偏移，最终影响光伏逆变器输出电压波形质量。也有某些调制方法经过改进之后可以适应直流电压稍许不平衡的情况，但对于控制直流电压的偏差没有作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于单相级联型光伏逆变器的调制方法，该调制方法能够在各单元直流侧电压不平衡的情况下提高光伏逆变器输出电压波形质量，并且使得各单元直流电压自动跟踪其MPPT模块给出的直流电压指令值，从而控制器不再需要附加单元直流电压均衡控制算法，降低控制算法的复杂度。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法，在传统空间矢量调制方法的基础上，根据各单元直流电压瞬时值与其MPPT模块给出的直流电压指令值之差确定该单元直流侧应该充电、放电或是直流电压保持不变，在单相逆变器输出矢量的一维空间中，根据逆变器并网电流的瞬时方向从控制器输出电压指令值的两侧区域各选择一个与各单元充/放电需求最一致的矢量作为下一个开关周期的输出矢量，再根据控制器输出电压指令值与两个输出矢量所对应的电平值计算占空比。在上述的单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法中，某单元直流侧应该充电、放电或是直流电压保持不变的判断标准为：在该单元MPPT模块给出的直流电压指令值基础上设置一个正负误差范围，当单元直流电压瞬时值低于该误差范围的下限则判定应该充电，当单元直流电压瞬时值超过该误差范围的上限则判定应该放电，当单元直流电压瞬时值处于误差范围内则判定直流电压保持不变。在上述的单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法中，单相逆变器输出矢量的一维空间最多包含3N个矢量，N为级联单元个数。在上述的单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法中，与各单元充/放电需求最一致的矢量的选取方法是：根据逆变器并网电流的瞬时方向，判断采用某一个矢量时各单元直流电压的变化趋势，若与单元的充/放电需求一致则记为0分，若与单元的充/放电需求相违背则记为2分，若与单元的充/放电需求不一致但也不违背则记为1分，将该矢量对所有单元的得分求和，最后比较同区域内所有待选矢量的总得分，选取总得分最小的矢量为该区域内与各单元充/放电需求最一致的矢量。在上述的单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法中，各单元直流电压的变化趋势中，上升与充电为一致，下降与放电为一致，上升与放电为违背，下降与充电为违背，其他情况均为不一致但也不违背。本专利技术的有益效果为：将改进型空间矢量调制法应用到光伏发电系统，代替了控制器算法中单元直流电压均衡控制的部分，简化控制器结构，有利于提高控制系统稳定性。在光伏发电系统中，改进型空间矢量调制扩大了最优矢量组合的选择范围，使光伏逆变器输出电压逼近输出电压指令值，改善了输出电压波形质量，从而提高了整个光伏发电系统的效率。本专利技术的调制方法考虑了直流侧电压平衡问题，可提高输出电压波形质量。本专利技术所提出的调制方法既适用于单相系统也适用于三相系统。附图说明图1(a)为本专利技术一个实施例单相三单元级联型光伏发电系统结构示意图；图1(b)为本专利技术一个实施例图1(a)中H桥结构示意图；图2为本专利技术一个实施例改进的空间矢量调制算法流程图；图3为本专利技术一个实施例光伏逆变器所有可能的输出矢量在一维坐标的排序；图4为本专利技术一个实施例光伏逆变器正半轴的矢量及其所属的矢量集合。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。本实施例提出了一种可用于单相光伏逆变器的调制方法，该方法对常规空间矢量调制进行改进，通过优选输出开关矢量，使得各单元的直流电压跟随其MPPT给出的直流电压指令值，实现各单元直流电压快速收敛，并且逆变器能够在各单元直流电压不一致的条件下精确按照控制算法的输出指令值输出，改善输出电压波形质量。使用该调制方法的光伏逆变器，不再需要在其控制器中附加单元间的直流电压均衡控制算法，从而降低了控制器算法的复杂度，提高稳定性。本实施例通过以下技术方案来实现的，一种单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法，所述的调制算法是在传统的空间矢量调制方法基础上进行改进，根据各单元直流电压瞬时值与其MPPT模块给出的直流电压指令值之差确定该单元直流侧应该充电、放电或是保持不变，在单相逆变器输出矢量的一维空间中，根据逆变器并网电流的瞬时方向从控制器输出电压指令值的两侧区域各选择一个与各单元充/放电需求最一致的矢量作为下一个开关周期的输出矢量，再根据控制器输出电压指令值与两个输出矢量所对应的电平值计算占空比。而且，某个单元直流侧应该充电、放电或是直流电压保持不变的判断标准，是在该单元MPPT模块给出的直流电压指令值基础上设置一个正负误差范围，当单元直流电压瞬时值低于该误差范围的下限则判定应该充电，当单元直流电压瞬时值超过该误差范围的上限则判定应该放电，当单元直流电压瞬时值处于误差范围内则判定直流电压保持不变。而且，由于每个单元的输出电平有三种(+Udc、-Udc和0)，且考虑所有单元的直流电压都不同的情况，所述单相逆变器输出矢量的一维空间最多包含3N个矢量，N为级联单元个数。而且，与各单元充/放电需求最一致的矢量的选取方法是：根据逆变器并网电流的瞬时方向，判断采用某一个矢量时各单元直流电压的变化趋势，若与单元的充/放电需求一致则记为0分，若与单元的充/放电需求相违背则记为2分，若与单元的充/放电需求不一致但也不违背则记为1分，将该矢量对所有单元的得分求和，最后比较同区域内所有待选矢量的总得分，总本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法，其特征是，在传统空间矢量调制方法的基础上，根据各单元直流电压瞬时值与其MPPT模块给出的直流电压指令值之差确定该单元直流侧应该充电、放电或是直流电压保持不变，在单相逆变器输出矢量的一维空间中，根据逆变器并网电流的瞬时方向从控制器输出电压指令值的两侧区域各选择一个与各单元充/放电需求最一致的矢量作为下一个开关周期的输出矢量，再根据控制器输出电压指令值与两个输出矢量所对应的电平值计算占空比。

【技术特征摘要】
1.一种单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法，其特征是，在传统空间矢量调制方法的基础上，根据各单元直流电压瞬时值与其MPPT模块给出的直流电压指令值之差确定该单元直流侧应该充电、放电或是直流电压保持不变，在单相逆变器输出矢量的一维空间中，根据逆变器并网电流的瞬时方向从控制器输出电压指令值的两侧区域各选择一个与各单元充/放电需求最一致的矢量作为下一个开关周期的输出矢量，再根据控制器输出电压指令值与两个输出矢量所对应的电平值计算占空比。2.如权利要求1所述的单相级联型光伏逆变器的空间矢量调制方法，其特征是，某单元直流侧应该充电、放电或是直流电压保持不变的判断标准为：在该单元MPPT模块给出的直流电压指令值基础上设置一个正负误差范围，当单元直流电压瞬时值低于该误差范围的下限则判定应该充电，当单元直流电压瞬时值超过该误差范围的上限则判定应该放电，当单元直流电压瞬时值处于误差范围内则判定直流电压保...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊兰，柳慧梅，裴益民，张道健，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42