一种ISOP并网逆变器组合系统及其目标多重化控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种ISOP并网逆变器组合系统及其目标多重化控制方法，属于电能变换装置的直流‑交流变换器领域。ISOP并网逆变器组合系统由n个标准逆变器模块组成，模块在输入端串联、输出端并联后接入电网，需要实现模块间功率均衡及高功率因数并网两大目标。本发明专利技术优化了ISOP并网逆变器组合系统的拓扑结构，各模块桥臂输出电压经过逆变器侧电感L1、滤波电容C滤波后在电容两端并联，后经过公用的网侧电感L2并网，且此时所需的L2感值相比单模块并网逆变器大大减小，从而简化了拓扑、减小系统体积。本发明专利技术同时给出了ISOP逆变器组合系统并网应用场合时的功率均衡策略及各模块控制策略，使得在采用最少控制量的前提下实现多重控制目标。

ISOP grid connected inverter combined system and target multiplex control method

The invention discloses a ISOP grid connected inverter combined system and multiple target control method, DC AC converter which belongs to the field of electric energy conversion device. ISOP integrated system of grid connected inverter by N standard inverter module, input module, serial output end in parallel connected to the grid, to achieve power balance between modules and high power factor two goals. The invention optimizes the topology of ISOP integrated system of grid connected inverter, the output voltage of each module arm through the inverter side inductance L1, capacitance C filter in parallel with the capacitor, after L2 inductor network side network utilities, and the required L2 value compared with the single module and inverter is greatly reduced, thereby simplifying the topology, reduces the volume of the system. The invention also provides a power balance strategy and the control strategies of each module of the ISOP inverter combined system when the grid is connected with the application, so as to realize the multiple control target under the condition of the minimum control quantity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种输入串联输出并联(ISOP)并网逆变器组合系统及其目标多重化控制方法，属于电能变换装置的直流-交流变换器领域。
技术介绍
输入串联输出并联(ISOP)逆变器组合系统适用于高压直流输入、大电流交流输出的应用场合，诸如船舶、高速电气铁路等电气系统，其具有以下优点：ISOP逆变器组合系统中各模块在输入端串联，模块的开关管应力大幅减小，方便选择更合适的开关管；每个模块的功率只有系统功率的1/n(n为系统中的模块数量)，更易实现模块化；多模块的串并联组合可以有效提高系统的可靠性。并网逆变器作为光伏并网发电系统中的核心部件及能量传输者，其变换效率的提高对增加系统有效发电量、降低系统发电成本具有至关重要的意义。目前的光伏并网发电系统中，并网逆变环节通常采用单台LCL型逆变器实现电能馈网。实际上，随着光伏并网发电系统容量的不断扩大，对系统的冗余性和可靠性提出了更高的要求。将逆变器组合系统应用于分布式并网场合中，就能将组合系统易于拓展容量、缩短研发周期、高可靠性等优势带入到新能源分布式发电并网场合中。因此，多个标准化并网逆变器模块的串并结构也将成为光伏并网发电系统重要的发展趋势。其中，ISOP逆变器组合系统适用于输入电压高、输出电流大的应用场合，可以使用多模块ISOP并网逆变器组合系统来代替上述的单台、大容量逆变器。
技术实现思路
为了使ISOP逆变器组合系统实现并网，本专利技术提出了一种ISOP并网逆变器组合系统及其目标多重化控制方法，可以在降低系统体积的同时实现模块间功率均衡、LCL滤波器谐振峰的阻尼、并网电流较高功率因数并网等多重控制目标。本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：一种ISOP并网逆变器组合系统，包括n个输入串联、输出并联的并网逆变器模块，n为大于等于2的整数；所述并网逆变器模块均是由全桥直流变换器和全桥逆变器级联构成，其中全桥直流变换器的输入端作为并网逆变器模块的输入端，全桥逆变器的输出端作为并网逆变器模块的输出端。一种ISOP并网逆变器组合系统的目标多重化控制方法，包括如下步骤：(1)ISOP并网逆变器组合系统采用输入均压环和逆变器侧电流iL1电流环控制，组合系统中每个模块通过输入均压母线及电感电流基准同步母线信号进行通讯，各模块逆变器侧电感电流跟踪电感电流基准同步母线输出的给定参考电感电流信号；输入均压环通过调节输出有功，进而调整输入电压；(2)输入均压环调节器的输出信号与电感电流基准同步母线信号进入乘法器后得到的调节量叠加至电感电流基准上，从而得到各个模块实际的输出电流基准信号；逆变器侧电感电流分量经过采样得到反馈电流，该反馈电流与实际的输出电流基准信号相减后经输出比例积分调节器得到调制信号，此调制信号与给定的三角载波相比较得到开关管的驱动波形，进而得到每个逆变器模块桥臂输出电压；(3)每个并网逆变器模块的桥臂电压通过LCL滤波器进行滤波得到进网电流，优化后的系统其各逆变器模块桥臂输出电压在经过各模块逆变器侧电感L1和滤波电容C后等效并联，后经过公用的网侧电感L2并网，且该共用网侧电感L2所需的感值降低。本专利技术的有益效果如下：1、简化了ISOP并网逆变器组合系统的拓扑，减小了所需电感的数量以及网侧电感L2的感值，从而减小系统的体积。2、通过采用输入均压环、逆变器侧电感电流环，输入均压母线及逆变器侧电感电流同步母线来实现多模块间的功率均衡，此外通过控制逆变器侧电感电流以实现模块LCL谐振尖峰的阻尼及并网电流高功率因数并网。附图说明图1为本专利技术的ISOP并网逆变器组合系统的原理框图，其中：Vin为系统输入电压；Iin为系统输入电流；Cd1--Cdn为输入分压电容；Vcd1--Vcdn为输入分压电容电压稳态值；Iin1--Iinn为各逆变器模块的输入电流稳态值；Icd1--Icdn为输入分压电容电流稳态值；iL1-1--iL1-n为各模块逆变器侧电感电流；L11--L1n为各模块LCL滤波器的逆变器侧电感且L11＝L12＝…＝L1n＝L1；iC1--iCn为各模块逆变器侧电感电流；C1--Cn为各模块LCL滤波器的电容且C1＝C2＝…＝Cn＝C；iL2-1--iL2-n为各模块逆变器侧电感电流；为各模块LCL滤波器的网侧电感且iL2为系统并联输出电网电流；vg为电网电压，n为系统所包含的模块数量。图2为本专利技术单个模块主电路图，其中：Vinj为j#模块输入电压；iinj为j#模块输入电流；Q1-Q4为前级直-直变换器的开关管；Tj为前级高频隔离变压器；Ldcj为j#模块前级滤波电感；Cdcj为j#模块前级滤波电容；vdcj为j#模块前级输出电压；D1-D4为前级直-直逆变器整流电路的二极管；S1-S4为后级直-交逆变器的开关管；iL1-j为j#模块后级逆变器侧电感电流；iL2-j为j#模块后级网侧电感电流；Cj为j#模块后级输出滤波电容；iCj为j#模块后级电容电流；L1j为j#模块后级逆变器侧输出滤波电感；L2j为j#模块后级网侧输出滤波电感。上述j的取值范围为1,2,…,n。图3为本专利技术ISOP并网逆变器组合系统拓扑优化后的原理框图，其中L1为各模块逆变器侧电感；C为各模块滤波电容；L2为共用的电网侧电感且iL1-j为j#模块逆变器侧电感电流；iCj为各模块逆变器侧电感电流；上述j的取值范围为1,2,…,n。iL2为系统并联输出电网电流。图4为1#模块桥臂输出电压VAB1(s)单独作用时的简化拓扑图，其中IL11(s)为1#模块桥臂电压单独作用时该模块逆变器侧电感上流过的电流；I1(s)为1#模块桥臂电压单独作用时流往其余模块逆变器侧电感的电流分量之和；IL1-1(s)为实际流往系统总输出电容、网侧电感的电流分量；IC1(s)为流往系统总输出电容的电流分量；IL2-1(s)为1#模块桥臂电压单独作用时流往网侧电感的电流分量，L2为共用的电网侧电感。图5为多模块桥臂输出电压共同作用时的简化拓扑图，其中IL1-1(s)--IL1-3(s)为各模块逆变器侧电感上流过的电流，IL1(s)为3个模块共同作用时流往系统总输出电容、网侧电感的电流之和；IC(s)为流往系统总输出电容的电流分量；IL2(s)为3个模块桥臂电压共同作用时流往网侧电感的电流分量，L2为共用的电网侧电感。图6为组合系统拆分后单模块的等效LCL滤波器拓扑。图7为本专利技术ISOP逆变器组合系统拆分后的单模块控制框图，其中Iref(s)为给定的电感电流基准；Gi(s)为输出电流比例积分调节器；Gpwm(s)为PWM逆变器的增益；Hi为逆变器侧电感电流闭环采样系数；ZL1(s)为逆变器侧电感的阻抗；vAB1为1#逆变器桥臂间电压；IL1-1(s)为1#模块逆变器侧电感电流；IC1(s)为1#模块流往系统等效电容的电流；ZC(s)为系统并联滤波电容的阻抗；ZL2(s)为网侧电感的阻抗；IL2-1(s)为1#模块流往网侧电感的电流分量。图8为本专利技术ISOP逆变器组合系统拆分后的单模块等效控制框图，其中Hi1(s)为电容电流的反馈系数且Hi1(s)＝Hi·Gi(s)。图9为本专利技术ISOP逆变器组合系统的分布式架构和控制框图，其中vcd1--vcd3为输入分压电容电压瞬时值；vin_ref为输入电压给定信号；Kf为输入电压采样系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ISOP并网逆变器组合系统，其特征在于，包括n个输入串联、输出并联的并网逆变器模块，n为大于等于2的整数；所述并网逆变器模块均是由全桥直流变换器和全桥逆变器级联构成，其中全桥直流变换器的输入端作为并网逆变器模块的输入端，全桥逆变器的输出端作为并网逆变器模块的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种ISOP并网逆变器组合系统，其特征在于，包括n个输入串联、输出并联的并网逆变器模块，n为大于等于2的整数；所述并网逆变器模块均是由全桥直流变换器和全桥逆变器级联构成，其中全桥直流变换器的输入端作为并网逆变器模块的输入端，全桥逆变器的输出端作为并网逆变器模块的输出端。2.根据权利要求1所述的一种ISOP并网逆变器组合系统的目标多重化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）ISOP并网逆变器组合系统采用输入均压环和逆变器侧电流iL1电流环控制，组合系统中每个模块通过输入均压母线及电感电流基准同步母线信号进行通讯，各模块逆变器侧电感电流跟踪电感电流基准同步母线输出的给定参考电感电流信号；输入均压环通...

【专利技术属性】
技术研发人员：方天治，何玮，沈乐，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32