基于MMC光储混合逆变器的新型集成结构和功率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于模块化多电平光储混合并网逆变器的新型集成结构和功率分配方法，对系统进行上层并网控制，稳定直流侧电压；对光伏模块进行最大功率跟踪控制和环流抑制，使各光伏子模块在一定光照下输出其最大功率；对蓄电池模块进行SOC均衡控制；根据电网功率需求指令，对蓄电池模块进行下层功率控制，使其充当系统备用电源。本发明专利技术可根据电力调度指令，灵活地将有功功率分配到光伏模块和储能电池模块中，通过上层控制稳定直流侧电压，下层控制可最大限度地提高能源利用效率，提高了系统的稳定性，抑制环流，适用于大规模光伏并网系统。

【技术实现步骤摘要】
基于MMC光储混合逆变器的新型集成结构和功率分配方法
本专利技术涉及电力电子技术，具体涉及一种基于MMC光储混合逆变器的新型集成结构和功率分配方法。
技术介绍
带储能元件的模块化多电平光伏并网逆变器具有模块化程度高、开关频率高、谐波特性好等特点，其中储能系统还可以辅助光伏系统并网，平滑功率波动，提高电能质量，得到了广泛的应用。针对基于MMC的光储混合逆变器，已有一些可行的集成结构提出，包括将光伏组件和蓄电池通过DC-DC变换器同时集成到一个子模块中，或将大量光伏电池进行串并联直接连接到MMC直流侧，将蓄电池集成到各子模块中。现有结构中含有大量DC-DC双向变换器，大大增加了系统中开关管和变压器数量，增大了系统损耗和控制难度，而将大量光伏组件串并联无法解决光伏电池的局部阴影问题，容易造成系统的功率波动。此外，现有技术中对于系统中光伏电池和蓄电池两种直流源的功率分配问题并未进行详细阐述，难以满足电力调度需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于MMC光储混合逆变器的新型集成结构和功率分配方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于模块化多电平光储混合并网逆变器的新型集成结构和功率分配方法，包括如下步骤：步骤1、对系统进行上层并网控制，稳定直流侧电压；步骤2、对光伏模块进行最大功率跟踪控制和环流抑制，使各光伏子模块在一定光照下输出其最大功率；步骤3、对蓄电池模块进行SOC均衡控制；步骤4、根据电网功率需求指令，对蓄电池模块进行下层功率控制，使其充当系统备用电源。进一步的，步骤1中，对系统进行上层并网控制的具体方法为：采用电压电流内外环控制实现系统解耦控制后的交流并网，由直流侧电压参考值和实际值经PI控制器调节得到参考并网电流在d轴上的分量idref，并实现直流侧电压恒定，由电网无功功率指令Q得到参考并网电流在q轴上的分量iqref，使系统跟踪电网指令要求。进一步的，步骤2中，对光伏模块进行最大功率跟踪控制和环流抑制的具体方法为：步骤2.1、确定光伏子模块电压调节量，利用扰动观察法得到每个光伏子模块的最大功率点电压，将其与光伏模块瞬时电压作差，经PI调节后乘以对应桥臂电流经符号调节后的结果，使得每个光伏子模块都能独立工作在其最大功率点上；步骤2.2、确定光伏子模块环流调节量，其由j(j＝a,b,c)相环流实际值与参考值作差后经PR调节后得到，其中环流参考值由其直流分量和基频分量构成，通过将j(j＝a,b,c)相上桥臂所有光伏电池输出电压和与下桥臂光伏电池电压和相加，与参考值作差经PI控制后得到j相环流直流分量参考值，以控制相间电压均衡，通过将j相上桥臂所有光伏电池输出电压和与下桥臂光伏电池电压和相减，与参考值作差经PI控制后得到j相环流基频分量参考值，以控制桥臂间电压均衡。进一步的，步骤3中，对蓄电池模块进行SOC均衡控制的具体方法为：确定蓄电池子模块SOC调节量，其由每个模块的SOC值和对应桥臂SOC平均值作差经PI调节后得到，以确保在蓄电池初始SOC状态不一致时使其趋于均衡。进一步的，步骤4中，对蓄电池模块进行下层功率控制的具体方法为：步骤4.1、确定j(j＝a,b,c)相所有光伏电池发出的有功功率包括j相上桥臂和下桥臂所有光伏电池发出的有功功率具体公式为：其中，为j相z(z＝p,n)桥臂第k个光伏子模块的输出功率，Upv_zjk为j相z桥臂第k个光伏子模块的最大功率点电压，Izjk为j相z桥臂第k个光伏子模块的输出电流，P*pv_pj为j相上桥臂所有光伏电池发出的有功功率，P*pv_nj为j相下桥臂所有光伏电池发出的有功功率；步骤4.2、由于光伏电池发出的功率存在不确定性，根据电网调度指令，其他有功功率由蓄电池补充以确保其满足电网需求，并使其在光照条件变化情况下仍能保持输出功率恒定，确定j(j＝a,b,c)相所有蓄电池应发出的有功功率，具体公式为：其中，P*ac_j为j相输出的总功率，P*ac为电网调度指定的总功率。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)新型集成结构简化了系统配置和控制，降低了系统损耗；2)在用电高峰及局部阴影条件下，提出的功率分配方法可根据电网功率调度，由光伏电池和蓄电池同时向电网供电，适用于大规模光伏并网系统。附图说明图1为本专利技术基于MMC光储混合逆变器的新型集成结构的示意图。图2为本专利技术功率分配方法的整体控制原理图。图3为本专利技术下层控制原理图。图4为本专利技术仿真结果图，其中(a)为光照均衡和光照不均衡两种情况下电网电压和电流、电容电压和功率波形图，(b)为两种情况下直流侧电压和环流波形图。图中，m为各桥臂光伏子模块数量，n为各桥臂子模块总数量，L为桥臂滤波电感，Udc为直流侧电压，Ls为负载电感，Usj(j＝a,b,c)为电网电压，ij为j相并网电流，ipj为j相上桥臂电流，inj为j相下桥臂电流，icirj为j相环流。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步说明本专利技术方案。本专利技术提出一种基于MMC光储混合逆变器的新型集成结构，不需要DC-DC转换器，通过半桥结构将光伏电池和储能电池集成到不同的子模块中，减少了系统损耗，可以独立控制光伏模块和蓄电池模块，使能源得到充分利用。如图1所示，MMC中每个相位包含上、下两个桥臂，每个桥臂由n个子模块和滤波电感L组成，n个子模块包括m个光伏子模块和n-m个蓄电池子模块，其中，光伏电池或蓄电池直接连接到半桥结构上。上、下桥臂的公共点引出相线通过负载电感Ls与电网相连。环流由icirj＝(ipj+inj)/2得到，并网电流由ij＝(ipj-inj)/2得到。基于上述新型集成结构，本专利技术还提出一种功率分配方法，以解决传统光伏并网系统无法满足电网需求问题以及由于光照不平衡而引起的功率波动问题，当光伏模块输出功率无法满足电网需求时，可由两种电源同时向交流电网供电以满足调度需求。如图2-3所示，基于模块化多电平光储混合并网逆变器的功率分配方法，其过程具体包括如下三个部分：(1)并网控制图2为本专利技术控制方式示意图，上层控制为并网控制，只要给定参考并网电流在d轴和q轴上的分量idref和iqref，即可实现解耦控制后的交流并网，其中idref由直流侧电压参考值和实际值经PI控制器调节得到，iqref由电网无功功率指令Q得到，通常设置为0。MMC交流侧等效输出电压可由其在d轴和q轴上的分量usd和usq经反派克变换得到，usd和usq可由下式得到：式中：vd和vq分别由并网电流在d轴和q轴上的分量的参考值和实际值作差后经PI控制器得到；ed和eq分别为电网电压在d轴和q轴上的分量；L为MMC等效连接电感；ω为电网电压基波频率。(2)功率控制图3为本专利技术下层控制方式示意图，包括功率控制和均衡控制。功率控制即为上述步骤4中所述对系统蓄电池模块进行的下层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模块化多电平光储混合并网逆变器的新型集成结构和功率分配方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、对系统进行上层并网控制，稳定直流侧电压；/n步骤2、对光伏模块进行最大功率跟踪控制和环流抑制，使各光伏子模块在一定光照下输出其最大功率；/n步骤3、对蓄电池模块进行SOC均衡控制；/n步骤4、根据电网功率需求指令，对蓄电池模块进行下层功率控制，使其充当系统备用电源。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于模块化多电平光储混合并网逆变器的新型集成结构和功率分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、对系统进行上层并网控制，稳定直流侧电压；
步骤2、对光伏模块进行最大功率跟踪控制和环流抑制，使各光伏子模块在一定光照下输出其最大功率；
步骤3、对蓄电池模块进行SOC均衡控制；
步骤4、根据电网功率需求指令，对蓄电池模块进行下层功率控制，使其充当系统备用电源。


2.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，步骤1中，对系统进行上层并网控制的具体方法为：
采用电压电流内外环控制实现系统解耦控制后的交流并网，由直流侧电压参考值和实际值经PI控制器调节得到参考并网电流在d轴上的分量idref，并实现直流侧电压恒定，由电网无功功率指令Q得到参考并网电流在q轴上的分量iqref，使系统跟踪电网指令要求。


3.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，步骤2中，对光伏模块进行最大功率跟踪控制和环流抑制的具体方法为：
步骤2.1、确定光伏子模块电压调节量，利用扰动观察法得到每个光伏子模块的最大功率点电压，将其与光伏模块瞬时电压作差，经PI调节后乘以对应桥臂电流经符号调节后的结果，使得每个光伏子模块都能独立工作在其最大功率点上；
步骤2.2、确定光伏子模块环流调节量，其由j(j＝a,b,c)相环流实际值与参考值作差后经PR调节后得到，其中环流参考值由其直流分量和基频分量构成，通过将j(j＝a,b,c)相上桥臂所有光伏电池输出电压和与下桥臂光伏电池电压和相加，与参考值作差经PI控制后得到j相环流...

【专利技术属性】
技术研发人员：余婕，刘钊，孔建寿，陆一言，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32