单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法，构建单相H桥逆变器并联系统的等效电路模型；基于所述等效电路模型，建立系统电路方程，确定系统环流和环流激励源；建立共模分量与系统参数的方程，基于共模分量表达式，以及二次拉格朗日插值方程，构建无差拍控制器；利用所述无差拍控制器，基于目标值和实际检测值，计算注入调制波的共模分量，基于共模分量，对环流进行控制。有效消除了环流，提高了可再生能源并网系统的电能质量。

【技术实现步骤摘要】
单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法
本专利技术属于可再生能源发电与电力电子调控
，具体涉及一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。化石能源的局限性及其带来的污染问题为可再生能源发电创造了良好的发展空间。因此，作为可再生能源与电力系统的接口，大量电力电子设备与电力系统互联，造成了传统电力系统的电力电子化。单相H桥逆变器是最经典的变换器拓扑之一，具备完善的调制与控制理论，具有成本低廉，使用方便等优点，并已广泛应用于可再生能源发电领域。近年来，随着可再生能源容量的提升，对与其互联的逆变器要求越来越高，研究人员提出了许多解决方案。其中，将多个单相H桥逆变器直流侧与交流测分别互连，构成并联结构以代替单个逆变器的方案，可以直接使用现在已大量生产的H桥逆变器，无需在拓扑以及硬件方面做出改进，以其简便性在众多方案中脱颖而出。H桥逆变器的并联运行，不仅可以提升逆变器系统的额定容量，还可以针对可再生能源的波动性，灵活配置各并联子模块的出力方案，以达到提升系统效率的目的。同时，由于使用了多个H桥子模块并联的结构，增加了逆变器系统的冗余性，从而有效提升了系统的安全性能。并且，由于各子模块规格相同，技术人员易于对该逆变器并联系统进行检修与维护。然而，针对单相H桥逆变器并联运行情况，由于各逆变器子模块中存在的硬件以及调控差异，可能在各并联H桥子模块间中引入环流，造成输出电流谐波严重畸变，威胁可再生能源并网系统的安全稳定。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法，本专利技术通过合理的等效结构变换，建立了各并联H桥子模块间环流的数学模型，定义了环流及其产生的激励源。在此基础上，提出了基于无差拍控制的环流抑制方案，有效消除了环流，提高了可再生能源并网系统的电能质量。根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法，包括以下步骤：在等效的结构变换后，构建单相H桥逆变器并联系统的等效电路模型；基于所述等效电路模型，建立系统数学模型，明确系统环流定义和环流激励源表达式；利用基于共模分量注入的载波调制方法来抑制环流，其中注入调制波的共模分量由无差拍控制器精确计算得出。建立注入调制波的共模分量与系统参数之间的方程，并基于此构建无差拍控制器。系统参数包括：滤波电感的电感值，当前时刻直流侧电压测量值，当前时刻输出电流测量值，下一开关周期输出电流参考值，其中，下一开关周期输出电流参考值由二次拉格朗日插值方程基于上两个开关周期的输出电流参考值得出；作为可选择的实施方式，所述单相H桥逆变器并联系统包括至少两个单相H桥子模块，并联连接的连接点分别设置在每个子模块直流电容两端以及交流电网侧。作为可选择的实施方式，构建单相H桥逆变器并联系统的等效电路模型的具体过程内包括：基于电路模型对电源的表现形式进行等效处理，得到修正后的电路模型，所述电路模型中交流电网等效为两个独立的理想交流电压源，分别具有相反的参考方向以及相反的幅值；并将逆变器直流输入侧等效为两个独立的理想直流电压源。作为进一步的限定，所述两个独立的理想交流电源之间，构建一个虚拟的中性点N，在两个独立的理想直流电压源之间，构建一个虚拟的中性点O。作为可选择的实施方式，确定系统环流和环流激励源的具体过程包括：将单相H桥子模块出口的共模电流定义为该子模块间的环流，并根据数学关系，定义出环流激励源的三部分，每一部分都包括一个源以及一个电感相关参数：第一部分的源为该子模块的共模电压，电感相关参数为该子模块的滤波电感参数；第二部分的源为全部子模块的共模电压，电感相关参数为全部子模块的滤波电感参数；第三部分的源为交流电网电压，电感相关参数为全部子模块的滤波电感参数。作为可选择的实施方式，基于共模分量注入的载波调制方法，对环流进行控制的具体过程包括：采用单极性倍频调制方法，通过在调制波中注入合适的共模分量对环流进行控制。作为可选择的实施方式，计算注入调制波的共模分量的具体结果包括：其中，i2c(k+1)、i11(k+1)和i21(k+1)分别为环流，第一单相H桥子模块的输出电流参考值，第二单相H桥子模块输出电流在下一个开关周期内的参考值，i2c(k)、i11(k)和i21(k)分别为环流，第一单相H桥子模块在当前时刻的输出电流参考值，第二单相H桥子模块的输出电流在此开关周期内的测量值，C表示注入调制波的共模分量，Vdc表示直流侧电压幅值Ts表示开关周期。作为进一步的限定，下一时刻的参考值可由此开关周期以及上两个开关周期的电流参考值通过二次拉格朗日插值公式来表示：其中，ic_ref(k+1)表示环流在下一开关周期的参考值，一般取为0，和分别表示当前开关周期两台子模块输出电流的参考值，和分别表示上一开关周期两台子模块输出电流的参考值，和分别表示上两个开关周期两台子模块输出电流的参考值。由于计算得到了准确的共模注入值，故该控制器可以实现快速精准的环流抑制效果。一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制系统，包括：电流跟踪控制系统，即基于PR控制器为H桥子模块提供基础的调制波；环流抑制模块即无差拍控制器模块，被配置为利用已知系统参数，计算共模分量，并注入调制波，对环流进行控制；载波比较模块，将已经注入了共模分量的调制波与载波相比较，得到开关器件的PWM驱动信号。作为可选择的实施方式，所述环流抑制模块，被配置为采用带有共模分量注入的单极性倍频调制方法，对环流进行控制。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：所提出的单相H桥逆变器并联系统环流建模方法，区别于其他建模方法，不仅可以在定性分析中得出环流是否存在，并且可以在定量分析中，计算出环流的主要成分及其数值，提高了环流模型的准确性，为后续的环流抑制方法提供了新思路。利用共模分量注入的单极性倍频调制策略，实现对环流的精准控制。提出的环流抑制策略亦可以推广到3台及以上H桥子模块并联的逆变器系统中，具有普遍适用性。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例一中单相H桥逆变器并联环流等效电路模型；图2(a)-(c)为本专利技术实施例二中单相H桥逆变器几种调制方法；图3为本专利技术实施例二中典型环流波形；图4为本专利技术实施例二中两台逆变器并联无差拍环流控制器示意图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法，其特征是：包括以下步骤：/n在等效的结构变换后，构建单相H桥逆变器并联系统的等效电路模型；/n基于所述等效电路模型，建立系统数学模型，明确系统环流定义和环流激励源表达式；/n利用基于共模分量注入的载波调制方法来抑制环流，其中注入调制波的共模分量由无差拍控制器精确计算得出。/n

【技术特征摘要】
1.一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法，其特征是：包括以下步骤：
在等效的结构变换后，构建单相H桥逆变器并联系统的等效电路模型；
基于所述等效电路模型，建立系统数学模型，明确系统环流定义和环流激励源表达式；
利用基于共模分量注入的载波调制方法来抑制环流，其中注入调制波的共模分量由无差拍控制器精确计算得出。


2.如权利要求1所述的一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法，其特征是：建立注入调制波的共模分量与系统参数之间的方程，并基于此构建无差拍控制器。


3.如权利要求2所述的一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法，其特征是：系统参数包括：滤波电感的电感值，当前时刻直流侧电压测量值，当前时刻输出电流测量值，下一开关周期输出电流参考值，其中，下一开关周期输出电流参考值由二次拉格朗日插值方程基于上两个开关周期的输出电流参考值得出。


4.如权利要求1所述的一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法，其特征是：构建单相H桥逆变器并联系统的等效电路模型的具体过程内包括：基于电路模型对电源的样式进行等效处理，得到修正后的电路模型，所述电路模型中交流电网等效为两个独立的理想交流电压源，分别具有相反的参考方向以及相反的幅值；并将逆变器直流输入侧等效为两个独立的理想直流电压源。


5.如权利要求4所述的一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法，其特征是：所述两个独立的理想交流电源之间，构建一个虚拟的中性点N，在两个独立的理想直流电压源之间，构建一个虚拟的中性点O。


6.如权利要求1所述的一种单相H桥逆变器并联系统环流抑制方法，其特征是：确定系统环流和环流激励源的具体过程包括：将单相H桥子模块出口的共模电流定义为该子模块间的环流，并根据数学关...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，王志祯，邢相洋，李晓艳，刘玺，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37