基于梯形波调制的单相级联H桥光伏逆变器控制策略制造技术

本发明专利技术公开了一种基于梯形波调制的单相级联H桥光伏逆变器控制策略，属于电气工程领域的光伏发电技术。本发明专利技术针对由于单相级联H桥光伏逆变器各H桥单元光伏组件功率不均导致的部分单元过调制问题，提出一种基于梯形波调制的单相级联H桥光伏逆变器控制策略，主要步骤如下：(1)对相关电压电流进行采样；(2)控制所有H桥单元的直流母线电压，使各光伏组件运行于最大功率点；(3)控制并网电流；(4)当H桥单元过调制时，过调制单元采取梯形波调制，其他单元调制波补偿反向谐波。相比现有技术，本发明专利技术扩大了级联H桥光伏逆变器中H桥单元的线性调制范围至1.273，进一步提高了级联H桥光伏逆变器应对光伏功率不平衡的能力。变器应对光伏功率不平衡的能力。变器应对光伏功率不平衡的能力。

【技术实现步骤摘要】
基于梯形波调制的单相级联H桥光伏逆变器控制策略


[0001]本专利技术属于电气工程领域的光伏发电技术，具体涉及一种基于梯形波调制的单相级联H桥光伏逆变器控制策略。

技术介绍

[0002]随着户用型光伏产业发展，级联H桥光伏逆变器因其多电平输出，可实现组件级关断和组件级MPPT，在户用型应用场合优势明显，具有十分重要的研究价值。然而，由于级联H桥光伏逆变器单元化的结构，每个H桥单元直流侧均独立连接一块光伏组件，当各组件光照强度不同时，发电功率也存在差异。若不采用功率均衡控制策略，各H桥单元将按照功率占比分配总调制波，则功率较大的H桥单元易发生过调制，影响并网电流质量，甚至难以维持系统稳定运行。
[0003]针对这个问题已有相关研究，文献“毛旺，张兴，王付胜，杨国志.一种改进型级联H桥光伏逆变器混合调制策略[J].电力电子技术，2018，52(08)：94
‑
97.”提出混合调制策略，通过改进调制来提高直流电压利用率，从而避免过调制的发生，但混合调制策略只能间接控制直流母线电压，直流母线电压值波动较大，不利于系统稳定运行。
[0004]文献“袁义生，吕森.一种可有效扩宽级联型光伏逆变器稳定域范围的控制策略[J].高电压技术，2021，47(03)：972
‑
982.”提出无功补偿控制策略，通过补偿功率因数角，降低总调制电压幅值，从而避免发生过调制，但级联H桥光伏逆变器采用无功补偿控制策略难以工作在单位功率因数，不符合并网要求。
[0005]文献“王明达，张兴，赵涛，胡玉华，毛旺，李明，徐君.一种优化的单相级联H桥逆变器三次谐波补偿策略[J].中国电机工程学报，2020，40(04)：1073
‑
1081+1400.”提出一种三次谐波补偿方法，不仅避免了直流母线电压大幅波动，而且可以运行于单位功率因数，有效解决了部分H桥单元过调制的问题，但采用三次谐波补偿方法时，H桥单元的线性调制范围最高达1.155，对于过调制单元调制度超过1.155的情况将无法应对。
[0006]综上所述，现有方案还存在以下问题：
[0007]1)采用混合调制策略会加剧直流母线电压波动，不利于系统稳定运行；
[0008]2)采用无功补偿控制策略时难以工作在单位功率因数，不满足并网要求；
[0009]3)采用三次谐波补偿方法，H桥单元的线性调制范围受限于1.155，当光伏功率不均衡程度进一步扩大时将无法应对。

技术实现思路

[0010]为克服上述方案的局限性，本专利技术提出一种基于梯形波调制的单相级联H桥光伏逆变器控制策略，当出现光伏功率不均衡时，一不会加剧直流母线电压波动，二不会偏离单位功率因数运行，三进一步扩大了H桥单元的线性调制范围至1.273，能适应光伏功率不均衡程度较大的场合。
[0011]为解决本专利技术的技术问题，本专利技术提供了一种基于梯形波调制的单相级联H桥光
伏逆变器控制策略，所述单相级联H桥光伏逆变器包含N个相同的H桥单元，将N个H桥单元中的任一个H桥单元记为H桥单元HB
i
，i＝1，2...N，N为大于1的正整数；在每个H桥单元HB
i
的直流侧均并联一个电容C
i
和一块光伏组件PV
i
，N个H桥单元HB
i
的交流侧输出相互串联后，通过滤波电感L
s
并入电网；
[0012]所述控制策略包括电压电流采样、各H桥单元直流侧电压控制、并网电流控制和梯形调制波生成，步骤如下：
[0013]步骤1，采样
[0014]对电容C
i
的两端电压采样，并记为直流电压V
dci
，i＝1，2，...，N，对光伏组件PV
i
的输出电流采样，并记为输出电流I
pvi
，i＝1，2，...，N，对电网电压进行采样，并记为电网电压v
g
，对并网电流进行采样，并记为并网电流i
g
；
[0015]步骤2，各H桥单元直流侧电压控制
[0016]步骤2.1，计算H桥单元HB
i
的光伏发电功率P
pvi
，P
pvi
＝V
dci
I
pvi
，i＝1，2，...，N，然后对H桥单元HB
i
的光伏发电功率P
pvi
进行最大功率点追踪控制，得到H桥单元HB
i
的最大功率点电压，并记为最大功率点电压i＝1，2，...，N；将最大功率点电压作为H桥单元HB
i
的直流电压参考值，i＝1，2，...，N；
[0017]步骤2.2，记电网频率为f
g
，将直流电压V
dci
经过频率为2f
g
的陷波器陷波后得到不含二倍频分量的电压，并记为陷波直流电压V
dci_fil
，i＝1，2，...，N；
[0018]将陷波直流电压V
dci_fil
和直流电压参考值通过电压调节器进行控制，得到电压调节器输出I
i
，i＝1，2，...，N，其表达式如下：
[0019][0020]其中，k
vP
为电压调节器的比例系数，k
vI
为电压调节器的积分系数，s为拉普拉斯算子；
[0021]记H桥单元HB
i
的输出功率为P
i
，P
i
＝V
dci_fil
I
i
，则单相级联H桥光伏逆变器的总功率P
T
的计算式如下：
[0022][0023]步骤3，并网电流控制
[0024]步骤3.1，首先对电网电压v
g
进行锁相，得到电网电压幅值V
gM
和电网电压相位角θ；然后对并网电流i
g
进行SOGI运算，得到并网电流α轴分量i
α
和并网电流β轴分量i
β
，再将并网电流α轴分量i
α
和并网电流β轴分量i
β
从静止垂直坐标系变换到同步旋转坐标系中，得到并网电流d轴分量I
d
和并网电流q轴分量I
q
，计算公式如下：
[0025][0026]其中，sinθ表示电网电压相位角θ的正弦值，cosθ表示电网电压相位角θ的余弦值；
[0027]步骤3.2，令并网电流q轴分量参考值为0，计算并网电流d轴分量参考值其计算式如下：
[0028][0029]将并网电流d轴分量参考值和并网电流d轴分量I
d
通过电流调节器控制，并将电网电压幅值V
gM
前馈后，得到逆变器的d轴调制电压U
d
；将并网电流q轴分量参考值和并网电流q轴分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于梯形波调制的单相级联H桥光伏逆变器控制策略，所述单相级联H桥光伏逆变器包含N个相同的H桥单元，将N个H桥单元中的任一个H桥单元记为H桥单元HB
i
，i＝1，2...N，N为大于1的正整数；在每个H桥单元HB
i
的直流侧均并联一个电容C
i
和一块光伏组件PV
i
，N个H桥单元HB
i
的交流侧输出相互串联后，通过滤波电感L
s
并入电网；其特征在于，所述控制策略包括电压电流采样、各H桥单元直流侧电压控制、并网电流控制和梯形调制波生成，步骤如下：步骤1，采样对电容C
i
的两端电压采样，并记为直流电压V
dci
，i＝1，2，...，N，对光伏组件PV
i
的输出电流采样，并记为输出电流I
pvi
，i＝1，2，...，N，对电网电压进行采样，并记为电网电压v
g
，对并网电流进行采样，并记为并网电流i
g
；步骤2，各H桥单元直流侧电压控制步骤2.1，计算H桥单元HB
i
的光伏发电功率P
pvi
，P
pvi
＝V
dci
I
pvi
，i＝1，2，...，N，然后对H桥单元HB
i
的光伏发电功率I
pvi
进行最大功率点追踪控制，得到H桥单元HB
i
的最大功率点电压，并记为最大功率点电压将最大功率点电压作为H桥单元HB
i
的直流电压参考值，i＝1，2，
…
，N；步骤2.2，记电网频率为f
g
，将直流电压V
dci
经过频率为2f
g
的陷波器陷波后得到不含二倍频分量的电压，并记为陷波直流电压V
dci_fil
，i＝1，2，
…
，N；将陷波直流电压V
dci_fil
和直流电压参考值通过电压调节器进行控制，得到电压调节器输出I
i
，i＝1，2，
…
，N，其表达式如下：其中，k
vP
为电压调节器的比例系数，k
vI
为电压调节器的积分系数，s为拉普拉斯算子；记H桥单元HB
i
的输出功率为P
i
，P
i
＝V
dci_fil
I
i
，则单相级联H桥光伏逆变器的总功率P
T
的计算式如下：步骤3，并网电流控制步骤3.1，首先对电网电压v
g
进行锁相，得到电网电压幅值V
gM
和电网电压相位角θ；然后对并网电流i
g
进行SOGI运算，得到并网电流α轴分量i
α
和并网电流β轴分量i
β
，再将并网电流α轴分量i
α
和并网电流β轴分量i
β
从静止垂直坐标系变换到同步旋转坐标系中，得到并网电流d轴分量I
d
和并网电流q轴分量I
q
，计算公式如下：其中，sinθ表示电网电压相位角θ的正弦值，cosθ表示电网电压相位角θ的余弦值；步骤3.2，令并网电流q轴分量参考值为0，计算并网电流d轴分量参考值其计算式如下：
将并网电流d轴分量参考值和并网电流d轴分量I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，吴孟泽，王明达，王平洲，韩峰，付新鑫，战祥对，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：