基于低频次谐波补偿的单相级联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低频次谐波补偿的单相级联H桥光伏逆变器控制策略，属于电气工程领域。本发明专利技术的目的是解决由于单相级联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。步骤包括：控制所有H桥单元的直流电压，使之跟踪光伏组件的最大功率点；控制并网电流；当H桥单元过调制时，过调制单元采取低频次谐波补偿控制，其他单元进行相应次谐波抑制控制。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1，231，提高了级联H桥光伏逆变器应对光伏功率不平衡的能力，并考虑电网背景谐波的影响，通过谐波抑制控制改善了并网电流质量。通过谐波抑制控制改善了并网电流质量。通过谐波抑制控制改善了并网电流质量。

【技术实现步骤摘要】
基于低频次谐波补偿的单相级联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，具体涉及一种基于低频次谐波补偿的单相级联H桥光伏逆变器控制策略。

技术介绍

[0002]随着电压等级的抬升和系统扩容，多电平逆变器逐步发展，相比传统两电平逆变器，其输出电压的谐波含量更低，能节约滤波成本。在输出电平数相同的条件下，级联型拓扑所用的功率器件最少，无需额外的钳位电容和二极管，在一众多电平逆变器拓扑中具有一定的优势。此外，级联H桥光伏逆变器具有易于生产和维护的模块化结构，扩展性和冗余性好，且具有独立直流侧，能实现组件级MPPT，提高了光伏利用率，在光伏发电系统中适应性好，具有重要的研究意义。然而，受光照强度影响，级联H桥光伏逆变器各H桥单元独立直流侧的光伏组件可能存在功率差异，功率较大的H桥单元易发生过调制，影响并网电流质量。
[0003]针对这个问题已有相关研究，文献“A.Eskandari，V.Javadian，H.Iman
‑
Eini and M.Yadollahi，
″
Stable operation of grid connected Cascaded H
‑
Bridge inverter under unbalanced insolation conditions，
″
2013 3rd International Conference on Electric Power and Energy Conversion Systems，Istanbul，Turkey，2013，pp.1
‑
6，doi：10.1109/EPECS.2013.6713006.”(A.Eskandari，V.Javadian，H.Iman Eini and M.Yadollahi，“不平衡日照条件下并网级联H桥逆变器的稳定运行”，2013年第三届电力和能量转换系统国际会议，土耳其伊斯坦布尔，2013年，第1
‑
6页，doi：10.1109/EPECS.2013.6713006)提出一种改进的MPPT法，让过调制H桥单元退出MPPT运行，从而在源头上解决由于组件功率不均衡引起的过调制问题，但这种方法是以牺牲发电量为代价的，不利于提高光伏利用率。
[0004]文献“C.Wang，K.Zhang，J.Xiong，Y.Xue and W.Liu，
″
A Coordinated Compensation Strategy for Module Mismatch of CHB
‑
PV Systems Based on Improved LS
‑
PWM and Reactive Power Injection，
″
in IEEE Transactions on Industrial Electronics，vol.66，no.4，pp.2825
‑
2836，April 2019，doi：10.1109/TIE.2018.2842789.”(C.Wang，K.Zhang，J.Xiong，Y.Xue and W.Liu，“基于改进LS
‑
PWM和无功注入的光伏级联系统模块失配协调补偿策略”，载于IEEE Transactions on Industrial Electronics，第66卷，第4期，第2825
‑
2836页，2019年4月，doi：10.1109/TIE。2018.2842789.)提出一种基于无功补偿的功率均衡控制策略，通过向系统补偿无功角，减小总输出电压幅值，从而降低发生过调制的风险，但这种方法向系统注入了无功功率，无法实现单位功率因数并网。
[0005]文献“Y.Ko，M.Andresen，G.Buticchi and M.Liserre，
″
Power Routing for Cascaded H
‑
Bridge Converters，
″
in IEEE Transactions on Power Electronics，vol.32，no.12，pp.9435
‑
9446，Dec.2017”(Y.Ko，M.Andresen，G.Buticchi and M.Liserre，
“
级联H桥转换器的功率路由”，载于IEEE Transactions on Power Electronics，第32卷，第12期，第9435
‑
9446页，2017年12月)提出一种基于三次谐波补偿的功率均衡控制策略，通过向过调制H桥单元调制波中注入三次谐波以降低其幅值，从而解决过调制问题，既避免了光伏发电降额，又能实现单位功率因数并网，但补偿三次谐波仅能让H桥单元线性调制范围至1.155，且现有方法均未考虑电网背景谐波对并网电流质量的影响。
[0006]综上所述，现有技术还存在以下问题：
[0007]1)采用改进的MPPT法不利于提高光伏利用率；
[0008]2)采用基于无功补偿的功率均衡控制策略无法实现单位功率因数并网；
[0009]3)采用基于三次谐波补偿的功率均衡控制策略仅能让H桥单元线性调制范围至1.155，当光伏功率不均衡程度进一步扩大时将无法应对；
[0010]4)现有方法均未考虑电网背景谐波对并网电流质量的影响。

技术实现思路

[0011]为克服上述方案的局限性，本专利技术提出一种基于低频次谐波补偿的单相级联H桥光伏逆变器控制策略，当出现光伏功率不均衡时，一不会降低光伏发电量，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，四避免了电网背景谐波对并网电流质量的影响。
[0012]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低频次谐波补偿的单相级联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；
[0013]所述控制策略包括直流电压MPPT控制、并网电流控制和低频次谐波补偿及抑制控制，步骤如下：
[0014]步骤1，直流电压MPPT控制
[0015]所述直流电压MPPT控制为直流电压最大功率点跟踪控制：
[0016]步骤1.1，对光伏组件PV
i
的两端电压进行采样，并记为直流电压V
dci
，对光伏组件PV
i
的输出电流进行采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于低频次谐波补偿的单相级联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，所述控制策略包括直流电压MPPT控制、并网电流控制和低频次谐波补偿及抑制控制，步骤如下：步骤1，直流电压MPPT控制所述直流电压MPPT控制为直流电压最大功率点跟踪控制：步骤1.1，对光伏组件PV
i
的两端电压进行采样，并记为直流电压V
dci
，对光伏组件PV
i
的输出电流进行采样，并记为输出电流I
pvi
，i＝1，2，...，N，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MPPT控制，得到H桥单元HB
i
的最大功率点电压，将该H桥单元HB
i
的最大功率点电压作为H桥单元HB
i
的直流电压的参考值，并记作直流电压参考值步骤1.2，将直流电压V
dci
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
的控制输出功率为P
i
，P
i
＝V
dci
I
i
，i＝1，2，...，N，则单相级联H桥光伏逆变器的控制输出总功率P
T
的计算式如下：步骤2，并网电流控制步骤2.1，采样电网电压v
g
，并将该电网电压v
g
经过锁相PLL环节得到电网电压幅值V
M
和电网电压相位角θ；采样并网电流i
g
，并对该并网电流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
，再经过park变换得到并网电流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2.2，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
d
通过电流调节器控制，并将电网电压幅值V
M
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轴分量I
q
通过电流调节器控制，得到逆变器的q轴调制电压U
q
，具体表...

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