单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制方法及系统，涉及功率不平衡控制技术领域。该方法包括以下步骤：计算单相级联H桥光伏并网逆变器中每个H桥的调制度，调制度大于1的H桥为过调制模块，调制度小于1的H桥为正常模块；对于每个H桥过调制模块，注入最优的三、五、七、九次谐波进行安全调制；对于每个H桥正常模块，利用最优的反相三、五、七、九次谐波进行补偿。本发明专利技术通过三、五、七、九次谐波补偿策略，在H桥过调制模快和正常模块分别进行调制，大幅提高了线性调制范围，有效抑制并网谐波电压，使得并网电流的THD较低，符合实际并网标准。实际并网标准。实际并网标准。

【技术实现步骤摘要】
单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及功率不平衡控制
，尤其涉及一种单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制方法及系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]单相级联H桥光伏并网逆变器具有模块化多电平结构，不仅可以实现组件级的最大功率点追踪(MPPT)、组件级的可关断，且无需笨重的升压变压器即可并入电网中，在光伏并网系统中具有很好的实际应用前景。功率不平衡是单相级联H桥逆变器存在的主要问题之一，光伏板老化程度、部分遮盖等一些不确定因数影响，造成光伏板受到不均衡的光照强度，严重情况下将会导致部分H桥过调制，输出电流严重畸变。目前对于这一问题已经提出了一系列控制方法，文献：“Abbas Eskanddari,Vahid Javadian,Hossein Iman
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Eini,Milad Yadollahi.Stable operation of grid connected cascaded H
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bridge inverter under unbalanced insolation[C].Electric Power and Energy Conversion Systems,Istanbul,Turkey,2013.”提出了一种MMPPT(Modified MPPT)策略，对原有的MPPT算法进行改进，为了使得各个H桥模块输出功率均衡，部分光伏组件脱离最大功率点处运行，但这对于整个系统的效益来说是没有好处的；文献：“赵涛,张兴,毛旺,徐君,顾亦磊,赵德勇,江才.基于无功补偿的级联H桥光伏逆变器功率不平衡控制策略[J].中国电机工程学报,2017,37(17):5076
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5085.”提出了一种无功功率补偿策略(Reactive Power Compensation Strategy,RPCS)，计算了所有H桥模块调制波幅值的安全范围，再根据其不平衡程度补偿无功功率，但该策略对H桥间的无功电压分配模糊而且系统功率因数不为1，不满足并网要求；文献“王付胜，张德辉，戴之强，杨乐.级联H桥光伏并网逆变器混合调制策略[J].电工技术学报，2016，33(1)：137
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145.”提出一种混合调制技术(Hybrid Modulation Technique,HMT)，使用低频方波调制平衡H桥直流侧母线电容电压，电网电流畸变程度得到了改善，但是由于无法对直流侧母线电压准确控制，极大的电压波动导致光伏阵列脱离最大功率点运行。文献：“Youngjong Ko,Markus Andresen,Giampaolo Buticchi,Marco Liserre,Luca Concari.Muti
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frequency power routing for cascaded H
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bridge inverters in smart transformer application[C].2016IEEE Energy Conversion Congress and Exposition,Milwaukee,WI,USA,2016.”提出了三次谐波补偿策略(Third Harmonic Compensation Strategy,THCS)，保证了H桥在最大功率点和单位功率因数下运行，但H桥正常模块补偿谐波后过调制风险较大；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
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1081.”提出了一种优化的三次谐波补偿策略(Optimized Third Harmonic Compensation Strategy,OTHCS)，使得过调制模块的调制波经过三次谐波补偿后幅值刚好为1，减小了正常模块过调制的风险。但H桥线性调制范围仅为1.155，应对功率不平衡的能
力有待进一步提高。文献:“王新宇,徐君,赵涛,庄园.单相级联H桥光伏逆变器的方波补偿控制策略[J].电力电子技术,2022,56(04):83
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85.”系统在单位功率因数下,提高功率匹配能力，降低发生过调制的风险，并且将单相级联并网逆变器线性调制范围扩展到1.273。但该策略在载波频率一定的条件下，对于方波中的高次谐波分量实际上难以准确的调制出来，使得逆变器总调制电压含有谐波分量，最终导致并网电流的总谐波失真(THD)较高，并网效果较差。
[0004]综上所述，现有单相级联H桥光伏并网逆变器的功率不平衡控制方法无法解决并网电流中含有谐波的问题，使得THD无法满足并网标准，并网效果不够理想。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制方法及系统，通过三、五、七、九次谐波补偿策略，在H桥过调制模快和正常模块分别进行调制，大幅提高了线性调制范围，有效抑制并网谐波电压，使得并网电流的THD较低，符合实际并网标准。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制方法，包括以下步骤：
[0008]计算单相级联H桥光伏并网逆变器中每个H桥的调制度，调制度大于1的H桥为过调制模块，调制度小于1的H桥为正常模块；
[0009]对于每个H桥过调制模块，注入最优的三、五、七、九次谐波进行安全调制；
[0010]对于每个H桥正常模块，利用最优的反相三、五、七、九次谐波进行补偿；其中，采用基于准比例谐振(PR)控制器的闭环控制方式获取最优的反相三、五、七、九次谐波补偿。
[0011]进一步的，第i个H桥的调制度公式为：
[0012][0013]其中，M
i
为第i个H桥的调制度，V
dci
为每个H桥直流侧电压，P
T
为总功率，V为总调制电压幅值，P
i
为每个H桥控制器所反馈的功率。
[0014]更进一步的，所述总功率为单相级联H桥光伏并网逆变器直流侧向电网输送的总功率，由每个H桥控制器所反馈的功率相加得到。
[0015]更进一步的，所述总调制电压幅值由有功电压参考幅值和无功电压参考幅值计算得到。
[0016]进一步的，采用基于准比例谐振控制器的闭环控制方式计算获取最优的反相三、五、七、九次谐波补偿的具体步骤为：
[0017]利用基于准比例谐振控制器计算得到抑制并网电流三、五、七、九次谐波分量的总调制电压；
[0018]根据总调制电压，每个H桥正常模块在不过调制条件下分配过调制模块所补偿的谐波，得到每个H桥正常模块的调制波。
[0019]本专利技术第二方面提供了一种单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制系统，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：计算单相级联H桥光伏并网逆变器中每个H桥的调制度，调制度大于1的H桥为过调制模块，调制度小于1的H桥为正常模块；对于每个H桥过调制模块，注入最优的三、五、七、九次谐波进行安全调制；对于每个H桥正常模块，利用最优的反相三、五、七、九次谐波进行补偿；其中，采用基于准比例谐振控制器的闭环控制方式获取最优的反相三、五、七、九次谐波补偿。2.如权利要求1所述的单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制方法，其特征在于，第i个H桥的调制度公式为：其中，M
i
为第i个H桥的调制度，V
dci
为每个H桥直流侧电压，P
T
为总功率，V为总调制电压幅值，P
i
为每个H桥控制器所反馈的功率。3.如权利要求2所述的单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制方法，其特征在于，所述总功率为单相级联H桥光伏并网逆变器直流侧向电网输送的总功率，由每个H桥控制器所反馈的功率相加得到。4.如权利要求3所述的单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制方法，其特征在于，所述总调制电压幅值由有功电压参考幅值和无功电压参考幅值计算得到。5.如权利要求1所述的单相级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡控制方法，其特征在于，采用基于准比例谐振控制器的闭环控制方式计算获取最优的反相三、五、七、九次谐波补偿的具体步骤为：利用基于准比例谐振控制器计算得到抑制并网电流三、五、七、九次谐波分量的总调制电压；根据总调制电压，每个H桥正常模块在不过调制条件下分配过调制模块所补偿的谐波，得到每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：林珊，农兴中，王迪军，高杰，侯峰，赵涛，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：