本發(fā)明屬于混合級聯(lián)光伏系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于帶儲能的混合級聯(lián)光伏系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)制方法，適用于分布式或集中式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，帶有一級級聯(lián)的儲能單元的單相或多相的h橋級聯(lián)型光伏逆變器。

背景技術(shù)：

級聯(lián)多電平逆變器可以通過較小的直流電壓和較低的開關(guān)頻率實現(xiàn)較大的輸出電壓，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用十分廣泛，常規(guī)的h橋級聯(lián)型光伏逆變器系統(tǒng)，各單元結(jié)構(gòu)功能相同，因此采用統(tǒng)一的載波移相脈沖寬度調(diào)制方法可以得到滿足并網(wǎng)發(fā)電要求的輸出電壓波形。載波移相脈沖寬度調(diào)制方法的做法是每個單元都通過調(diào)制波與三角載波的比較得到h橋的開關(guān)控制信號(即spwm調(diào)制)，但是各單元的三角載波之間有均等的相位差。載波移相脈沖寬度調(diào)制方法的特點是，通過三角載波的均勻移相可以將逆變器的等效開關(guān)頻率提高到2n倍(n為單元數(shù)量)，消除等效開關(guān)頻率以下的低頻諧波，但是其前提是所有單元的調(diào)制波相同，且直流側(cè)電壓相等，否則會出現(xiàn)低頻諧波。

但由于光伏電池受到光照強度、溫度等的影響而波動很大，會產(chǎn)生較大幅度的功率波動，造成并網(wǎng)運行的不穩(wěn)定，因此抑制光伏系統(tǒng)的功率波動十分重要。通過在光伏逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中加入一級儲能單元，可以在光伏電池發(fā)電量有剩余時，將多余電量儲存，并在發(fā)電功率不足時，向電網(wǎng)輸送電能，實現(xiàn)平抑發(fā)電功率波動的功能。但由此會出現(xiàn)兩種單元的輸出調(diào)制波不同的情況。因為兩種單元是在交流側(cè)串聯(lián)的，因而具有相同的電流，但是普通光伏單元只發(fā)出有功功率，而儲能單元可能會吸收或發(fā)出無功功率，以及因儲能元件充放電而使儲能單元吸收或發(fā)出有功功率，從而導(dǎo)致兩種單元的輸出電壓在幅值和相位上都產(chǎn)生差異。總之，兩種單元的調(diào)制波不相同。

另外，儲能單元與光伏電池單元的直流側(cè)電壓通常不相等。因此，這種結(jié)構(gòu)下，對儲能單元和普通光伏單元采用統(tǒng)一的載波移相脈沖寬度調(diào)制方法得到的輸出電壓，其低頻諧波含量較大，不能很好地滿足并網(wǎng)的電壓波形質(zhì)量要求。鑒于帶儲能的混合級聯(lián)光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特殊性，傳統(tǒng)的調(diào)制方法無法滿足輸出電壓波形質(zhì)量的要求，因此，需要一種更好的調(diào)制方法來達到消除輸出電壓低頻諧波的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于帶儲能的混合級聯(lián)光伏系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)制方法，針對帶儲能單元的混合級聯(lián)型光伏逆變器結(jié)構(gòu)，解決不同單元間輸出電壓幅值和相位不同時造成諧波含量升高的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種適用于帶儲能的混合級聯(lián)光伏系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)制方法，所述帶儲能的混合級聯(lián)光伏系統(tǒng)由儲能單元和普通光伏單元組成，其特征在于，對儲能單元和普通光伏單元分別采用不同的協(xié)同調(diào)制方法：對儲能單元采用特定諧波消去調(diào)制方法，對普通光伏單元采用載波移相的脈沖寬度調(diào)制方法，并用普通光伏單元的輸出電壓補償儲能單元輸出電壓波形中的低頻諧波，從而實現(xiàn)整個光伏系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)制。

進一步地，所述方法包括如下步驟：

步驟1，根據(jù)控制器給出的輸出電壓指令確定儲能單元的調(diào)制比m1和開關(guān)角的數(shù)量；

步驟2，通過特定諧波消去調(diào)制方法計算得出滿足約束條件的具體開關(guān)角度值，形成儲能單元的輸出逆變橋開關(guān)控制信號；

步驟3，根據(jù)儲能單元使用特定諧波消去調(diào)制方法得到的輸出電壓波形的傅立葉級數(shù)展開式，計算需要補償?shù)闹C波波形瞬時值，并計算普通光伏單元調(diào)制比m2的取值范圍；

步驟4，將得出的諧波波形瞬時值乘以-1之后，加入到普通光伏單元的調(diào)制波中；

步驟5，通過載波移相的脈沖寬度調(diào)制方法得出普通光伏單元的輸出逆變橋的開關(guān)控制信號。

進一步地，步驟1中，光伏系統(tǒng)的性能與開關(guān)角的數(shù)量有直接關(guān)系，開關(guān)角的數(shù)量越多，儲能單元的特定諧波消去調(diào)制方法所得到的電壓波形的低次諧波含量越少，需要普通光伏單元補償?shù)闹C波越少，普通光伏單元的調(diào)制比m2取值范圍就越大。

進一步優(yōu)選地，調(diào)制比m1的取值范圍為[0，1]，開關(guān)角的取值為3個，可以在滿足調(diào)制比m1的同時實現(xiàn)輸出電壓中的3次、5次諧波的完全消除。

進一步地，步驟2中，約束條件包括：開關(guān)角的范圍在0°到90°之間，并按從小到大的順序排列。

進一步地，步驟2中，儲能單元的輸出逆變橋開關(guān)控制信號由雙極性脈沖寬度調(diào)制得到。

進一步地，步驟3中，普通光伏單元調(diào)制比m2的取值范圍由公式得出，其中，h為步驟3利用傅立葉級數(shù)展開式計算的儲能單元的輸出電壓波形含有的諧波值所對應(yīng)的調(diào)制比，vdc1為儲能單元直流側(cè)電壓，vdc2為普通光伏單元的直流側(cè)電壓之和。

進一步地，步驟5中，載波移相的脈沖寬度調(diào)制方法的載波為三角波，各普通光伏單元的三角載波移相角度間隔為其中n為采用載波移相調(diào)制方法的單元個數(shù)，各普通光伏單元使用調(diào)制波與三角載波生成開關(guān)控制信號的方法是單極性倍頻脈沖寬度調(diào)制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明可實現(xiàn)在混合級聯(lián)光伏系統(tǒng)中，當(dāng)儲能單元和光伏單元的輸出電壓幅值不同、相位差為任意值時都能消除低頻諧波，獲得良好的輸出波形質(zhì)量。

2.本發(fā)明在組成逆變器的儲能單元和光伏單元分別采用不同的h逆變橋開關(guān)控制信號生成方法，即儲能單元采用特定諧波消去法，而在所有的光伏單元采用載波移相的脈沖寬度調(diào)制方法，并且用光伏單元的輸出電壓補償儲能單元的輸出電壓中沒有被消去的諧波。

3.與所有單元統(tǒng)一使用載波移相的脈沖寬度調(diào)制方法相比，能有效消除低次諧波，降低功率器件的開關(guān)損耗，使得輸出電壓波形質(zhì)量較高。

4.本發(fā)明所提出的方法計算簡單，既適用于單相系統(tǒng)也適用于三相系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是帶儲能的混合級聯(lián)光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是光伏系統(tǒng)協(xié)同調(diào)制流程圖。

圖3是消除兩種諧波的特定諧波消去法原理圖。

圖4是三個光伏單元級聯(lián)的載波移相原理圖。

圖5是單個h橋逆變器實現(xiàn)單極性倍頻脈沖寬度調(diào)制方法的框圖。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，帶儲能的混合級聯(lián)光伏系統(tǒng)由儲能單元和普通光伏單元組成，其中儲能單元由儲能元件和h橋逆變器組成，普通光伏單元則由光伏電池和h橋逆變器組成，兩種單元的結(jié)構(gòu)和直流側(cè)電壓都不同，數(shù)量也不等。本發(fā)明以一個儲能單元和多個普通光伏單元級聯(lián)的光伏逆變器為例，兩種單元輸出電壓的幅值和相位均可能不同，在儲能單元采用特定諧波消去調(diào)制方法，在普通光伏單元采用載波移相脈沖寬度調(diào)制方法，達到消除總輸出電壓中的低頻諧波的目的。

本發(fā)明的協(xié)同調(diào)制方法是為了實現(xiàn)在不同單元采用不同的調(diào)制方法。如圖2所示，本發(fā)明的實現(xiàn)包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)控制器給出的輸出電壓指令確定儲能單元的調(diào)制比m1和開關(guān)角個數(shù)。逆變器的系統(tǒng)性能與開關(guān)角的數(shù)量有直接關(guān)系，通常情況下，開關(guān)角的數(shù)量越多，可抵消的諧波的頻率越多，總的諧波含量也就越少。本實施方法以求解3個開關(guān)角為例，調(diào)制比m1的取值范圍為[0，1]。取3個開關(guān)角，可以在滿足輸出基波調(diào)制比m1的同時實現(xiàn)輸出電壓中的3次、5次諧波的完全消除(1次就是以電網(wǎng)頻率為頻率基準(zhǔn)的基波，且逆變器系統(tǒng)不會產(chǎn)生偶次電壓諧波)。

如圖3所示，采用特定諧波消去調(diào)制方法時，假定直流母線電壓為vdc，在若其導(dǎo)通和關(guān)斷時刻處在α1、α2、α3等特定角度上時，輸出電壓的波形具有1/4周波對稱和奇對稱的特征，其輸出電壓的傅里葉分解表達式為：

式中n為諧波次數(shù)。通過公式推導(dǎo)可以得出vn的通用表達式：

當(dāng)vn＝0時，意味著可以消去輸出電壓中對應(yīng)的第n次諧波，因此由3個獨立的開關(guān)角度得到三個獨立的方程，通過精確計算可以調(diào)節(jié)輸出電壓基波的幅值，還可以消除3次和5次諧波。根據(jù)調(diào)制比m1，可以得到所需要求解的方程組：

步驟2：通過計算得出滿足約束條件的具體開關(guān)角度值，形成儲能單元h橋逆變器的開關(guān)控制信號，約束條件包括開關(guān)角的范圍在0°到90°之間，并按從小到大的順序排列，即0＜α1＜α2＜α3＜90°。若開關(guān)角的求取不滿足約束條件，則返回到步驟1，重新計算。

如圖3所示，儲能單元h橋逆變器的開關(guān)控制信號由雙極性脈沖寬度調(diào)制得到：即零時刻開關(guān)s2和s3導(dǎo)通，s1和s4關(guān)斷；當(dāng)儲能單元調(diào)制波角度為α1時，s1和s4導(dǎo)通，s2和s3關(guān)斷；當(dāng)儲能單元調(diào)制波角度為α2時，s2和s3導(dǎo)通，s1和s4關(guān)斷；當(dāng)儲能單元調(diào)制波角度為α3時，s1和s4導(dǎo)通，s2和s3關(guān)斷；當(dāng)儲能單元調(diào)制波角度為π-α3時，s2和s3導(dǎo)通，s1和s4關(guān)斷；當(dāng)儲能單元調(diào)制波角度為π-α2時，s1和s4導(dǎo)通，s2和s3關(guān)斷；當(dāng)儲能單元調(diào)制波角度為π-α1時，s2和s3導(dǎo)通，s1和s4關(guān)斷，直到調(diào)制波角度為π時。從π到2π的開關(guān)控制過程與從0到π的過程類似。

步驟3：根據(jù)儲能單元輸出電壓波形的傅立葉級數(shù)展開式，計算需要補償?shù)闹C波含量值，并計算普通單元調(diào)制比的取值范圍。普通光伏單元的調(diào)制比m2由下式得出：

其中，h為利用傅立葉級數(shù)展開式得到的儲能單元的輸出電壓波形含有的諧波值所對應(yīng)的調(diào)制比，vdc1為儲能單元直流側(cè)電壓，vdc2為普通光伏單元的直流側(cè)電壓之和。

步驟4：將得出的諧波含量值乘以-1加入到普通單元的調(diào)制波中。

步驟5：通過載波移相脈沖寬度調(diào)制方法得出普通單元h橋逆變器的開關(guān)控制信號。如圖4所示，普通單元采用載波移相調(diào)制方法時，各單元的調(diào)制波相同，各單元載波移相角度也相同，該角度大小為n為采用載波移相調(diào)制方法的光伏單元個數(shù)。不同單元逆變器的開關(guān)控制信號由各單元的調(diào)制波和載波通過單極性倍頻脈沖寬度調(diào)制方法得到，且相互獨立。

單極性倍頻脈沖寬度調(diào)制方法如圖5所示。當(dāng)調(diào)制波大于等于三角載波時，圖1中所示普通光伏單元h橋的s1開關(guān)控制信號為高電平，s1導(dǎo)通，s2開關(guān)控制信號為低電平，s2關(guān)斷，反之則s1關(guān)斷，s2導(dǎo)通；當(dāng)調(diào)制波大于等于經(jīng)過反向180°的三角載波時，s3關(guān)斷，s4導(dǎo)通，反之則s3導(dǎo)通，s4關(guān)斷。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。