三相級聯(lián)h橋光伏并網(wǎng)逆變器相間功率平衡控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種三相級聯(lián)H橋光伏并網(wǎng)逆變器相間功率平衡控制方法，屬于級聯(lián) 型光伏并網(wǎng)逆變器功率平衡控制技術領域。
【背景技術】
[0002] 光伏并網(wǎng)發(fā)電使太陽能的大規(guī)模利用成為可能，具有分布廣泛、可持續(xù)、無污染的 優(yōu)點。面對發(fā)電成本較高，提高系統(tǒng)效率等問題，級聯(lián)H橋多電平逆變器由于其模塊化易拓 展、效率高、可以產(chǎn)生高質(zhì)量的并網(wǎng)電流和電壓等優(yōu)勢而成為研究的熱點，并且可以作為獨 立直流源的光伏電池板，正好解決了該拓撲結(jié)構(gòu)需要大量直流源的缺點，并且能夠容易地 實現(xiàn)獨立MPPT功能，因此級聯(lián)H橋多電平逆變器被認為是下一代光伏并網(wǎng)逆變器的最合適 的替代者。
[0003] 雖然級聯(lián)H橋光伏并網(wǎng)逆變器具有良好的應用前景，但其作為一種較新的應用范 圍，還面臨著諸多有待解決的問題，其中之一便是逆變器相間功率不平衡問題。由于大量光 伏電池板的工作光照和溫度不同或者模塊老化程度不同等因素造成各光伏電池板輸入至 逆變器的功率不同，對于三相對稱系統(tǒng)而言，這會導致注入電網(wǎng)中的電流畸變。因此，為了 保證級聯(lián)H橋光伏并網(wǎng)逆變器在局部陰影和光伏陣列之間不匹配條件下的穩(wěn)定運行，采取 一定的相間功率平衡控制具有突出的工程意義。
[0004] 目前，級聯(lián)H橋光伏并網(wǎng)逆變器相間功率平衡控制方法已經(jīng)成為光伏發(fā)電技術的 研究熱點問題，這既有學術論文對此做了深入的理論分析，也有實際應用的工程方法，如題 為"Cascaded H-bridge multilevel converter multistring topology for large scale photovoltaic systems" S·Rivera，S·Kouro，B.Wu，J·I·Leon，J·Rodriguez，and L.G.FranqueIo ?((IEEE International Symposium on Industrial Electronics(ISIE))) ? Jun.2011，pp. 1837-1844( "多串型級聯(lián)H橋多電平逆變器用于大型光伏系統(tǒng)"，《IEEE工業(yè)電 子國際學術研討會》，2011年1月1837-1844頁）的文章;該文章提出根據(jù)輸入平均功率與各 相功率的比值疊加一種加權(quán)最大最小值零序分量的方法，但是，該方法存在著以下的不足：
[0005] 1)在功率平衡條件下，該方法疊加的零序分量為三倍頻成分，雖然不影響系統(tǒng)功 率分配，但是增加了逆變器直流側(cè)電壓和功率的波動，對系統(tǒng)造成了額外影響；
[0006] 2)該方法不能夠提供精確的抑制相間功率不平衡的零序分量的值，所以導致其動 態(tài)性能較差；
[0007] 3)沒有給出某一相輸入功率較低甚至為零時的特殊處理，即該控制方法不完備。
[0008] 題為 "Phase leg voltage balancing of a cascaded H-bridge converter based STATC0M using zero sequence injection"，T.J·Summers，R.E.Betz，and G·Mirzaeva，《European Conference on Power Electronics and Applications》， Sept. 2009，pp. 1-10( "基于靜止無功補償器的級聯(lián)H橋逆變器的零序電壓注入相電壓平衡 方法"，《功率電子和應用歐洲會議》，2009年9月1-10頁）的文章；該文章根據(jù)各相電壓和三 相平均電壓比較后通過PI調(diào)節(jié)器得到的三相功率誤差值，計算得到所需疊加的零序電壓， 但是，該方法存在著以下的不足：
[0009] 1)該方法計算復雜，占用大量計算內(nèi)存，不利于工程實現(xiàn)；
[0010] 2)該方法不能夠提供精確的抑制相間功率不平衡的零序分量的值，所以導致其動 態(tài)性能較差；
[0011] 3)該方法在總電壓控制和相間功率平衡控制中均對直流側(cè)電壓平均值這一變量 進行控制，兩者控制器存在耦合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提出一種三相級聯(lián)H橋光伏并網(wǎng)逆變器相間功率平 衡控制方法，解決逆變器由于直流側(cè)光伏電池板光照不平衡造成的并網(wǎng)電流畸變問題，保 證逆變器的穩(wěn)定運行。
[0013] 為了完成上述目的，本發(fā)明提供了一種三相級聯(lián)H橋光伏并網(wǎng)逆變器相間功率平 衡控制方法，包括總功率控制、前饋解耦電流控制和相間功率平衡控制，具體如下所述。 [0014] 步驟1，總功率控制
[0015]步驟1.1，采樣三相中的每個H橋單元的直流側(cè)電壓并經(jīng)過IOOHz陷波器濾波，得到 母個H橋單兀的直流側(cè)電壓頭際值Vpval ··· Vpvaj ··· Vpvan，Vpvbl ··· Vpvb j ··· Vpvbn，Vpvcl ^ ·· Vpvcj ··· Vpvcn， 采樣三相電網(wǎng)電壓實際值va、vb、vc；和電網(wǎng)電流實際值ia、ib、ic；，其中，j = l~η為逆變器每相 η個H橋單元；
[0016] 步驟1.2,通過對三相中每個H橋單元直流側(cè)進行MPPT控制，得到每個H橋單元的直 流側(cè)電壓指令值…^C1…匕《，其中，j =1~η為逆變器每相η個H橋單元；
[0017]步驟1.3，將步驟1.1中采樣的每個H橋單元的直流側(cè)電壓實際值￥_1·^^^·· Vpvan，VpvbI…Vpvb j…Vpvbn，VpvcI…Vpvcj…Vpvcn和步驟1 · 2中每個H橋單元的直流偵U電壓指令值 C……匕》，C丨…C…t比較后的差值通過電壓調(diào)節(jié) 器，計算得到三相中每個H橋單元的輸入有功功率實際值Paj，Pbj，Pq，如下式所示：
[0019] 其中，Kvp為電壓調(diào)節(jié)器比例系數(shù)，Kvl為電壓調(diào)節(jié)器積分系數(shù)，s為拉普拉斯算子；
[0020] 步驟1.4,通過對步驟1.3中的每個H橋單元的輸入有功功率實際值?^，Pb^Pcj求 和，計算得到三相輸入有功功率實際值P a、Pb、P。，如下式所示：
[0022] 步驟1.5,通過對步驟1.4中的三相輸入有功功率實際值Pa、Pb、P c求和，計算得到逆 變器總輸入有功功率實際值P，如下式所示：
[0023] P = Pa+Pb+Pc
[0024] 步驟2，前饋解耦電流控制
[0025] 步驟2.1，對步驟1.1中采樣的三相電網(wǎng)電壓實際值va、Vb、 Vc鎖相獲得電網(wǎng)電壓頻 率W;通過同步旋轉(zhuǎn)坐標變換將步驟1.1中采樣的三相電網(wǎng)電壓實際值va、Vb、V。轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn) 坐標系下的電網(wǎng)電壓有功分量Ed和電網(wǎng)電壓無功分量Eq;通過同步旋轉(zhuǎn)坐標變換將步驟1.1 中采樣的電網(wǎng)電流實際值^、"、^轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)坐標系下的電網(wǎng)電流有功分量^和電網(wǎng)電流 無功分量Iq;
[0026]步驟2.2，設無功電流指令值 <為0，并根據(jù)步驟1.5中得到的逆變器總輸入有功功 率實際值P和步驟2.1中的電網(wǎng)電壓有功分量Ed，計算得到有功電流指令值./〗，如下式所示：
[0028] 步驟2.3，將步驟2.1中得到的電網(wǎng)電流有功分量Id和電網(wǎng)電流無功分量Iq與步驟 2.2中的有功電流指令值< 和無功電流指令值<比較后的差值分別通過有功電流調(diào)節(jié)器和 無功電流調(diào)節(jié)器，計算得到d軸PI調(diào)節(jié)值Epid和q軸PI調(diào)節(jié)值Epiq，如下式所示；
[0030]其中，KidP為有功電流調(diào)節(jié)器比例系數(shù)，Kidi為有功電流調(diào)節(jié)器積分系數(shù);Kiqp為無 功電流調(diào)節(jié)器比例系數(shù)，Klql為無功電流調(diào)節(jié)器積分系數(shù)；
[0031 ] 步驟2.4，根據(jù)步驟2.1得到的電網(wǎng)電壓有功分量Ed、電網(wǎng)電壓無功分量Eq、電網(wǎng)電 流有功分量Id、電網(wǎng)電流無功分量Iq、電網(wǎng)電壓頻率W和步驟2.3得到的d軸PI調(diào)節(jié)值Epit^Pq 軸PI調(diào)節(jié)值EPIq，計算得到d軸電壓控制值Ud和q軸電壓控制值Uq，如下式所示：
[0033]其中，L為設定的并網(wǎng)電感；
[0034]步驟2.5,將2.4得到的d軸電壓控制值Ud和q軸電壓控制值Uq經(jīng)過同步旋轉(zhuǎn)坐標系 逆變換得到自然坐標系下的逆變器三相原始調(diào)制信號、<;
[0035]步驟3,相間功率平衡控制
[0036] 步驟3.1，根據(jù)步驟1.1中采樣的三相電網(wǎng)電壓實際值va、Vb、V。和