一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制方法及系统与流程

本发明属于光伏发电，具体涉及一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制方法及系统。

背景技术：

1、组串式光伏逆变器具有成本低、效率高等的优点，已广泛应用于大规模光伏并网发电场合。由于线路参数、数字脉宽调制等因素，其集群并联并网的结构具有潜在的高频谐波环流和谐振等问题，将增加系统损耗，影响器件寿命，产生严重的电磁干扰，限制整套系统容量的增加；逆变器作为光伏发电系统的核心设备，其性能直接影响整个系统的效率和可靠性，正负母线因为绝缘受损、闪络而发生短路故障，会产生短路故障电流，影响内部器件的正常运行，进而影响交直流侧的电能传输、影响交流电网的安全与稳定；并且传统两电平逆变器拓扑存在输出波形畸变率高、滤波器体积大等问题，难以满足高性能光伏发电系统的要求。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制方法及系统，本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

2、s1：通过设置一级反馈控制器，在组串式逆变器直流侧供给有功功率补偿内部的功率损耗维持总能量平衡；

3、s2：设置比例谐振控制器，通过所述比例谐振控制器对逆变器运行时产生的负序环流进行抑制，所述负序环流在三相桥臂间流通，所述比例谐振控制器通过控制每相桥臂能量和跟踪三相桥臂能量之和的平均值控制相间能量平衡得到直流补充分量；

4、s3：在交流侧设置二级反馈控制器控制上、下桥臂的电容能量，根据所述二级反馈控制器得到基频交流补充分量；

5、s4：根据所述直流补充分量和基频交流补充分量对所述组串式逆变器的输出电流进行校正，并增加电网电压前馈控制，对可测的扰动信号进行补偿。

6、具体地，所述供给有功功率补偿方法为：对直流侧端口电压和交流侧端口电压进行解耦控制，监测直流侧电压变化，若所述直流侧电压跌落，则通过直流线路电压前馈调整组串式逆变器的运行模式使直流侧端口电压匹配直流线路电压。

7、具体地，所述组串式逆变器的运行模式包括额定有功运行、降有功运行、桥臂电流调整运行、静止同步补偿运行；所述额定有功运行为维持额定有功功率传输，并且保持单位功率因数运行；所述降有功运行为维持单位功率因数下的降有功运行，控制桥臂电流双极性流动；所述桥臂电流调整运行为不再维持单位功率因数运行，变为从交流电网吸收一定的无功功率、向交流电网输出一定的无功功率，增大交流电流的幅值；所述静止同步补偿运行为：若所述组串式逆变器未接收到电网调度指令，则通过维持无功功率输出支撑交流公共连接点电压。

8、具体地，所述组串式逆变器的半桥子模块与全桥子模块的电容电压平衡方法为：

9、在正向桥臂电压区域中，所述半桥子模块与所述全桥子模块正向投入桥臂电压，在负向桥臂电压区域中，所述全桥子模块负向投入桥臂电压，投入的子模块数计算公式为：

10、

11、

12、其中，n1为正向桥臂电压区域投入子模块数，n2为负向桥臂电压区域投入子模块数，round为四舍五入取整函数，n为子模块总数，vn为桥臂电压，vxi为桥臂x在第i个子模块上的电容电压。

13、具体地，所述负序环流抑制方法为：在逆变器输出滤波环节构建串联谐振支路，使开关频率处谐波流向所述谐振支路减少开关波纹环流。

14、具体地，所述直流补充分量为所述三相桥臂额外引入的直流成分的环流，所述基频交流补充分量为基频交流控制桥臂上下能量差的能量平衡控制量，使额外引入的环流基频分量之和为0，计算公式为：

15、

16、其中，i0为直流补充分量，i1为基频交流补充分量，kph为相间能量，kpc为桥臂间能量，wxh为两相桥臂的能量和，wxc为两相桥臂的能量差，vdc为额定直流电压，vsd为桥臂电压，θ为相位。

17、一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制系统，包括总能量平衡模块、相间能量平衡模块、桥臂能量平衡模块、校正模块；

18、所述总能量平衡模块用于通过设置一级反馈控制器，在组串式逆变器直流侧供给有功功率补偿内部的功率损耗维持总能量平衡；

19、所述相间能量平衡模块用于设置比例谐振控制器，通过所述比例谐振控制器对逆变器运行时产生的负序环流进行抑制，所述负序环流在三相桥臂间流通，所述比例谐振控制器通过控制每相桥臂能量和跟踪三相桥臂能量之和的平均值控制相间能量平衡得到直流补充分量；

20、所述桥臂能量平衡模块用于在交流侧设置二级反馈控制器控制上、下桥臂的电容能量，根据所述二级反馈控制器得到基频交流补充分量；

21、所述校正模块用于根据所述直流补充分量和基频交流补充分量对所述组串式逆变器的输出电流进行校正，并增加电网电压前馈控制，对可测的扰动信号进行补偿。

22、作为本发明的一种优选技术方案，本发明的有益效果为：

23、(1)通过有效控制直流电流的同时，根据具体的直流电压跌落深度，划分出四段电压区间并对应调整逆变器的运行模式，在安全运行范围内尽最大可能传输有功功率，有效减小了直流电压跌落对交流电网有功功率缺失的影响，提升了故障期间电容能量平衡的动态响应能力；

24、(2)通过设置在组串式逆变器输出增加滤波电感构成lcl型滤波，有效减小输出高频谐波，抑制高频纹波环流，在此基础上加入基频零序电压、电流控制后，消除了直流母线对地电压和直流电流的基频振荡，保障了保障逆变器和电网的安全与稳定。

1.一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制方法，其特征在于，所述供给有功功率补偿方法为：对直流侧端口电压和交流侧端口电压进行解耦控制，监测直流侧电压变化，若所述直流侧电压跌落，则通过直流线路电压前馈调整组串式逆变器的运行模式使直流侧端口电压匹配直流线路电压。

3.根据权利要求1所述的一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制方法，其特征在于，所述组串式逆变器的运行模式包括额定有功运行、降有功运行、桥臂电流调整运行、静止同步补偿运行；所述额定有功运行为维持额定有功功率传输，并且保持单位功率因数运行；所述降有功运行为维持单位功率因数下的降有功运行，控制桥臂电流双极性流动；所述桥臂电流调整运行为不再维持单位功率因数运行，变为从交流电网吸收一定的无功功率、向交流电网输出一定的无功功率，增大交流电流的幅值；所述静止同步补偿运行为：若所述组串式逆变器未接收到电网调度指令，则通过维持无功功率输出支撑交流公共连接点电压。

4.根据权利要求1所述的一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制方法，其特征在于，所述组串式逆变器的半桥子模块与全桥子模块的电容电压平衡方法为：

5.根据权利要求1所述的一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制方法，其特征在于，所述负序环流抑制方法为：在逆变器输出滤波环节构建串联谐振支路，使开关频率处谐波流向所述谐振支路减少开关波纹环流。

6.根据权利要求1所述的一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制方法，其特征在于，所述直流补充分量为所述三相桥臂额外引入的直流成分的环流，所述基频交流补充分量为基频交流控制桥臂上下能量差的能量平衡控制量，使额外引入的环流基频分量之和为0，计算公式为：

7.一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制系统，用于执行如权利要求1-6所述的一种组串式逆变器的正负母线能量平衡控制方法，其特征在于，包括总能量平衡模块、相间能量平衡模块、桥臂能量平衡模块、校正模块；