[发明专利]光伏并网逆变器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及光伏并网逆变器及控制方法。

背景技术

太阳能是21世纪最具活力的新能源之一，光伏发电正从过去的小规模离网发电向大规模的并网发电方向发展。光伏并网发电系统容量越来越大，兆瓦级系统是未来发展的方向。因此，研究大功率高压光伏并网逆变器及其控制方法具有重要的意义。

基于各种拓扑结构和控制方法的光伏并网逆变器得到了广泛研究，但还是很难满足稳定性、安全性、经济性和电能质量高的要求，具体如下：

因光伏系统输出的功率取决于光照条件，而光照具有不确定性，并网功率波动较大，特别是当光照突然被遮挡时，系统不得不脱网待机，运行不稳定；系统某个开关管、电池板等局部的故障往往会导致停机，系统的安全性较低；光伏系统输出电压等级较低，并网一般要通过变压器升压，增加了系统的成本；限于当前电力电子器件的负荷能力，很难再进一步提高光伏并网逆变器的功率等级，特别是很难做到单机兆瓦级的水平；而且，随着功率等级的提高，开关管工作频率必然下降，这将导致电流谐波的问题。

发明内容

本发明公开的光伏并网逆变器及控制方法，可以提高系统稳定性、安全性、降低系统成本、改善并网电能质量以及提高系统功率等级。

为了达到上述发明目的，本发明提供了一种光伏并网逆变器，所述逆变器包括：

光伏阵列；

多个单元体，每个单元体的前级分别连接一所述光伏阵列；

三条单元体串联支路，所述单元体串联支路由多个单元体级联组成，通过单元移相叠波技术，形成多电平的高压输出；

交流电抗器及并网开关，所述单元体串联支路与所述交流电抗器、并网开关串联后汇接到电网中；

单元体控制器，所述每个单元体均包含一个所述单元体控制器，所述单元体控制器以数字信号处理器和可编程逻辑器件为核心，对各个单元体进行监控，并向主控制器反馈单元体的故障、温度、光伏阵列端电压和输出电流等参数信息，以及对所述光伏阵列进行最大功率跟踪控制；

主控制器，以双数字信号处理器(DSP)和超大规模集成电路可编程器件(CPLD或FPGA)为核心，根据接收到的单元体控制器反馈的参数信息，进行双闭环控制、旁路控制、载波移相SPWM运算生成PWM控制信号，以及向单元体控制器传送旁路控制信号和PWM控制信号。

具体地，所述单元体还包括：

BOOST电路，用于对光伏阵列进行最大功率跟踪，将光伏阵列输出的低电压上升为高电压；

储能电池，用于存储所述BOOST电路提供的电能，并给后级H桥逆变电路提供稳定直流电；

H桥逆变电路，用于采用载波移相SPWM技术，将储能电池提供的直流电逆变为交流电；

旁路开关，用于当单元体、或所述单元体对应的前级光伏阵列和储能电池发生故障时，对所述单元体及另外两个相同级的单元体进行旁路控制；

其中，所述BOOST电路的正负输入端分别与所述光伏阵列的正负极相连，所述BOOST电路的正负输出端分别与所述储能电池的正负端相连，所述储能电池的正负端分别与所述H桥逆变电路的输入端相连，所述旁路开关与所述H桥逆变电路的输出端相连。

具体地，所述主控制器包括：

双闭环控制模块，用于对所述光伏并网逆变器进行功率闭环控制和电流闭环控制，并获得并网参考电压；

脉冲生成模块，用于根据并网参考电压，采用载波移相SPWM技术，生成H桥逆变电路的控制脉冲PWM；

旁路控制模块，用于当单元体、或所述单元体对应的前级光伏阵列和储能电池发生故障时，控制旁路开关对所述单元体及另外两个相同级的单元体进行旁路控制，直到故障消失；当单元体被旁路后，通过提高所述单元体的调制比来提高单元体输出电压，以保证光伏并网逆变器输出正常等级的电压。

具体地，所述双闭环控制模块包括：

功率闭环控制单元，用于计算光伏阵列发出的总功率，并将所述总功率进行低通滤波后的值作为并网功率的参考值，对光伏并网逆变器进行功率闭环控制；

电流闭环控制单元，用于检测光伏并网逆变器输出相电压，采用软件锁相环技术，求出电网电压矢量相位；检测光伏并网逆变器输出相电流；根据所述相位及所述相电流，对所述相电流进行abc-dq坐标变换，d轴电流调节并网有功功率，q轴电流调节并网功率因数；通过调节并网电流有功分量，使并网的实际功率跟踪所述功率闭环控制单元中的并网功率参考值；设置电流无功分量为0，使并网功率因数为单位功率因数；对并网电流的有功分量和无功分量分别进行闭环控制；通过dq-abc坐标变换，得到并网参考电压。