[发明专利]一种降低单相光伏并网逆变器THD的错频调制方法

说明书

本发明提供一种降低单相光伏并网逆变器THD的错频调制方法，所述单相光伏并网逆变器的拓扑主电路包括直流源DC、第一开关管Q₁、第二开关管Q₂、第三开关管Q₃、第四开关管Q₄、输出滤波电感L、输出滤波电容C和负载R，记U₀为输出交流电压的有效值，U_d为输入直流电压，其特征在于：设第一开关管Q₁和第二开关管Q₂构成前臂S1，第三开关管Q₃和第四开关管Q₄构成后臂S2，采用不同载波频率的SPWM脉冲分别控制前臂S1和后臂S2，记载波频率f_s为前臂S1开关的开关频率，载波频率f_m为后臂S2的开关频率，且f_m＝nf_s，并限定n的取值范围为在取值范围内优选设置n的取值，使得两个桥臂开关频率低频与高频比值尽量接近于1。

技术领域

本发明涉及单相光伏并网技术领域，尤其涉及单相逆变器降低逆变器THD(总谐波畸变率)的一种错频方法。

背景技术

光伏并网是光伏发电的重要应用之一，然而光伏并网逆变器产生的谐波会对电网造成污染，降低光伏并网装置产生的THD可以有效减小对电网的污染，提高并网电能质量。

大规模光伏电源并网使得大量的电力电子转换器被引入到电力系统中，从而大量的非线性负载也加入到供电系统中，会对电力系统造成严重污染，产生更严重的电能质量问题。其中，总谐波畸变率(THD)是衡量光伏并网电能质量的重要指标。

近年来对降低光伏并网THD值进行了大量的研究。目前降低光伏并网THD主要有三种技术：1)改变逆变器的拓扑结构，并通过相应开关控制，产生多电平来降低THD；2)采用附加的解耦电路，用于提供所需要的脉动功率，来降低THD；3)从控制策略上进行优化，通过控制改变开关的切换算法来达到降低THD的目的。

第一种方法采用多级逆变器(MLIs)，与传统逆变器两电平或者三电平相比，MLIs具有更高得输出电压水平，这使得MLIs的输出波形呈阶梯状，比传统逆变器更接近正弦。因此，MLIs使得THD降低。常用的多电平逆变器为级联H桥(CHB)逆变器缺乏储能元件以及隔离故障的能力。经过对拓扑结构的优化，具有较好的最大功率跟踪(MPPT)能力并降低了THD，然而它们拥有大量的半导体开关，增加了成本。之后为了减少半导体开关数量，在拓扑结构上进行优化。之后提出的拓扑结构改进方案，在保持THD和MPPT性能的基础上，尽可能的减少了半导体开关数量。然而，开关数量多的问题依旧存在。

第二种方法采用附加的解耦电路，在单相并网的直流侧产生双线频功率脉动(double-line-frequency)。这种脉动对THD性能是不利的。普通的无源解耦电路的dc-link侧需要一个体积较大电解电容来吸收功率脉动，使得使用寿命受到限制。而有源解耦方法，可以降低功率解耦的电容，然而，这种方法增加了辅助电路，并且会使得效率有所损耗。最近有研究提出了一种在普通LC滤波的单相光伏并网逆变器中增加有源解耦的辅助电路，使得效率和THD性能相比基于LC滤波的单相并网有源解耦电路有所改善。然而，增加辅助电路依旧使得效率有所损耗。

第三种方法是对并网逆变器的控制部分进行优化，通常是在控制逆变器开关通断的算法上进行优化。此外，近几年还提出将神经网络引入到逆变器控制当中。当进行结构和控制的双重改进，却增加了逆变器的开关，同时使用了专属的控制。这种方法虽然能够降低THD，然而由于增加了开关，使得成本增加，当系统参数不匹配时，会导致控制算法失效或者性能降低。

当前，有学者提出使用调制技术将全桥逆变器的两个桥臂使用低频和高频两个频率分别对逆变器两个桥臂进行调制。可参见：安树怀,王明渝,邓威,李翀.可用于光伏并网的双频逆变器控制策略[J].电力自动化设备,2011,31(01):84-88.