本发明属于电气工程领域的光伏发电技术，更具体地说，涉及一种级联型光伏并网逆变器及其功率不平衡的控制方法。
背景技术：
：：相比于两电平和三电平逆变器，多电平逆变器具有开关器件应力小、系统效率高及滤波器体积小等优点。多电平逆变器提出至今，出现了很多拓扑，归结起来主要有三种：二极管箝位型、飞跨电容型和级联H桥型。在所有多电平拓扑中，当输出相同电平数时，级联H桥逆变器所用元器件最少，布局最为简单。此外，级联H桥逆变器每个功率单元的直流侧可由一块光伏组件独立供电，使单个光伏组件的MPPT控制成为可能，进一步提高系统的发电效率。因此，级联H桥多电平逆变器尤其适用于光伏并网发电系统。虽然级联H桥光伏逆变器的各级功率单元可通过独立的MPPT控制提高太阳能的利用率，但受遮挡或组件损坏等因素的影响，部分光伏组件的输出功率严重下降时，由于流过每个H桥的电流相等而传输的功率差异较大，会导致输出功率正常的光伏组件对应的功率单元过调制，系统不稳定。因此，级联H桥光伏并网逆变器稳定运行的范围非常有限，不利于实际的工程应用。为此，学者们在扩大级联H桥光伏并网逆变器稳定运行范围方面做出了很多努力和尝试。如发明专利申请《一种级联型光伏并网逆变器的功率平衡控制方法》(CN103795077A)提出了一种基于占空比有功分量修正的功率均衡控制策略，根据系统的运行情况，实时补偿和修正占空比，但是该均衡控制方法调节范围较小，在模块间光照极度不平衡时将失去调节能力，系统将不稳定。如2013年IEEE文献“StableOperationofGridConnectedCascadedH-BridgeInverterUnderUnbalancedInsolationConditions”(光照不平衡条件下级联H桥光伏并网逆变器的稳定运行——2013年IEEE电力和能源转换系统第三次国际会议)详细分析了级联H桥光伏逆变器稳定运行的条件，提出一种修正的MPPT控制策略，当部分功率单元过调制时，通过降额运行使系统稳定，但会降低系统的发电量。2015年IEEE文献“ReactivePowerCompensationandOptimizationStrategyforGrid-InteractiveCascadedPhotovoltaicSystems”LimingLiu,HuiLi,《IEEETransactionsonPowerElectronics》，2015,30(1)，188-202(“级联型光伏并网逆变器的无功补偿及其优化策略”，《IEEE学报-电力电子期刊》2015年第30卷第1期188-202页)将功率因数作为一个自由度，通过补偿无功功率维持系统稳定。但所提出的控制策略中有功功率分配的物理意义不够清晰，且并未提出有效的无功分配方案。此外，当功率严重不平衡时，该方法会大幅降低并网逆变器的功率因数。综上所述，对于级联H桥光伏并网逆变器而言，现有的功率不平衡抑制方法主要存在如下问题：(1)现有技术能够改善级联H桥光伏逆变器的不平衡问题，但是调节范围较小，不能满足所有工况；(2)通过使输出功率大的模块退出MPPT运行的方法抑制功率不平衡，会降低系统的发电量。(3)通过补偿无功可以抑制级联H桥光伏逆变器的功率不平衡问题，但当系统严重不平衡时，会使得逆变器功率因数过低，不满足并网要求。技术实现要素：本发明要解决的问题就是克服上述方案的局限性，针对级联H桥光伏逆变器功率不平衡引起过调制这一问题，提出一种扩大级联H桥光伏并网逆变器稳定运行范围的控制方法。该方法能够较好地适应各种工况，满足实际应用的需求。为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案主要步骤如下：一种扩大级联H桥光伏并网逆变器稳定运行范围的控制方法，所述的扩大级联H桥光伏并网逆变器包括四个相同的H桥模块，其主要步骤如下：步骤1，先通过在线检测得到以下参数：扩大级联H桥光伏并网逆变器中每个H桥模块直流侧的输出电压Vdc1、Vdc2、Vdc3和Vdc4以及输出电流IPV1、IPV2、IPV3和IPV4；电网电压vg和电网电流ig；步骤2，用锁相环对电网电压vg进行锁幅和锁相，得到其幅值VM和相位θ；步骤3，在线计算电网电流的有效值IRMS以及逆变器单位功率因数稳定运行的临界电网电流有效值Imin，其中逆变器单位功率因数稳定运行是指电网电压vg与电网电流ig的频率和相位分别相同，IRMS和Imin的计算公式如下：IRMS=2(Vdc1IPV1+Vdc2IPV2+Vdc3IPV3+Vdc4IPV4)/VM]]>Imin=max{2IPV1,2IPV2,2IPV3,2IPV4}]]>其中，VM表示电网电压的幅值；max表示求最大值。步骤4，判断电网电流的有效值IRMS是否小于单位功率因数稳定运行的临界电网电流有效值Imin：若IRMS<Imin，则系统功率不平衡，执行步骤5；若IRMS≥Imin，则说明系统功率在单位功率因数下稳定运行，返回执行步骤1，进入下一个循环；步骤5，将电网电流的相角记为α＝θ+φ，其中φ为电网电流超前电网电压的角度其计算公式如下；步骤6，实时判断逆变器的功率因数是否大于0.9：如果PF>0.9，则通过准比例谐振调节器控制电网电流的相角α，给系统补偿无功功率，然后返回步骤1执行；反之，则逆变器维持功率因数PF为0.9，执行步骤7，所述逆变器维持功率因数PF为0.9的方法为电网电流超前电网电压的角度φ始终保持为一个常数步骤7，比较每个光伏组件的输出功率，通过判断找出输出功率最大的光伏组件，使该光伏组件执行修正的MPPT算法，然后转入步骤1重新判断，直到满足条件IRMS>Imin为止。优选地，步骤7所述的修正的MPPT算法是指按步长为1逐步增加输出功率最大的H桥模块的直流侧的输出电压vdck的给定值，以实现该模块退出MPPT运行，降低输出功率、平衡模块间功率；其中vdck，k＝1,2,34，即当k分别为1,2,3,4时，vdck分别表述为Vdc1、Vdc2、Vdc3和Vdc4。本发明相对于现有技术的优势是：(1)本发明提出的方法调节范围较宽，能够满足和适应各种不平衡的工作情况。(2)结合了无功补偿和退出MPPT运行两种方法的优点，不但能够扩宽级联H桥光伏逆变器稳定运行范围，而且保证系统的发电量和功率因数都不会太低。附图说明图1是含有四个H桥的单相级联H桥光伏逆变器拓扑结构。图2是本发明所述扩大级联H桥光伏并网逆变器稳定运行范围控制方法的流程图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步清楚、完整地描述。图1为本专利所述的单相非隔离级联H桥光伏并网逆变器拓扑结构，包含四个相同的H桥模块，每个H桥直流侧通过一块光伏电池板独立供电，每个H桥交流侧相互串联，通过电感和与电网连接。L1和L2为网侧滤波电感；R1和R2为网侧滤波电感的寄生电阻；C1、C2、C3和C4分别为直流侧与光伏电池板并联的电容。vg为交流侧电网电压，ig为电网电流；Vdc1、Vdc2、Vdc3和Vdc4以及IPV1、IPV2、IPV3和IPV4分别是直流侧四个光伏组件输出的电压和电流。图2为本专利所述的扩大级联H桥光伏并网逆变器稳定运行范围控制方法的流程图。参见图1和图2，本发明的具体实施如下：步骤1，先通过在线检测含四个H桥模块的级联H桥光伏并网逆变器每个光伏组件直流侧的输出电压Vdc1、Vdc2、Vdc3和Vdc4以及输出电流IPV1、IPV2、IPV3和IPV4。同时在线检测电网电压vg和电网电流ig。步骤2，用锁相环对电网电压vg进行锁幅和锁相，得到其幅值VM和相位θ。步骤3，在线计算电网电流的有效值IRMS以及逆变器单位功率因数稳定运行的临界电网电流有效值Imin，其中逆变器单位功率因数稳定运行是指电网电压vg与电网电流ig的频率和相位相同，IRMS和Imin的计算方法如下：IRMS=2(Vdc1IPV1+Vdc2IPV2+Vdc3IPV3+Vdc4IPV4)/VM]]>Imin=max{2IPV1,2IPV2,2IPV3,2IPV4}]]>其中，VM表示电网电压的幅值；max表示求最大值。步骤4，判断电网电流的有效值IRMS是否小于单位功率因数稳定运行的临界电网电流有效值Imin：若IRMS<Imin，则系统功率不平衡，执行步骤5；若IRMS≥Imin，则说明系统功率在单位功率因数下稳定运行，返回执行步骤1，进入下一个循环。步骤5，通过准比例谐振调节器控制电网电流的相角α＝θ+φ，其中φ为电网电流超前电网电压的角度，计算方法如下：步骤6，实时判断逆变器的功率因数是否大于0.9：如果PF>0.9，则通过准比例谐振调节器控制电网电流的相角α，给系统补偿无功功率，然后返回步骤1执行；反之，则逆变器维持功率因数PF为0.9，执行步骤7，所述逆变器维持功率因数PF为0.9的方法为电网电流超前电网电压的角度φ始终保持为一个常数步骤7，比较每个H桥模块的光伏组件的输出功率，通过判断找出输出功率最大的H桥模块的光伏组件，使该光伏组件执行修正的MPPT算法，然后转入步骤1重新判断，直到满足条件IRMS>Imin为止。所述的修正的MPPT算法是指按步长为1逐步增加输出功率较大的模块的直流侧的输出电压vdck的给定值，如此可保证该模块退出MPPT运行，降低输出功率，从而平衡模块间功率。其中vdck(k＝1,2,34)，即当k分别为1,2,3,4时，vdck分别表述为Vdc1、Vdc2、Vdc3和Vdc4。本专利针对含四个H桥模块的级联H桥光伏逆变器功率不平衡问题，提出了一种无功补偿与退出MPPT相结合的方法，扩大了级联H桥光伏逆变器的稳定运行范围的同时，保证了系统的功率因数和发电量较高。当前第1页1 2 3 当前第1页1 2 3