一种交流串联光伏发电并网系统及其控制系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光伏发电技术领域，特别涉及了一种交流串联光伏发电并网系统及其控制系统和方法。
【背景技术】
[0002]分布式发电系统中，新能源发电设备的接入方式直接影响系统发电效率。经过多年研宄，国内外的研宄人员提出了多种卓有成效的针对光伏并网发电的功率变换系统的解决方案。根据功率等级、安装方式等，主要有集中式、串式、多串式、交流模块式、直流模块式和级联型H桥等结构。其中，交流模块式、直流模块式和级联型H桥结构可以实现组件级MPPT,因此受到了更为广泛的研宄和关注。
[0003]将级联型H桥的结构应用至分布式光伏发电并网系统最早由S.A.Khajehoddin等学者在2007年提出并展开研宄。基于该思想，中国发明专利CN104124703 (专利公开号)和CN103337873(专利公开号)分别给出了级联型H桥在低压和高压光伏系统中的具体实施电路，如图1所示。但是，这种结构的光伏发电并网系统，每个H桥模块并不包括交流滤波电路，采用单台H桥模块无法实现并网运行，故基于级联型H桥的光伏发电并网系统本质上是一台逆变器，而非由多台并网逆变器串联组成。
[0004]针对级联型H 桥并网系统结构，文献” E.Villanueva, P.Correa, J.Rodriguez, andM.Pacas.Control of a single phase cascaded H—bridge multilevel inverter forgrid-connected photovoltaic systems.1EEE Transact1ns on Industrial ElectroniCS.2009, 56 (11): 4399-4406.”提出了逆变器控制策略，但是，这种控制策略需要通过集中控制器对各H桥模块进行控制，故系统控制环节的分布式程度低。
[0005]因此，有必要研宄出一种具有控制环节分布式程度高、适合串联系统运行的交流串联光伏发电并网系统及其控制策略。
【发明内容】
[0006]为了解决上述【背景技术】提出的技术问题，本发明旨在提供一种交流串联光伏发电并网系统及其控制系统和方法，解决了现有级联H桥型系统结构及其控制方法存在的缺陷。
[0007]为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为:
[0008]一种交流串联光伏发电并网系统，包括光伏组件和并网逆变器，所述光伏组件包括第I?第η子光伏组件，并网逆变器包括第I?第η子并网逆变器，η为大于I的自然数，每个子光伏组件的输出端对应连接一台子并网逆变器的的输入端，每台子并网逆变器均包含直流母线电容、逆变功率电路和输出滤波电路；所述输出滤波电路包括第一滤波电感、第二滤波电感和交流滤波电容，所述第i子光伏组件的输出端经第i子并网逆变器的直流母线电容与该并网逆变器的逆变功率电路的输入端连接，第i子并网逆变器的交流滤波电容的两端分别经该子并网逆变器的第一、第二滤波电感与该子并网逆变器的逆变功率电路的输出端连接，其中，i = 1，2，一,η;所述第j子并网逆变器的交流滤波电容与第一滤波电感的公共端连接第j-Ι子并网逆变器的交流滤波电容与第二滤波电感的公共端，其中，j =2，3，…，η;所述第I子并网逆变器的交流滤波电容与第一滤波电感的公共端、第η子并网逆变器的交流滤波电容与第二滤波电感的公共端分别接入电网。
[0009]本发明还包括基于上述一种交流串联光伏发电并网系统的控制系统，包括η个子控制系统，每个子控制系统一一对应控制一台子并网逆变器，所述子控制系统包括母线电压采样电路、电感电流采样电路、输出电压采样电路和逆变及串联控制功能模块；所述逆变及串联控制功能模块包括母线电压调节器、相角计算单元、功率计算单元、输出电压调节器、无功功率调节器、电感电流调节器、驱动信号产生单元、第一?第二乘法单元、第一?第四减法单元和加法单元；所述母线电压采样电路的输入端连接直流母线电容，它的输出端连接第一减法单元的正输入端，第一减法单元的输出端经母线电压调节器与第一乘法单元的第一输入端连接，第一乘法单元的输出端连接加法单元的第一输入端，加法单元的输出端连接第二减法单元的正输入端，第二减法单元的输出端经输出电压调节器与第三减法单元的正输入端连接，第三减法单元的输出端经电感电流调节器与驱动信号产生单元的输入端连接，驱动信号产生单元的输出端连接逆变功率电路，所述电感电流采样电路的输入端连接逆变功率电路的输出端，电感电流采样电路的输出端分别连接功率计算单元的第一输入端和第三减法单元的负输入端，功率计算单元的输出端连接第四减法单元的负输入端，第四减法单元的输出端经无功功率调节器与第二乘法单元的第一输入端连接，第二乘法单元的输出端连接加法单元的第二输入端，所述输出电压采样电路的输入端连接输出滤波电路的输出端，输出电压采样电路的输出端分别连接功率计算单元的第二输入端、相角计算单元的输入端以及第二减法单元的负输入端，相角计算单元的第一输出端连接第一乘法单元的第二输入端，相角计算单元的第二输出端连接第二乘法单元的第二输入端，第二乘法单元的输出端连接加法单元的第二输入端。
[0010]本发明还包括基于上述控制系统的控制方法，包括以下步骤:
[0011 ] (I)采用母线电压采样电路测量直流母线电容的电压，得到直流母线电压反馈信号，并与直流母线电压基准信号相减后通过母线电压调节器得到输出电压幅值给定信号；
[0012](2)采用输出电压采样电路测量交流滤波电容和电网的电压，得到输出电压瞬时值反馈信号和电网电压瞬时值反馈信号，采用电感电流采样电路测量第一滤波电感的电流，得到电感电流瞬时值反馈信号，并与输出电压瞬时值反馈信号经功率计算单元得到无功功率反馈信号；无功功率瞬时值基准信号与无功功率反馈信号相减后经无功功率调节器得到无功功率误差信号；
[0013](3)电网电压瞬时值反馈信号经相角计算单元得到第一电网电压相位信号和第二电网电压相位信号，第一电网电压相位信号超前第二电网电压相位信号90度，输出电压幅值基准信号与第一电网电压相位信号的乘积加上无功功率误差信号与第二电网电压相位信号的乘积，得到输出瞬时值电压基准信号；
[0014](4)输出电压瞬时值基准信号减去输出电压瞬时值反馈信号后经输出电压调节器单元得到电感电流瞬时值基准信号；电感电流瞬时值基准信号减去电感电流瞬时值反馈信号后经电感电流调节器得到调制信号，调制信号经驱动信号产生单元得到逆变功率电路的开关管驱动信号。
[0015]其中，当交流串联光伏发电并网系统中只有一台子并网逆变器工作，则所述输出电压瞬时值反馈信号和电网电压瞬时值反馈信号相等。
[0016]其中，当交流串联光伏发电并网系统中有m台子并网逆变器工作，其中，m多2，则输出电压瞬时值反馈信号和电网电压瞬时值反馈信号不相等，且电网电压瞬时值反馈信号等于电网电压除以m。
[0017]采用上述技术方案带来的有益效果:
[0018](I)本发明提出的子并网逆变器结构包含完整的输入滤波电容、逆变功率电路和输出滤波电路，因此，子并网逆变器可以单独并网运行；
[0019](2)本发明提出的子并网逆变器输出电压为基波串联，而非PWM波串联，因此由该逆变器串联组成的光伏发电并网系统具有模块化和分布式程度高的特点；
[0020](3)本发明提出的控制策略使得并网逆变器串联运行时，各台子并网逆变器仅有功率互连线，无需集中控制器和控制信号互连线，即可实现有功和无功功率的合理分配。
【附图说明】
[0021]图1是基于级联H桥型的光伏发电并网系统结构示意图。
[0022]图2是本发明的交流串联光伏发电并网系统结构示意图。
[0023]图3是本发明的交流串联光伏发电并网系统的控制系统结构示意图。
[0024]图4是实施例中采用单相全桥逆变器拓扑的控制系统结构示意图。
[0025]图5是实施例中两台并网逆变器串联工作时控制系统结构示意图。
[0026]图6是实施例中三台子并网逆变器输出有功功率依次分别为75W、100W、125W，输出无功功率均为OVar的稳态波形图。
[0027]图7