多相光伏逆变器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种多相光伏逆变器及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能具有安全、清洁和资源普遍性等优点，能够成为替代化石能源主要的可再 生能源。太阳能光伏发电在其开发研究、市场开拓以及产业化制造技术早已作为全球各国 激烈竞争的焦点。由于光伏产业的规模化发展，因此三相光伏逆变器容量小、转换效率低等 缺陷已经成为制约光伏电站向智能化、模块化发展的瓶颈。同时，由于电力电子器件的广泛 应用使得供电系统不再受传统的三相供电相数的限制，多相系统(相数多于三相的系统)得 到了广泛关注。多相系统提高了整个系统的输出功率，特别适合应用与电力机车牵引、船舶 电力推进、航空航天等领域。
[0003] 因此，现有的三相光伏逆变器具有以下缺陷：
[0004] 第一，逆变器将直流电转换为工频交流电时，谐波含量高，转换效率低；
[0005] 第二，逆变器的容量小，不适于大规模、大容量的光伏阵列。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种多相光伏逆变器及其控制方法，从而解决上述现有技术 中存在的问题。
[0007] 为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种多相光伏逆变器，所述多 相光伏逆变器包括直流断路器、DC/DC变换器、多相逆变桥、多相滤波器以及交流断路器，其 中，所述直流断路器的输出端与所述DC/DC变换器的输入端电连接，所述DC/DC变换器的输 出端与所述多相逆变桥的输入端电连接，所述多相逆变桥的输出端与所述多相滤波器电连 接，以及所述多相滤波器与所述交流断路器电连接。
[0008] 较佳地，所述多相逆变桥为五相逆变桥，所述多相滤波器为五相滤波器，以及所述 多相光伏逆变器还包括SPWM模块、PMU模块、MPPT模块以及计算模块，其中所述SPWM模块通 过控制线与所述五相逆变桥连接，所述PMU模块通过信号线与所述SPWM模块连接，所述MPPT 模块通过信号线与所述PMU模块连接，以及所述计算模块与所述MPPT模块电连接；
[0009] 运行时，所述MPPT模块通过控制DC/DC模块中IGBT管的通断来实现所述多相光伏 逆变器最大功率点的跟踪，所述PMU模块发送指令给所述SPffM模块，所述SPffM模块通过控制 所述五相逆变桥的IGBT管通断，从而得到期望的电压信号。
[0010] 较佳地，所述多相光伏逆变器具有1/4工作方式和2/3工作方式;其中
[0011] 所述1/4工作方式是指在某一时刻，所述五相逆变桥的上桥臂有一相导通，下桥臂 有四相导通，或所述五相逆变桥的上桥臂有四相导通，下桥臂有一相导通；以及
[0012] 所述2/3工作方式是指在某一时刻，所述五相逆变桥的上桥臂有两相导通，下桥臂 有三相导通，或所述五相逆变桥的上桥臂有三相导通，下桥臂有两相导通。
[0013] 较佳地，在所述1/4工作方式和2/3工作方式中，上桥臂导通的相相邻，以及下桥臂 导通的相相邻。
[0014] 较佳地，所述PMU模块和SPffM模块与电源电连接。
[0015] 较佳地，所述SPffM模块设有执行以下过程的电路：
[0016] (1)建立多相光伏逆变器的开关方程:S =[ Sa，Sb，Sc，Sd，St ]，其中，Sk= 1表示光伏 逆变器a相桥臂上开关导通、下开关关断，Sk = O表示上开关关断、下开关导通，其中k = a，b， c，d，或e;
[0017 ] (2)建立多相光伏逆变器的极电压方程:uk。= SkUd-Ud/2;
[0018] (3)建立多相光伏逆变器的电压矢量方程：
[0019] (4)求出多相光伏逆变器的32个电压矢量，该32个电压矢量包括大矢量ULi，i为2 1 且< 10的整数，中矢量UMj，j为2 1且< 10的整数，小矢量USn，n为2 1且< 10的整数，以及两 个零矢量Uo，其中该32个电压矢量分布成10个扇区，每一个扇区包括两个大矢量、两个中矢 量、两个小矢量以及一个零矢量；
[0020] (5)合成参考电压Uref :设参考电压Uref位于第k个扇区，选择UL(k+l)、UMk、UM(k+2)以及 一个零矢量来合成参考电压Uref ;
[0021 ] (6)求出电压UL(k+i)、UMk、UM(k+2)以及Uo的作用时间。
[0022] 较佳地，所述多相光伏逆变器还包括直流EMC滤波器，所述直流EMC滤波器设置在 所述直流断路器与所述DC/DC变换器之间，其中所述直流EMC滤波器的输入端与所述直流断 路器的输出端电连接，以及所述直流EMC滤波器的输出端与所述DC/DC变换器的输入端电连 接。
[0023] 较佳地，所述多相光伏逆变器还包括交流EMC滤波器，所述交流EMC滤波器设置于 所述多相滤波器和所述交流断路器之间，其中所述交流EMC滤波器的输入端与所述多相滤 波器的输出端电连接，以及所述交流EMC滤波器的输出端与所述交流断路器的输入端电连 接。
[0024] 根据本发明的另一方面，还提供了一种上述多相光伏逆变器的控制方法，所述方 法包括以下步骤：
[0025] (1)控制所述DC/DC模块中的IGBT管的通断来实现所述多相光伏逆变器最大功率 点的跟踪；
[0026] (2)建立多相光伏逆变器的开关方程:S =[Sa，Sb，S。，Sd，Se]，其中，Sk= 1表示光伏 逆变器a相桥臂上开关导通，下开关关断；Sa = 0表示上开关关断，下开关导通，k = a、b、c、d 或e;
[0027] (3)建立多相光伏逆变器的极电压方程:Uko = SkUd-Ud/2;
[0028] (4)建立多相光伏逆变器的电压矢量方程：
[0029] (5)求出多相光伏逆变器的32个电压矢量，该32个电压矢量包括大矢量ULi，i为2 1 且< 10的整数，中矢量UMj J为2 1且< 10的整数，小矢量USn，n为2 1且< 10的整数，以及两 个零矢量Uo，其中该32个电压矢量分布成10个扇区，每一个扇区包括两个大矢量、两个中矢 量、两个小矢量以及一个零矢量；
[0030] (6)合成参考电压Uref :设参考电压Uref位于第k个扇区，选择UL(k+l)、UMk、UM(k+2)以及 一个零矢量Uo来合成参考电压Uref ;
[0031] (7)求出电压UL(k+i)、UMk、UM(k+2)以及Uo的作用时间。
[0032] 较佳地，通过以下步骤求出电压UL(k+i)、UMk、UM(k+2)以及Uo的作用时间：
[0033] 设在一个开关周期Ts内第k个矢量的作用时间为Tk，建立第k个扇区内矢量平衡方 程：
[0034]
[0035] 从而求出TL(k+l)、T(M+2)k、TMk和To。
[0036] 较佳地，电压UL(k+l)、UMk、UM(k+2)以及Uo的作用顺序为：UMk-UL(k+l)4UM(k+2)4U〇4 UM(k+2)^UL(k+l)^UMk〇
[0037] 较佳地，当所述Uref位于第一个扇区时，电压UMhUL^UM3和Uo的作用顺序为UM 1 (10000)4UL2(11000)4UM3(01000)4U〇(00000)4UM3(01000)4UL2(11000)-UMi( 10000)。
[0038] 本发明的多相光伏逆变器具备如下优点：
[0039] (1)多相控制系统比传统三相系统的调制指数大，因此多相光伏逆变器的线性调 制范围更大，直流电源利用率更高；
[0040] (2)多相光伏逆变器输出电压及电流中的谐波分量降低；
[0041] (3)当多相中的一相或几相发生故障时，通过适当的控制，光伏逆变器仍可以将功 率启动和运行，系统可靠性高；
[0042] (4)最大限度地提高光伏逆变器的转化效率和并网容量。
【附图说明】
[0043] 图1是本发明多相光伏逆变器的拓扑结构图；
[0044] 图2是本发明多相光伏逆变器的另一拓扑结构图；
[0045] 图3是本发明多相光伏逆变器的空间电压矢量图，其中小电压矢量未示出；以及
[0046] 图4是通过本发明的多相光伏逆变器控制方法得到的第一扇区的PffM波形图。
【具体实施方式】
[0047] 以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的 目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范