本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种级联h桥逆变器的控制方法及控制器。
背景技术：
光伏发电领域中，级联h桥逆变器的系统结构如图1所示，各个h桥模块的输入端可以分别连接一块光伏组件(如图1所示)或者至少一个光伏组串，或者还可以增加其他直流变换设备。当光照不均匀或其他条件导致一个甚至几个h桥模块输入端接收的功率严重下降时，并网电流is会大幅下降；由于其他h桥模块的输入功率几乎不变，因此其调制度会增大。而过调制会使得电网电流谐波含量增大，甚至系统不稳定运行。因此，当各个h桥模块间输入功率不平衡时，有必要采取一定措施避免h桥模块过调制，从而扩大系统的运行范围。
现有技术中存在一种三次谐波补偿策略，可以把h桥模块的调制度扩大至1.155，在一定范围内避免h桥模块过调制。同时，该方法还能保证系统在单位功率因数下运行且直流侧电容电压波动较小。然而，当各个h桥模块间输入功率的不平衡程度较重时，该方法下部分h桥模块的调制度可能会大于1.155，即便补偿三次谐波，依然不能避免某些h桥模块过调制。
技术实现要素：
本发明提供一种级联h桥逆变器的控制方法及控制器，以扩大系统的运行范围。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种级联h桥逆变器的控制方法，应用于级联h桥逆变器的控制器中，所述级联h桥逆变器的主电路中包括多个级联的h桥模块；所述级联h桥逆变器的控制方法包括：
计算得到各个所述h桥模块的调制度；
根据调制度与调制波幅值之间的过调制预设对应关系以及所述调制度，得到过调制模块的限幅调制波；
根据过调制模块的限幅调制波和所述调制度，计算得到过调制模块的限幅调制波所需补偿的第一谐波；
根据所述第一谐波和所述调制度，计算得到正常模块的调制波及其所需补偿的第二谐波；所述第二谐波与所述第一谐波同次、幅值相同且相位相反；
根据过调制模块的限幅调制波、正常模块的调制波以及载波移相调制策略生成各个h桥模块对应的驱动信号。
优选的，所述计算得到各个所述h桥模块的调制度，所采用的公式为：
其中，si为第i个h桥模块的调制度，pi为第i个h桥模块的功率，pt为全部h桥模块的总功率，vr为总调制电压的幅值，vdci为第i个h桥模块的直流侧电容电压，n为h桥模块的个数。
优选的，所述根据调制度与调制波幅值之间的过调制预设对应关系以及所述调制度，得到过调制模块的限幅调制波，包括：
根据所述过调制预设对应关系以及所述调制度，得到过调制模块的调制波幅值；所述过调制预设对应关系为
根据过调制模块的调制波幅值，采用公式
优选的，所述根据过调制模块的限幅调制波和所述调制度，计算得到过调制模块的限幅调制波所需补偿的第一谐波，所采用的公式为：
其中，
优选的，所述根据所述第一谐波和所述调制度，计算得到正常模块的调制波及其所需补偿的第二谐波，包括：
根据所述第一谐波，采用公式
根据正常模块需要补偿的总谐波电压
根据正常模块的调制波所需补偿的第二谐波和所述调制度，采用公式
一种级联h桥逆变器的控制器，与所述级联h桥逆变器主电路中各个级联的h桥模块相连；所述级联h桥逆变器的控制器包括：
第一计算单元，用于计算得到各个所述h桥模块的调制度；
第二计算单元，用于根据调制度与调制波幅值之间的过调制预设对应关系以及所述调制度，得到过调制模块的限幅调制波；
第三计算单元，用于根据过调制模块的限幅调制波和所述调制度，计算得到过调制模块的限幅调制波所需补偿的第一谐波；
第四计算单元，用于根据所述第一谐波和所述调制度，计算得到正常模块的调制波及其所需补偿的第二谐波；所述第二谐波与所述第一谐波同次、幅值相同且相位相反；
信号生成单元，用于根据过调制模块的限幅调制波、正常模块的调制波以及载波移相调制策略生成各个h桥模块对应的驱动信号。
优选的，所述第一计算单元计算得到各个所述h桥模块的调制度时，所采用的公式为：
其中，si为第i个h桥模块的调制度，pi为第i个h桥模块的功率，pt为全部h桥模块的总功率，vr为总调制电压的幅值，vdci为第i个h桥模块的直流侧电容电压，n为h桥模块的个数。
优选的，所述第二计算单元包括：
第一模块，用于根据所述过调制预设对应关系以及所述调制度，得到过调制模块的调制波幅值；所述过调制预设对应关系为
第二模块，用于根据过调制模块的调制波幅值，采用公式
优选的，所述第三计算单元根据过调制模块的限幅调制波和所述调制度，计算得到过调制模块的限幅调制波所需补偿的第一谐波，所采用的公式为：
其中，
优选的，所述第四计算单元包括：
第三模块，用于根据所述第一谐波，采用公式
第四模块，用于根据正常模块需要补偿的总谐波电压
第五模块，用于根据正常模块的调制波所需补偿的第二谐波和所述调制度，采用公式
本发明提供的级联h桥逆变器的控制方法，首先计算得到各个所述h桥模块的调制度；然后根据调制度与调制波幅值之间的过调制预设对应关系以及所述调制度，得到过调制模块的限幅调制波；再根据过调制模块的限幅调制波和所述调制度，计算得到过调制模块的限幅调制波所需补偿的第一谐波；由所述第一谐波和所述调制度，可以计算得到正常模块的调制波所需补偿的第二谐波，进而可以计算得到正常模块的调制波；最终根据过调制模块的限幅调制波、正常模块的调制波以及载波移相调制策略，即可生成各个h桥模块的驱动信号。由于其用于补偿正常模块的调制波的第二谐波，与用于补偿过调制模块的限幅调制波的第一谐波，两者同次、幅值相同且相位相反，因此可以保证级联h桥模块的交流总输出电压不含有所补偿的谐波，且能够扩大补偿范围，进而能够扩大系统的运行范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的级联h桥逆变器的系统结构图；
图2是本发明实施例提供的级联h桥逆变器的控制方法的流程图；
图3a是本发明实施例提供的h桥模块的正常调制波波形图；
图3b是本发明实施例提供的过调制模块的限幅调制波波形图；
图3c是本发明实施例提供的调制度与调制波幅值之间的过调制预设对应关系曲线图；
图4是本发明实施例提供的级联h桥逆变器的控制方法的部分流程图；
图5a是本发明另一实施例提供的四个h桥模块的输入功率波形图；
图5b是本发明另一实施例提供的四个h桥模块的调制度波形图；
图5c是本发明另一实施例提供的四个h桥模块的调制波波形图；
图5d是本发明另一实施例提供的电网电压和电网电流波形图；
图5e是本发明另一实施例提供的第一个h桥模块的直流侧电容电压波形图；
图5f是现有技术提供的电网电压和电网电流波形图；
图6是本发明实施例提供的级联h桥逆变器的控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种级联h桥逆变器的控制方法，以扩大系统的运行范围。
级联h桥逆变器的控制方法，应用于级联h桥逆变器的控制器中；如图1所示，该级联h桥逆变器的主电路中包括多个级联的h桥模块；参见图2，该级联h桥逆变器的控制方法包括：
s101、计算得到各个h桥模块的调制度；
计算各个h桥模块的调制度，所采用的公式具体为：
其中，si为第i个h桥模块的调制度，pi为第i个h桥模块的功率，pt为全部h桥模块的总功率，vr为总调制电压的幅值，vdci为第i个h桥模块的直流侧电容电压，n为h桥模块的个数。
根据各个h桥模块的调制度计算结果，可以将各个h桥模块分为过调制模块和正常模块，其中：调制度小于等于1的h桥模块为正常模块，调制度大于1且小于等于4/π的h桥模块为过调制模块。
对于过调制模块，假设其调制波为如图3a所示的正弦波，该正弦波的表达式为f(x)＝msin(x),m＞，1m为其调制波幅值。
为了使这种过调制模块的调制波幅值不大于1，需要对其进行限幅运算，进而得到如图3b所示的限幅调制波，该限幅调制波的表达式为
然后，对函数g(x)进行傅里叶级数展开，其表达式为：
其中，
因此，函数g(x)的基波h(x)表达式为h(x)＝a1cosx+b1sinx＝ssin(x)；
其中，
由上式可以得到
s102、根据调制度与调制波幅值之间的过调制预设对应关系以及调制度，得到过调制模块的限幅调制波；
优选的，可以首先根据过调制预设对应关系以及调制度，得到过调制模块的调制波幅值；然后，再根据过调制模块的调制波幅值，计算得到过调制模块的限幅调制波。
具体的，该过调制预设对应关系如上所述，具体的实际应用中，可以直接根据
根据过调制模块的调制波幅值计算得到过调制模块的限幅调制波，所采用的公式为
s103、根据过调制模块的限幅调制波和调制度，计算得到过调制模块的限幅调制波所需补偿的第一谐波；
所采用的公式为：
其中，
s104、根据第一谐波和调制度，计算得到正常模块的调制波及其所需补偿的第二谐波；
具体的，步骤s104包括图4所示的：
s201、根据第一谐波计算得到正常模块需要补偿的总谐波电压
过调制模块所补偿的总谐波电压
为了使各个h桥模块级联交流侧的总输出电压不含有所补偿的谐波电压，正常模块需要补偿的总谐波电压
其中，
s202、根据正常模块需要补偿的总谐波电压
所采用的公式为：
其中，vdci(max)为第i个正常模块所允许补偿的最大正电压幅值，其计算公式为vdci(max)＝(1-si)vdci,i＝1,…,n-x，vdci为第i个正常模块的直流侧电容电压，si为第i个正常模块的调制度和基波幅值；vdcj(max)为第j个正常模块所允许补偿的最大正电压幅值，其计算公式为vdcj(max)＝(1-sj)vdcj,j＝1，…，n-x，vdcj为第j个正常模块的直流侧电容电压，sj为第j个正常模块的调制度和基波幅值；n-x为正常模块的个数，
经过上述计算过程，得到的第二谐波与第一谐波同次、幅值相同且相位相反。
s203、根据正常模块的调制波所需补偿的第二谐波和调制度，计算得到正常模块的调制波；
所采用的公式为：
其中，
s105、根据过调制模块的限幅调制波、正常模块的调制波以及载波移相调制策略生成各个h桥模块的驱动信号。
由上述内容可知，当h桥模块的调制度si处于1～4/π时，总能找到对应的补偿系数，即调制波幅值mi，均能使其调制波幅值mi不大于1。因此，所述方法可以把h桥模块的线性调制范围扩大到4/π。
本实施例提供的级联h桥逆变器的控制方法，由于其用于补偿正常模块的调制波的第二谐波，与用于补偿过调制模块的限幅调制波的第一谐波，两者同次、幅值相同且相位相反，因此可以保证级联h桥模块的交流总输出电压不含有所补偿的谐波，且能够扩大补偿范围，进而能够扩大系统的运行范围。
以四个h桥模块级联的系统为例进行说明，假设电网点压的峰值为100v，四个h桥模块前级的光伏组件最大输出功率为260w，则：
在系统最初运行时，四个光伏组件的光照强度分别为：1000w/m2、1000w/m2、850w/m2和700w/m2；t＝0.5s时，第三和第四个光伏组件的光照强度分别变为350w/m2和400w/m2，四个h桥的输入功率(p1～p4)如图5a所示。
系统的输入功率不平衡，第一和第二个h桥模块由于输入功率较大会过调制，四个h桥模块的调制度(s1～s4)如图5b所示。
若采用上述实施例所提出的级联h桥逆变器的控制方法，四个h桥模块的调制波(m1～m4)将如图5c所示，电网电压vg和电网电流ig如图5d所示，直流侧电容电压vdcl如图5e所示，其上下幅值之差δu由1v变为0.8v。
可以看出，电网电流的波形较好，功率因数pf＝1，尽管由于随着模块不平衡程度增加，载波移相调制策略合成的波形会不理想，二倍开关频率谐波成分增大，导致其thd(totalharmonicdistortion，总谐波失真)增大，但是相比于现有技术中所采用的三次谐波补偿策略，参见图5f所示的电网电压和电网电流的波形图，可以发现由于第一和第二个h桥的调制度约为1.2(大于1.155)，其电网电流的thd达到8.36％，远大于本级联h桥逆变器的控制方法能够实现的3.49％。
因此，本级联h桥逆变器的控制方法相比于现有技术中的三次谐波补偿策略，在不降额运行的条件下，可以把各个h桥模块的最大线性调制范围扩大到4/π；并且，当h桥模块功率在一定范围(即调制度介于1～4/π)内不平衡时，其thd较低、直流侧电压波动较小、能够实现单位功率因数，进而能够保证系统正常运行。
值得说明的是，现有技术中还存在一种低频方波调制和高频正弦波脉冲宽度调制相结合的混合控制策略、一种改进型mppt(maximumpowerpointtracking，最大功率点跟踪)控制策略以及一种无功补偿控制策略；具体的：
该混合控制策略是利用方波最大调制度为4/π的特点，提高h桥直流侧电压利用率。然而，该策略是根据系统运行状态分配每个h桥模块进行充电或放电，并不是对直流侧电容电压的精确控制，因此会造成直流侧电容电压的波动较大；直流侧电压的波动使得光伏组件偏离最大功率点运行，降低光伏组件的平均发电量。此外，由于混合调制策略的直流侧的电容电压控制是有静差，因此mppt效率较低。
该改进型mppt控制策略，当模块间功率不平衡时通过使输出功率较大的h模块退出最大功率点运行，运行在i-v特性曲线的电压源区域，以此来平衡模块间的输入功率。然而，该策略会降低系统的发电量。
该无功补偿控制策略，通过补偿一定的无功功率，当各个h桥模块的输出功率严重不平衡时依然能够保证所有h桥模块都不会过调制。然而，该策略会降低逆变器的功率因数。
将各种现有技术的优缺点进行总结，可以得到表1所示内容：
表1现有技术优缺点总结
由上述内容可知，混合调制策略直流侧电容电压不规则波动，影响系统发电量和mppt效率，因此不太适合应用于光伏发电领域。改进型mppt控制策略虽然在很大程度上能够平衡h桥模块的输入功率，但是需要降额运行，降低系统发电量。无功补偿控制策略能够在较大程度上避免h桥模块过调制，但是系统的功率因数会下降，可能会限制其应用。三次谐波补偿策略虽然折中了以上几种算法的优缺点，它能够在一定程度上扩大系统的运行范围，同时保证直流侧电压波动较小且系统单位功率因数运行，并且，该方法只是把最大线性调制范围从1扩大到1.155，能够应对的不平衡场景有限。
而本实施例提供的级联h桥逆变器的控制方法，由于基于pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)，如此可使得直流侧电容电压波动较小且mppt效率相对较高。并且，通过给过调制模块注入一定量的谐波，可以降低其调制波幅值，避免过调制；另外，本方法还通过补偿给过调制模块和正常模块同次、幅值相同且相位相反的谐波，进而在不降额运行的条件下，将各个h桥模块的最大线性调制范围扩大到4/π，同时能够保证系统单位功率因数运行，利于应用。
本发明另一实施例还提供了一种级联h桥逆变器的控制器，与级联h桥逆变器主电路中各个级联的h桥模块相连；参见图6，该级联h桥逆变器的控制器包括：
第一计算单元101，用于计算得到各个h桥模块的调制度；
第二计算单元102，用于根据调制度与调制波幅值之间的过调制预设对应关系以及调制度，得到过调制模块的限幅调制波；
第三计算单元103，用于根据过调制模块的限幅调制波和调制度，计算得到过调制模块的限幅调制波所需补偿的第一谐波；
第四计算单元104，用于根据第一谐波和调制度，计算得到正常模块的调制波及其所需补偿的第二谐波；第二谐波与第一谐波同次、幅值相同且相位相反；
信号生成单元105，用于根据过调制模块的限幅调制波、正常模块的调制波以及载波移相调制策略生成各个h桥模块的驱动信号。
优选的，第一计算单元101计算得到各个h桥模块的调制度时，所采用的公式为：
其中，si为第i个h桥模块的调制度，pi为第i个h桥模块的功率，pt为全部h桥模块的总功率，vr为总调制电压的幅值，vdci为第i个h桥模块的直流侧电容电压，n为h桥模块的个数。
优选的，第二计算单元102包括：
第一模块，用于根据过调制预设对应关系以及调制度，得到过调制模块的限幅调制波幅值；过调制预设对应关系为
第二模块，用于根据过调制模块的限幅调制波幅值，采用公式
优选的，第三计算单元103根据过调制模块的限幅调制波和调制度，计算得到过调制模块的限幅调制波所需补偿的第一谐波，所采用的公式为：
其中，
优选的，第四计算单元104包括：
第三模块，用于根据第一谐波，采用公式
第四模块，用于根据正常模块需要补偿的总谐波电压
第五模块，用于根据正常模块的调制波所需补偿的第二谐波和调制度，采用公式
其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。