级联H桥光伏并网逆变器功率平衡优化控制方法及系统

本发明属于功率平衡优化，具体涉及一种级联h桥光伏并网逆变器功率平衡优化控制方法及系统。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、随着全球能源需求的持续增长，太阳能因资源丰富、分布广泛等优势，成为最具发展潜力的清洁能源之一。光伏逆变器作为连接光伏发电系统与电网的关键设备，其性能直接影响光伏系统的发电效率和并网质量。

3、在大规模光伏发电系统中，级联h桥（cascaded h-bridge，chb）多电平光伏逆变器因具有模块化结构、多电平输出、易于扩展等优点，能够直接接入中高压电网，受到广泛关注。该拓扑中每个h桥模块由独立的光伏阵列供电，便于实现多路最大功率点跟踪。然而，由于光照、温度、遮挡等因素，各光伏阵列输出功率往往存在差异，导致系统出现相间功率不平衡问题。相间功率不平衡会使三相并网电流不对称，难以满足并网规范要求，严重时甚至导致系统无法稳定运行。

4、针对chb光伏逆变器的相间功率不平衡问题，现有技术主要有两个方向：

5、一是通过注入零序电压实现功率再分配。该类方法通过向三相调制电压中叠加基频零序电压，使三相h桥模块重新分配有功功率，从而实现相间功率平衡。然而，当功率不平衡程度较大时，所需零序电压幅值显著增加，容易导致h桥模块进入过调制状态，使控制失效。

6、二是通过改进拓扑结构增强功率自平衡能力。例如，在三相chb串联一个三相两电平逆变器，为三相之间构建能量互通回路。该类方法在一定程度上提升了功率平衡能力，但当不平衡程度较大时，两电平逆变器需承担较大的调节功率，导致其直流侧出现明显的二倍频功率波动，影响系统稳定性。

7、综上所述，现有控制策略在扩大混合直流母线级联h桥光伏并网逆变器的功率平衡能力方面仍存在零序电压补偿方法易引发过调制以及拓扑自平衡方法受限于两电平逆变器的容量和直流侧波动的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术中存在的不足，提供一种级联h桥光伏并网逆变器功率平衡优化控制方法及系统，在光伏阵列输出功率差异较大时，既避免h桥模块过调制，又协同两电平逆变器共同参与功率调节，同时抑制直流侧电压波动。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明的技术方案提供了一种级联h桥光伏并网逆变器功率平衡优化控制方法，包括：

4、获取级联h桥光伏并网逆变器电路参数；级联h桥光伏并网逆变器每相均由多个独立直流母线的h桥模块和一个三相两电平逆变器串联组成，每个h桥模块和三相两电平逆变器的直流侧分别连接一簇光伏阵列；

5、基于获取到的电路参数计算每个h桥模块的调制电压，基于h桥模块的调制电压计算所有h桥模块的调制度，并确定其中的最大调制度；

6、将最大调制度与预设的线性调制参考值进行比较，得到调制度误差信号；基于调制度误差信号生成自适应零序电压系数；其中，自适应零序电压系数介于0到1之间；

7、根据系统功率不平衡程度计算完全零序电压，并将完全零序电压与自适应零序电压系数相乘，生成自适应零序电压；

8、将自适应零序电压注入到三相h桥模块的调制波中，在抑制h桥模块过调制的同时，实现三相功率平衡。

9、在至少一个实施例中，三相两电平逆变器具体为三相三桥臂两电平逆变器。

10、在至少一个实施例中，基于获取到的电路参数计算每个h桥模块的调制电压，具体包括：

11、使用陷波器对三相两电平逆变器的直流母线电压和所有h桥模块直流侧电压之和进行滤波，并通过pi调节器输出为正序有功电流参考值；基于该正序有功电流参考值，再通过pi调节器将正序有功电流控制为正序有功电流参考值，正序无功电流控制为正序无功电流参考值；将经过pi调节器最终输出与电网电压前馈值相加，然后通过坐标变换，计算出逆变器总的调制电压；

12、使用100hz陷波器对各h桥模块的直流母线输出电压进行滤波，并通过pi调节器调节控制并输出调制电压系数增量；将每相变换器数量作为h桥模块的调制电压系数前馈，得到每相所有h桥的调制电压系数，将其与逆变器总的调制电压相乘，计算出每个hb的调制电压。

13、在至少一个实施例中，基于h桥模块的调制电压计算所有h桥模块的调制度，并确定其中的最大调制度，具体包括：将调制电压幅值除以直流侧电压幅值，得到所有h桥模块的调制度，经过max模块确定区中的最大调制度。

14、在至少一个实施例中，将最大调制度与预设的线性调制参考值进行比较，得到调制度误差信号，具体表示为：

15、

16、式中，为调制度误差；为最大调制度。

17、在至少一个实施例中，基于调制度误差信号生成自适应零序电压系数，具体包括：将调制度误差输入pi调节器后，经过pi调节器内部控制，再将pi调节器的输出经过0-1限幅环节，确保pi调节器的输出被控制在0到1之间，最后将预设的线性调制参考值减去限幅之后的结果获得自适应零序电压系数。

18、在至少一个实施例中，根据系统功率不平衡程度计算所需补偿的完全零序电压，具体表示为：

19、

20、

21、式中，为所需补偿的完全零序电压的幅值；为所需补偿的完全零序电压的相位；为电网电压幅值；为电网电流的初始相位角；为a相功率不平衡度；为b相功率不平衡度；为c相功率不平衡度；为中间参数；、和为分段判据；为三相chb额定功率与逆变器额定功率之比；表示ttli相对输出功率系数。

22、在至少一个实施例中，分段判据具体表示为：

23、

24、式中，为a相功率不平衡度；为b相功率不平衡度；为c相功率不平衡度。

25、第二方面，本发明的技术方案还提供了一种自适应零序电压补偿方法，包括：

26、获取级联h桥光伏并网逆变器电路参数，判断三相功率是否平衡，若是，则无需补偿，否则，基于拓扑自平衡控制策略进行零序电压补偿；

27、在零序电压补偿后，判断直流侧二倍频波动是否满足要求以及三相功率是否可以恢复平衡，若直流侧二倍频波动满足要求且三相功率可以恢复平衡，则无需进一步采用额外控制策略，否则，基于适用于混合chb逆变器的完全零序电压补偿策略进行完全零序电压补偿；

28、在完全零序电压补偿后，判断三相hb是否过调制，若是，采用如第一方面所介绍的级联h桥光伏并网逆变器功率平衡优化控制方法进行功率平衡控制。

29、第三方面，本发明的技术方案还提供了一种级联h桥光伏并网逆变器功率平衡优化控制系统，包括：

30、参数获取模块，被配置为：获取级联h桥光伏并网逆变器电路参数；级联h桥光伏并网逆变器每相均由多个独立直流母线的h桥模块和一个三相两电平逆变器串联组成，每个h桥模块和三相两电平逆变器的直流侧分别连接一簇光伏阵列；

31、调制度计算模块，被配置为：基于获取到的电路参数计算每个h桥模块的调制电压，基于h桥模块的调制电压计算所有h桥模块的调制度，并确定其中的最大调制度；

32、自适应零序电压系数生成模块，被配置为：将最大调制度与预设的线性调制参考值进行比较，得到调制度误差信号；基于调制度误差信号生成自适应零序电压系数；其中，自适应零序电压系数介于0到1之间；

33、自适应零序电压生成模块，被配置为：根据系统功率不平衡程度计算完全零序电压，并将完全零序电压与自适应零序电压系数相乘，生成自适应零序电压；

34、补偿模块，被配置为：将自适应零序电压注入到三相h桥模块的调制波中，在抑制h桥模块过调制的同时，实现三相功率平衡。

35、上述本发明的技术方案的有益效果如下：

36、本发明通过引入自适应零序电压补偿机制，能够根据h桥模块的实时调制度动态调整零序电压注入幅值，使所有h桥模块始终工作在线性调制区内，有效避免了传统零序补偿方法在功率不平衡程度较大时容易出现的过调制问题；同时，通过协调自适应零序电压补偿与拓扑自平衡控制策略，使三相两电平逆变器与级联h桥模块共同参与功率调节，不仅将系统的相间功率平衡因子从现有完全零序补偿策略的57.71%显著提升至62.42%，还有效降低了两电平逆变器单独承担功率调节所产生的直流侧二倍频功率波动，从而全面提高了系统的运行稳定性和并网电能质量。