專利名稱：載波移相逆變大功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)及系統(tǒng)的控制方法，更具體地說(shuō)是一種載波移相逆變控 制的大功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)及其系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)：
隨著新能源越來(lái)越受到人們的重視，太陽(yáng)能發(fā)電也迎來(lái)了更廣闊的發(fā)展天地。兆瓦級(jí)的
光伏并網(wǎng)電站是未來(lái)太陽(yáng)能利用的發(fā)展趨勢(shì)和方向，因此與之配套的大功率并網(wǎng)逆變裝置是
目前光伏領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。
對(duì)于大功率光伏并網(wǎng)逆變裝置而言，減少并網(wǎng)電流的諧波畸變率，提高系統(tǒng)的安全性和
效率以及降低系統(tǒng)成本是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
大功率光伏并網(wǎng)逆變裝置可以通過(guò)選用大功率開關(guān)器件，或器件多組并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)擴(kuò)
容，但是大功率器件的開關(guān)頻率一般不高，如果要保證并網(wǎng)電流質(zhì)量，必須加大交流濾波電 感值，因此增加了系統(tǒng)的體積和設(shè)計(jì)難度；如果按照現(xiàn)有方法設(shè)計(jì)濾波電感，隨著系統(tǒng)容量 的增加，濾波電感值會(huì)相應(yīng)減少，從而導(dǎo)致并網(wǎng)電流的脈動(dòng)紋波增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種載波移相逆變大功率光伏并 網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，以增加系統(tǒng)容量、以提高并網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)電流質(zhì)量。 本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案 本發(fā)明載波移相逆變大功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是
設(shè)置多個(gè)具有相同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的逆變單元相互并聯(lián)，所述各逆變單元共用一根直流母線， 各逆變單元的交流輸出端相互并聯(lián)，并經(jīng)過(guò)輸出變壓器連接到電網(wǎng)上；
所述并聯(lián)的各逆變單元為三相逆變結(jié)構(gòu)，逆變輸出側(cè)經(jīng)三相電感L后并聯(lián)。 本發(fā)明大功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)載波移相逆變控制方法的特點(diǎn)是
所述各并網(wǎng)逆變單元的開關(guān)調(diào)制是采用載波相移PWM控制，用以消除輸出電流紋波； 對(duì)于具有n個(gè)并聯(lián)逆變單元的并網(wǎng)系統(tǒng)，其中第i個(gè)逆變單元的載波相移角度e按照以下公 式計(jì)算獲到
其中，"為并聯(lián)單元個(gè)數(shù)；A:為載波比；/的范圍為。 本發(fā)明系統(tǒng)中每個(gè)逆變單元具有完全相同的調(diào)制波，而載波相移合適角度，由于并網(wǎng)系 統(tǒng)的每相總輸出電流等于對(duì)應(yīng)輸出相的多個(gè)并聯(lián)逆變單元的電流之和，載波相移使得每個(gè)逆變單元的輸出電流脈動(dòng)紋波也相移一定角度，合成時(shí)各單元電流紋波互相抵消，從而大大減 少了合成后的電流紋波含量。該方法與傳統(tǒng)方案相比，在同一載波頻率、同一濾波電感條件 下，可以大大減少電流紋波，且器件的總?cè)萘坎⒉辉黾?，較功率模塊的直接并聯(lián)均流性好、 安全性高。
與己有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在
1、 本發(fā)明適用于逆變單元并聯(lián)擴(kuò)容的大功率并網(wǎng)裝置，逆變單元采用載波移相開關(guān)控 制，使得并聯(lián)輸出電流的基波分量等于單元輸出電流的基波分量之和，而并聯(lián)單元輸出電流 的諧波分量相互抵消，從而降低并聯(lián)輸出電流的諧波畸變率。與直接使用大功率開關(guān)器件的 系統(tǒng)相比，即使在相同的調(diào)制頻率下，本發(fā)明的輸出電流諧波畸變率也有大幅度的降低。
2、 本發(fā)明系統(tǒng)的等效開關(guān)頻率高，各單元的電路結(jié)構(gòu)和器件的工作負(fù)荷一致，輸出濾 波電感設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，因而降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)電路原理圖
圖2為本發(fā)明并聯(lián)逆變單元結(jié)構(gòu)示意圖，在逆變單元(1 n)中，Tl、 T2為橋臂a， T3、 T4為橋臂b， T5、 T6為橋臂c。
圖3a為本發(fā)明a相四單元并聯(lián)載波移相SPWM示意圖。 圖3b為本發(fā)明逆變單元1橋臂a輸出電壓波形。 圖3c為本發(fā)明逆變單元2橋臂a輸出電壓波形。 圖3d為本發(fā)明逆變單元3橋臂a輸出電壓波形。 圖3e為本發(fā)明逆變單元4橋臂a輸出電壓波形。 圖4a為本發(fā)明四個(gè)逆變單元載波移相并聯(lián)后的電流波形。 圖4b為本發(fā)明四個(gè)逆變單元載波移相并聯(lián)后電波波形諧分析示意圖。 圖5a為本發(fā)明三相橋電流波形。 圖5b為三發(fā)明三相橋電流波形諧波分板。 以下通過(guò)具體實(shí)施方式
，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
參見圖1、圖2，設(shè)置多個(gè)具有相同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的逆變單元相互并聯(lián)，各逆變單元共用一 根直流母線，各逆變單元的交流輸出端相互并聯(lián)，并經(jīng)過(guò)輸出變壓器連接到電網(wǎng)上；并聯(lián)的 各逆變單元為三相逆變結(jié)構(gòu)，逆變輸出側(cè)經(jīng)三相電感L后并聯(lián)。
本實(shí)施例中，各并網(wǎng)逆變單元的開關(guān)調(diào)制是采用載波相移PWM控制，用以消除輸出電流紋波；對(duì)于具有n個(gè)并聯(lián)逆變單元的并網(wǎng)系統(tǒng)，其中第i個(gè)逆變單元的載波相移角度e按照以下公式計(jì)算獲到
其中，w為并聯(lián)單元個(gè)數(shù)；A為載波比；/的范圍為0《i</7本實(shí)施例系統(tǒng)中，如圖l、圖2所示，并網(wǎng)裝置的主電路采用多個(gè)逆變單元并聯(lián)，每個(gè)逆變單元采用相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；并聯(lián)逆變單元的直流側(cè)直接與太陽(yáng)電池陣列，交流輸出側(cè)濾波電感值相同，對(duì)應(yīng)相的濾波電感輸出互相連接在一起形成交流母線，通過(guò)輸出變壓器和電網(wǎng)連接。
本實(shí)施例控制方法中，檢測(cè)太陽(yáng)電池陣列電壓Udc，與直流電壓給定值比較，經(jīng)過(guò)電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，得到并網(wǎng)電流給定值/。'， 并網(wǎng)電流給定值/。'， //， ^與交流母線輸出
電流/ ， /&， /c經(jīng)過(guò)電流跟蹤控制器，通過(guò)對(duì)電流的閉環(huán)控制調(diào)節(jié)得到并網(wǎng)系統(tǒng)的期望輸出電壓F。'， K'， C從而控制交流母線并網(wǎng)電流i。， &， /c跟蹤輸出參考電流值/。'， //， //。
逆變單元的指令電壓均為系統(tǒng)的期望輸出電壓F。'， ^'， F/，因此每組逆變單元的調(diào)制波相同，系統(tǒng)的輸出相基波電流等于多個(gè)逆變單元對(duì)應(yīng)輸出相的電流之和；功率器件的開關(guān)調(diào)制采用載波相移控制策略，三角載波根據(jù)相移規(guī)律移動(dòng)相應(yīng)角度，使得脈動(dòng)紋波互差移相角度，從而使得每相電流在合成時(shí)，電流諧波分量互相抵消，大大減少輸出電流的紋波幅值。本實(shí)施例中，以四逆變單元并聯(lián)的電壓型三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)和常規(guī)電壓型三相并網(wǎng)逆變
系統(tǒng)進(jìn)行比較。
以三相中的a相為例，以圖3a、圖3b、圖3c、圖3d、圖3e所示，描述載波移相SPWM的基本控制原理，其中3a中Zl、 Z2、 Z3、 Z4分別為四單元的三角載波波形。圖4a和圖4b分別為移相載波頻率fload為lkHZ時(shí)的四單元并聯(lián)后的電流波形、THD及其諧波分布。并聯(lián)逆變單元的開關(guān)頻率是lKHz，載波相移角度為卯°。圖5a和圖5b分別為同樣電感和基波電流條件下，單純依靠提高SPWM載波頻率(載波頻率為4kHZ)和容量的單機(jī)輸出電流波形、THD及其諧波分布。
從圖4和圖5的比較可以看出，在同樣電感和基波電流條件下，釆用本發(fā)明的系統(tǒng)輸出電流紋波大幅減小，電流波形的FFT分析也驗(yàn)證了這一結(jié)論。
權(quán)利要求
1、載波移相逆變大功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是設(shè)置多個(gè)具有相同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的逆變單元相互并聯(lián)，所述并聯(lián)的各逆變單元共用一根直流母線，各逆變單元的交流輸出端相互并聯(lián)，并經(jīng)過(guò)輸出變壓器連接到電網(wǎng)上；所述并聯(lián)的各逆變單元為三相逆變結(jié)構(gòu)，逆變輸出側(cè)經(jīng)三相電感L后并聯(lián)。
2、 一種權(quán)利要求1所述的大功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)載波移相逆變控制方法，其特征是 所述各并網(wǎng)逆變單元的開關(guān)調(diào)制是采用載波相移PWM控制，用以消除輸出電流紋波；對(duì)于具有n個(gè)并聯(lián)逆變單元的并網(wǎng)系統(tǒng)，其中第i個(gè)逆變單元的載波相移角度e按照以下公 式計(jì)算獲到其中，"為并聯(lián)單元個(gè)數(shù)；A:為載波比；/的范圍為O^i'。
全文摘要
載波移相逆變大功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，其特征是設(shè)置多個(gè)具有相同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的逆變單元相互并聯(lián)，各逆變單元共用一根直流母線，各逆變單元的交流輸出端相互并聯(lián)，并經(jīng)過(guò)輸出變壓器連接到電網(wǎng)上；并聯(lián)設(shè)置的各逆變單元為三相逆變結(jié)構(gòu)，逆變輸出側(cè)經(jīng)三相電感L后并聯(lián)。本發(fā)明中各并網(wǎng)逆變單元的開關(guān)調(diào)制是采用載波相移PWM控制，載波相移使得每個(gè)逆變單元的輸出電流脈動(dòng)紋波也相移一定角度，合成時(shí)各單元電流紋波互相抵消，從而大大減少合成后的電流紋波含量。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101567567SQ200910117018
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者健 張, 張國(guó)榮, 燕 杜, 楊向真, 汪海寧, 蘇建徽, 茆美琴 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)