一種交流串聯(lián)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種交流串聯(lián)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式發(fā)電系統(tǒng)中，新能源發(fā)電設(shè)備的接入方式直接影響系統(tǒng)發(fā)電效率。經(jīng)過多年研宄，國內(nèi)外的研宄人員提出了多種卓有成效的針對光伏并網(wǎng)發(fā)電的功率變換系統(tǒng)的解決方案。根據(jù)功率等級、安裝方式等，主要有集中式、串式、多串式、交流模塊式、直流模塊式和級聯(lián)型H橋等結(jié)構(gòu)。其中，交流模塊式、直流模塊式和級聯(lián)型H橋結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)組件級MPPT,因此受到了更為廣泛的研宄和關(guān)注。
[0003]將級聯(lián)型H橋的結(jié)構(gòu)應(yīng)用至分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)最早由S.A.Khajehoddin等學(xué)者在2007年提出并展開研宄?；谠撍枷?，中國發(fā)明專利CN104124703 (專利公開號)和CN103337873(專利公開號)分別給出了級聯(lián)型H橋在低壓和高壓光伏系統(tǒng)中的具體實(shí)施電路，如圖1所示。但是，這種結(jié)構(gòu)的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，每個H橋模塊并不包括交流濾波電路，采用單臺H橋模塊無法實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，故基于級聯(lián)型H橋的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)本質(zhì)上是一臺逆變器，而非由多臺并網(wǎng)逆變器串聯(lián)組成。
[0004]針對級聯(lián)型H 橋并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，文獻(xiàn)” 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.”提出了逆變器控制策略，但是，這種控制策略需要通過集中控制器對各H橋模塊進(jìn)行控制，故系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)的分布式程度低。
[0005]因此，有必要研宄出一種具有控制環(huán)節(jié)分布式程度高、適合串聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行的交流串聯(lián)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述【背景技術(shù)】提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種交流串聯(lián)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)和方法，解決了現(xiàn)有級聯(lián)H橋型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其控制方法存在的缺陷。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]一種交流串聯(lián)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，包括光伏組件和并網(wǎng)逆變器，所述光伏組件包括第I?第η子光伏組件，并網(wǎng)逆變器包括第I?第η子并網(wǎng)逆變器，η為大于I的自然數(shù)，每個子光伏組件的輸出端對應(yīng)連接一臺子并網(wǎng)逆變器的的輸入端，每臺子并網(wǎng)逆變器均包含直流母線電容、逆變功率電路和輸出濾波電路；所述輸出濾波電路包括第一濾波電感、第二濾波電感和交流濾波電容，所述第i子光伏組件的輸出端經(jīng)第i子并網(wǎng)逆變器的直流母線電容與該并網(wǎng)逆變器的逆變功率電路的輸入端連接，第i子并網(wǎng)逆變器的交流濾波電容的兩端分別經(jīng)該子并網(wǎng)逆變器的第一、第二濾波電感與該子并網(wǎng)逆變器的逆變功率電路的輸出端連接，其中，i = 1，2，一,η;所述第j子并網(wǎng)逆變器的交流濾波電容與第一濾波電感的公共端連接第j-Ι子并網(wǎng)逆變器的交流濾波電容與第二濾波電感的公共端，其中，j =2，3，…，η;所述第I子并網(wǎng)逆變器的交流濾波電容與第一濾波電感的公共端、第η子并網(wǎng)逆變器的交流濾波電容與第二濾波電感的公共端分別接入電網(wǎng)。
[0009]本發(fā)明還包括基于上述一種交流串聯(lián)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，包括η個子控制系統(tǒng)，每個子控制系統(tǒng)一一對應(yīng)控制一臺子并網(wǎng)逆變器，所述子控制系統(tǒng)包括母線電壓采樣電路、電感電流采樣電路、輸出電壓采樣電路和逆變及串聯(lián)控制功能模塊；所述逆變及串聯(lián)控制功能模塊包括母線電壓調(diào)節(jié)器、相角計(jì)算單元、功率計(jì)算單元、輸出電壓調(diào)節(jié)器、無功功率調(diào)節(jié)器、電感電流調(diào)節(jié)器、驅(qū)動信號產(chǎn)生單元、第一?第二乘法單元、第一?第四減法單元和加法單元；所述母線電壓采樣電路的輸入端連接直流母線電容，它的輸出端連接第一減法單元的正輸入端，第一減法單元的輸出端經(jīng)母線電壓調(diào)節(jié)器與第一乘法單元的第一輸入端連接，第一乘法單元的輸出端連接加法單元的第一輸入端，加法單元的輸出端連接第二減法單元的正輸入端，第二減法單元的輸出端經(jīng)輸出電壓調(diào)節(jié)器與第三減法單元的正輸入端連接，第三減法單元的輸出端經(jīng)電感電流調(diào)節(jié)器與驅(qū)動信號產(chǎn)生單元的輸入端連接，驅(qū)動信號產(chǎn)生單元的輸出端連接逆變功率電路，所述電感電流采樣電路的輸入端連接逆變功率電路的輸出端，電感電流采樣電路的輸出端分別連接功率計(jì)算單元的第一輸入端和第三減法單元的負(fù)輸入端，功率計(jì)算單元的輸出端連接第四減法單元的負(fù)輸入端，第四減法單元的輸出端經(jīng)無功功率調(diào)節(jié)器與第二乘法單元的第一輸入端連接，第二乘法單元的輸出端連接加法單元的第二輸入端，所述輸出電壓采樣電路的輸入端連接輸出濾波電路的輸出端，輸出電壓采樣電路的輸出端分別連接功率計(jì)算單元的第二輸入端、相角計(jì)算單元的輸入端以及第二減法單元的負(fù)輸入端，相角計(jì)算單元的第一輸出端連接第一乘法單元的第二輸入端，相角計(jì)算單元的第二輸出端連接第二乘法單元的第二輸入端，第二乘法單元的輸出端連接加法單元的第二輸入端。
[0010]本發(fā)明還包括基于上述控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0011 ] (I)采用母線電壓采樣電路測量直流母線電容的電壓，得到直流母線電壓反饋信號，并與直流母線電壓基準(zhǔn)信號相減后通過母線電壓調(diào)節(jié)器得到輸出電壓幅值給定信號；
[0012](2)采用輸出電壓采樣電路測量交流濾波電容和電網(wǎng)的電壓，得到輸出電壓瞬時值反饋信號和電網(wǎng)電壓瞬時值反饋信號，采用電感電流采樣電路測量第一濾波電感的電流，得到電感電流瞬時值反饋信號，并與輸出電壓瞬時值反饋信號經(jīng)功率計(jì)算單元得到無功功率反饋信號；無功功率瞬時值基準(zhǔn)信號與無功功率反饋信號相減后經(jīng)無功功率調(diào)節(jié)器得到無功功率誤差信號；
[0013](3)電網(wǎng)電壓瞬時值反饋信號經(jīng)相角計(jì)算單元得到第一電網(wǎng)電壓相位信號和第二電網(wǎng)電壓相位信號，第一電網(wǎng)電壓相位信號超前第二電網(wǎng)電壓相位信號90度，輸出電壓幅值基準(zhǔn)信號與第一電網(wǎng)電壓相位信號的乘積加上無功功率誤差信號與第二電網(wǎng)電壓相位信號的乘積，得到輸出瞬時值電壓基準(zhǔn)信號；
[0014](4)輸出電壓瞬時值基準(zhǔn)信號減去輸出電壓瞬時值反饋信號后經(jīng)輸出電壓調(diào)節(jié)器單元得到電感電流瞬時值基準(zhǔn)信號；電感電流瞬時值基準(zhǔn)信號減去電感電流瞬時值反饋信號后經(jīng)電感電流調(diào)節(jié)器得到調(diào)制信號，調(diào)制信號經(jīng)驅(qū)動信號產(chǎn)生單元得到逆變功率電路的開關(guān)管驅(qū)動信號。
[0015]其中，當(dāng)交流串聯(lián)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中只有一臺子并網(wǎng)逆變器工作，則所述輸出電壓瞬時值反饋信號和電網(wǎng)電壓瞬時值反饋信號相等。
[0016]其中，當(dāng)交流串聯(lián)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中有m臺子并網(wǎng)逆變器工作，其中，m多2，則輸出電壓瞬時值反饋信號和電網(wǎng)電壓瞬時值反饋信號不相等，且電網(wǎng)電壓瞬時值反饋信號等于電網(wǎng)電壓除以m。
[0017]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果:
[0018](I)本發(fā)明提出的子并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)包含完整的輸入濾波電容、逆變功率電路和輸出濾波電路，因此，子并網(wǎng)逆變器可以單獨(dú)并網(wǎng)運(yùn)行；
[0019](2)本發(fā)明提出的子并網(wǎng)逆變器輸出電壓為基波串聯(lián)，而非PWM波串聯(lián)，因此由該逆變器串聯(lián)組成的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)具有模塊化和分布式程度高的特點(diǎn)；
[0020](3)本發(fā)明提出的控制策略使得并網(wǎng)逆變器串聯(lián)運(yùn)行時，各臺子并網(wǎng)逆變器僅有功率互連線，無需集中控制器和控制信號互連線，即可實(shí)現(xiàn)有功和無功功率的合理分配。
【附圖說明】
[0021]圖1是基于級聯(lián)H橋型的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明的交流串聯(lián)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明的交流串聯(lián)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4是實(shí)施例中采用單相全橋逆變器拓?fù)涞目刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5是實(shí)施例中兩臺并網(wǎng)逆變器串聯(lián)工作時控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖6是實(shí)施例中三臺子并網(wǎng)逆變器輸出有功功率依次分別為75W、100W、125W，輸出無功功率均為OVar的穩(wěn)態(tài)波形圖。
[0027]圖7