CN106451560B - 一种级联h桥并网逆变器mppt启动方法及主控制器 - Google Patents

一种级联h桥并网逆变器mppt启动方法及主控制器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种级联H桥并网逆变器MPPT启动方法及主控制器，能够实现所有H桥的各自MPPT独立控制；同时，在实现所有H桥的各自MPPT独立控制之前，由主控制器分别下发MPPT控制指令，依次让各个H桥进行MPPT控制，避免了现有技术中同时进行MPPT控制容易造成的功率不平衡问题。

Description

一种级联H桥并网逆变器MPPT启动方法及主控制器
技术领域
本发明涉及逆变器MPPT控制技术领域，特别涉及一种级联H桥并网逆变器MPPT启动方法及主控制器。
背景技术
由于光伏电池板在相同的光照条件及环境下，其输出电压不同则其输出功率也将有所不同。因此，为了追求更高的发电量，光伏并网逆变器通常配有光伏电池板MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)的控制。
级联H桥单相并网逆变器是将每块光伏板配有一个H4的逆变桥(H桥)，将光伏电池板的直流逆变为交流，然后将多个H桥的交流输出串联起来，经过滤波电感滤波后，并入电网。由于级联H桥方案中的直流到交流仅有一级变换电路，省去前级升压电路，相比现有的组串式光伏并网逆变器，降低了硬件成本，并且提高了系统效率。
但级联H桥方案的总交流输出是各个H桥交流输出的串联，当各个H桥交流输出的功率偏差过大时，容易造成功率不平衡。因此，在级联H桥并网逆变器起机过程中，如果每个H桥完全独立执行MPPT，容易造成启动时各个H桥功率失配而故障。
发明内容
本发明提供一种级联H桥并网逆变器MPPT启动方法及主控制器，以解决现有技术启动时容易产生各个H桥功率失配进而导致故障的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种级联H桥并网逆变器MPPT启动方法，包括：
S101、主控制器在级联H桥并网逆变器的当前情况满足MPPT控制条件时，根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于第一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
S102、所述主控制器判断当前执行MPPT控制指令的H桥是否完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件；
S103、若当前执行MPPT控制指令的H桥完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件，则所述主控制器控制当前执行MPPT控制指令的H桥停止执行MPPT控制指令，并根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于下一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
重复执行步骤S102和S103，直至未完成MPPT控制的H桥的个数为零时，执行步骤S104；
S104、所述主控制器下发独立MPPT指令，控制各个H桥独立执行MPPT控制。
优选的，所述预设功率不平衡条件为：
其中，IS为电网电流的有效值，Ipvk为第k个直流电源的输出电流。
优选的，在步骤S101之前还包括：
S201、所述主控制器在所述级联H桥并网逆变器完成并网后，下发电压外环控制指令，控制各个H桥直流电压为对应连接直流电源的开路电压与预设倍数的乘积。
优选的，所述预设倍数为0.8。
优选的，在步骤S201之前还包括：
S301、所述主控制器在上电后进行初始化；
S302、所述主控制器判断所有H桥的状态是否满足并网条件；
S303、若所有H桥满足并网条件，所述主控制器下发并网控制指令至各个H桥，控制所述级联H桥并网逆变器缓起完成并网。
一种主控制器，包括：
第一控制单元，用于在级联H桥并网逆变器的当前情况满足MPPT控制条件时，根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于第一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
第一判断单元，用于判断当前执行MPPT控制指令的H桥是否完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件；
第二控制单元，用于若当前执行MPPT控制指令的H桥完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件，则控制当前执行MPPT控制指令的H桥停止执行MPPT控制指令，并根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于下一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
所述第一判断单元及所述第二控制单元重复工作，直至未完成MPPT控制的H桥的个数为零；
第三控制单元，用于在未完成MPPT控制的H桥的个数为零时，下发独立MPPT指令，控制各个H桥独立执行MPPT控制。
优选的，所述预设功率不平衡条件为：
其中，IS为电网电流的有效值，Ipvk为第k个直流电源的输出电流。
优选的，还包括：
第四控制单元，用于在所述第一控制单元工作之前，在所述级联H桥并网逆变器完成并网后，下发电压外环控制指令，控制各个H桥直流电压为对应连接直流电源的开路电压与预设倍数的乘积。
优选的，所述预设倍数为0.8。
优选的，还包括：
第五控制单元，用于在所述第四控制单元工作之前，在上电后进行初始化；
第二判断单元，用于在初始化之后，判断所有H桥的状态是否满足并网条件；
第六控制单元，用于若所有H桥满足并网条件，下发并网控制指令至各个H桥，控制所述级联H桥并网逆变器缓起完成并网。
本发明提供的级联H桥并网逆变器MPPT启动方法，通过上述步骤，最终实现了所有H桥的各自MPPT独立控制；但在此之前，由主控制器分别下发MPPT控制指令，依次让各个H桥进行MPPT控制，避免了现有技术中同时进行MPPT控制容易造成的功率不平衡问题。
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是本发明实施例提供的级联H桥并网逆变器MPPT启动方法的流程图；
图2是本发明另一实施例提供的级联H桥并网逆变器稳定运行时的向量图；
图3是本发明另一实施例提供的级联H桥并网逆变器MPPT启动方法的另一流程图；
图4是本发明另一实施例提供的级联H桥并网逆变器MPPT启动方法的另一流程图；
图5是本发明另一实施例提供的主控制器的结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的主控制器的另一结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供的主控制器的另一结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明提供一种级联H桥并网逆变器MPPT启动方法及主控制器，以解决现有技术启动时容易产生各个H桥功率失配进而导致故障的问题。
具体的，该级联H桥并网逆变器MPPT启动方法，参加图1，包括：
S101、主控制器在级联H桥并网逆变器的当前情况满足MPPT控制条件时，根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于第一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
比如，在具体的实际应用中，可以通过对各个H桥进行标号的形式来进行预设顺序的设定；具体的，假设一共n个H桥，则可以分别将其标号为H桥1、H桥2….H桥n，以数字从小到大的顺序为该预设顺序来执行此步骤。当然，此处仅为一种示例，并不一定限定于此，可以视其具体应用环境而定，此处不再一一赘述。
S102、主控制器判断当前执行MPPT控制指令的H桥是否完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件；
在具体的实际应用中，当各个H桥交流输出的功率偏差过大时，将会容易造成整个系统的功率不平衡；比如当某个H桥出现过调制现象时，即可判断其已达到该预设功率不平衡条件，而出现过调制现象的判断依据此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
若当前执行MPPT控制指令的H桥完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件，则执行步骤S103；
S103、主控制器控制当前执行MPPT控制指令的H桥停止执行MPPT控制指令，并根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于下一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
重复执行步骤S102和S103，直至未完成MPPT控制的H桥的个数为零时，执行步骤S104；
具体的，主控制器先控制H桥1执行MPPT控制指令，在H桥1完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件(主控制器根据该预设功率不平衡条件，实时得到系统是否达到不稳定边界)时，主控制器将控制H桥1停止执行MPPT控制，并向H桥2发出MPPT控制指令；直至H桥n完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件后，第一次轮询控制结束。在接下来的第二次轮询控制中，将仅对第一次轮询控制中未完成MPPT控制的H桥(可以通过标志位进行区分)按照该预设顺序再一次下发MPPT控制指令，即主动跳过已经完成MPPT控制的H桥，提高了控制效率。这样经过多次轮询控制之后，直至所有H桥均已完成MPPT控制，即所有H桥均已进入最大功率点，则执行步骤S104。
S104、主控制器下发独立MPPT指令，控制各个H桥独立执行MPPT控制。
当所有H桥都达到最大功率点附近，主控制器下发独立MPPT指令，控制各个H桥实时独立搜索其最大功率点，保证系统的发电效率。
本实施例提供的级联H桥并网逆变器MPPT启动方法，通过上述步骤，最终实现了所有H桥的各自MPPT独立控制；但在此之前，由主控制器分别下发MPPT控制指令，依次让各个H桥进行MPPT控制，避免了现有技术中同时进行MPPT控制容易造成的功率不平衡问题。
优选的，预设功率不平衡条件为：
其中，IS为电网电流的有效值，Ipvk为第k个直流电源的输出电流。
如图2所示为级联H桥并网逆变器稳定运行时的向量图，图中表示第k个H桥交流侧输出电压的相量，VL为电感上的压降，为并网电流，Vg为电网电压。由图2可得到：
由于电感L的电压分量VL非常小且电网电压Vg相对较大，因此δ≈0，则式(1)可表示为：
根据以上分析，第k个直流电源(比如光伏电池板)向网侧传递的有功功率为：
将式(2)代入式(3)可得：
将每个模块输出表示为开关模型：
|VHk|＝Vdck·Sk (5)
由式(4)和式(5)可得：
VdckIpvk＝VdckSkIS (6)
其中，Sk表示调制波的有效值，IS表示电网电流的有效值。
若级联H桥并网逆变器稳定运行，即每个H桥都不能过调制，那么对于任意的正整数k，都有：
将式(6)代入式(7)，则有：
由式(8)可知，只要电网电流的有效值不低于每一块光伏电池板输出电流的倍，级联H桥并网逆变器就能够在单位功率因数下稳定运行。若任意一块光伏电池不满足式(8)，则其对应的H桥模块过调制，整个系统将运行在不稳定状态。
以式(8)作为该预设不平衡功率的判断依据仅为一种具体示例，并不一定限定于此，还可以根据具体的应用环境进行调整或设定，均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例还提供了另外一种级联H桥并网逆变器MPPT启动方法，参加图3，包括：
S201、主控制器在级联H桥并网逆变器完成并网后，下发电压外环控制指令，控制各个H桥直流电压为对应连接直流电源的开路电压与预设倍数的乘积。
S101、主控制器在级联H桥并网逆变器的当前情况满足MPPT控制条件时，根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于第一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
S102、主控制器判断当前执行MPPT控制指令的H桥是否完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件；
若当前执行MPPT控制指令的H桥完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件，则执行步骤S103；
S103、主控制器控制当前执行MPPT控制指令的H桥停止执行MPPT控制指令，并根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于下一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
重复执行步骤S102和S103，直至未完成MPPT控制的H桥的个数为零时，执行步骤S104；
S104、主控制器下发独立MPPT指令，控制各个H桥独立执行MPPT控制。
优选的，该预设倍数为0.8。
为了级联H桥并网逆变器的启动过程比较平顺，本实施例采用缓起动，将所有H桥直流电压控制在0.8倍直流电源的开路电压；当然，在具体的实际应用中，并不一定限定于0.8倍，还可以根据具体实际情况进行选用，均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例还提供了另外一种级联H桥并网逆变器MPPT启动方法，参加图4，包括：
S301、主控制器在上电后进行初始化；
在级联H桥并网逆变器启动时，首先该主控制器和各个H桥均会接收供电，进入工作状态。初始化的结果可以为所有H桥数量、其各自的标号等等，此处不做具体限定。
S302、主控制器判断所有H桥的状态是否满足并网条件；
主控制器可以向所有H桥发出状态询问信息，然后根据接收的所有H桥的状态标志信息，确定当前能够投入应用的H桥，并判断是否能够并网。
若所有H桥满足并网条件，则执行步骤S303；
S303、主控制器下发并网控制指令至各个H桥，控制级联H桥并网逆变器缓起完成并网。
S201、主控制器在级联H桥并网逆变器完成并网后，下发电压外环控制指令，控制各个H桥直流电压为对应连接直流电源的开路电压与预设倍数的乘积。
S101、主控制器在级联H桥并网逆变器的当前情况满足MPPT控制条件时，根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于第一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
S102、主控制器判断当前执行MPPT控制指令的H桥是否完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件；
若当前执行MPPT控制指令的H桥完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件，则执行步骤S103；
S103、主控制器控制当前执行MPPT控制指令的H桥停止执行MPPT控制指令，并根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于下一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
重复执行步骤S102和S103，直至未完成MPPT控制的H桥的个数为零时，执行步骤S104；
S104、主控制器下发独立MPPT指令，控制各个H桥独立执行MPPT控制。
本实施例给出了一种主控制器从上电后到完成MPPT控制的全过程示例，由主控制器分别下发MPPT控制指令，依次让各个H桥进行MPPT控制，避免了同时进行MPPT控制造成的功率不平衡。另外，主控制器监控每个H桥，根据预设功率不平衡条件，实时判断系统是否达到不稳定边界，若达到该边界，则立即停止当前H桥的MPPT搜索；同时，主控制器监控每个H桥是否已经完成MPPT，如果已经完成，则下轮轮询控制将跳过这个H桥。当所有H桥都达到最大功率点附近，主控制器控制各个H桥实时独立搜索其最大功率点，保证发电效率。
本发明另一实施例还提供了一种主控制器，参见图5，包括：第一控制单元101、第一判断单元102、第二控制单元103及第三控制单元104；其中：
第一控制单元101用于在级联H桥并网逆变器的当前情况满足MPPT控制条件时，根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于第一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
第一判断单元102用于判断当前执行MPPT控制指令的H桥是否完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件；
第二控制单元103用于若当前执行MPPT控制指令的H桥完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件，则控制当前执行MPPT控制指令的H桥停止执行MPPT控制指令，并根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于下一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
第一判断单元102及第二控制单元103重复工作，直至未完成MPPT控制的H桥的个数为零；
第三控制单元104用于在未完成MPPT控制的H桥的个数为零时，下发独立MPPT指令，控制各个H桥独立执行MPPT控制。
本实施例提供的控制器，通过上述原理，最终实现了所有H桥的各自MPPT独立控制；但在此之前，由主控制器分别下发MPPT控制指令，依次让各个H桥进行MPPT控制，避免了现有技术中同时进行MPPT控制容易造成的功率不平衡问题。
优选的，预设功率不平衡条件为：
其中，IS为电网电流的有效值，Ipvk为第k个直流电源的输出电流。
优选的，在图5的基础之上，参加图6，该主控制器还包括：
第四控制单元105，用于在第一控制单元101工作之前，在级联H桥并网逆变器完成并网后，下发电压外环控制指令，控制各个H桥直流电压为对应连接直流电源的开路电压与预设倍数的乘积。
优选的，预设倍数为0.8。
优选的，在图6的基础之上，参加图7，该主控制器还包括：
第五控制单元106，用于在第四控制单元105工作之前，在上电后进行初始化；
第二判断单元107，用于在初始化之后，判断所有H桥的状态是否满足并网条件；
第六控制单元108，用于若所有H桥满足并网条件，下发并网控制指令至各个H桥，控制级联H桥并网逆变器缓起完成并网。
具体的工作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。

Claims (8)

1.一种级联H桥并网逆变器MPPT启动方法，其特征在于，包括：
S201、主控制器在级联H桥并网逆变器完成并网后，下发电压外环控制指令，控制各个H桥直流电压为对应连接直流电源的开路电压与预设倍数的乘积；
S101、所述主控制器在所述级联H桥并网逆变器的当前情况满足MPPT控制条件时，根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于第一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
S102、所述主控制器判断当前执行MPPT控制指令的H桥是否完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件；
S103、若当前执行MPPT控制指令的H桥完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件，则所述主控制器控制当前执行MPPT控制指令的H桥停止执行MPPT控制指令，并根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于下一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
重复执行步骤S102和S103，直至未完成MPPT控制的H桥的个数为零时，执行步骤S104；
S104、所述主控制器下发独立MPPT指令，控制各个H桥独立执行MPPT控制。
2.根据权利要求1所述的级联H桥并网逆变器MPPT启动方法，其特征在于，所述预设功率不平衡条件为：
其中，IS为电网电流的有效值，Ipvk为第k个直流电源的输出电流。
3.根据权利要求1所述的级联H桥并网逆变器MPPT启动方法，其特征在于，所述预设倍数为0.8。
4.根据权利要求1所述的级联H桥并网逆变器MPPT启动方法，其特征在于，在步骤S201之前还包括：
S301、所述主控制器在上电后进行初始化；
S302、所述主控制器判断所有H桥的状态是否满足并网条件；
S303、若所有H桥满足并网条件，所述主控制器下发并网控制指令至各个H桥，控制所述级联H桥并网逆变器缓起完成并网。
5.一种主控制器，其特征在于，包括：
第四控制单元，用于在级联H桥并网逆变器完成并网后，下发电压外环控制指令，控制各个H桥直流电压为对应连接直流电源的开路电压与预设倍数的乘积；
第一控制单元，用于在所述级联H桥并网逆变器的当前情况满足MPPT控制条件时，根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于第一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
第一判断单元，用于判断当前执行MPPT控制指令的H桥是否完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件；
第二控制单元，用于若当前执行MPPT控制指令的H桥完成MPPT控制或者达到预设功率不平衡条件，则控制当前执行MPPT控制指令的H桥停止执行MPPT控制指令，并根据预设顺序向未完成MPPT控制的H桥中处于下一顺序的H桥发出MPPT控制指令；
所述第一判断单元及所述第二控制单元重复工作，直至未完成MPPT控制的H桥的个数为零；
第三控制单元，用于在未完成MPPT控制的H桥的个数为零时，下发独立MPPT指令，控制各个H桥独立执行MPPT控制。
6.根据权利要求5所述的主控制器，其特征在于，所述预设功率不平衡条件为：
其中，IS为电网电流的有效值，Ipvk为第k个直流电源的输出电流。
7.根据权利要求5所述的主控制器，其特征在于，所述预设倍数为0.8。
8.根据权利要求5所述的主控制器，其特征在于，还包括：
第五控制单元，用于在所述第四控制单元工作之前，在上电后进行初始化；
第二判断单元，用于在初始化之后，判断所有H桥的状态是否满足并网条件；
第六控制单元，用于若所有H桥满足并网条件，下发并网控制指令至各个H桥，控制所述级联H桥并网逆变器缓起完成并网。
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