CN110957757A - 独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的控制方法。针对两逆变器直流侧各接一路光伏阵列的开绕组双逆变器光伏发电系统，该方法通过调节两逆变器的直流侧电压获取系统的有功和无功电流给定，再通过电流闭环控制和互差120度解耦调制策略得到调制波驱动两逆变器。所述控制方法可以实现两逆变器直流侧电压的独立控制，因而可实现两路最大功率跟踪，提升发电量，同时还能够抑制由于光伏阵列对地分布电容的存在而产生的漏电流。相比于现有方法，本发明在实现控制目标的同时不影响并网电流的电能质量，且控制方法简单，易于工程实现。

Description

独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的控制方法

技术领域

本发明属于电气工程领域中开绕组双逆变器的控制技术，具体涉及一种独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的控制方法。

背景技术

相比于传统飞跨电容型、中点钳位型多电平逆变器拓扑，开绕组双逆变器拓扑产生相同的电平数时所需器件数更少，具有更高的直流电压利用率，且冗余性强，因此在电机驱动和新能源并网发电领域得到广泛关注。当开绕组双逆变器应用于光伏并网发电领域时，两逆变器各接一路光伏阵列可实现两路最大功率跟踪，显然要比两逆变器接同一路光伏阵列(仅能实现一路最大功率跟踪)发电量大，具有更高应用价值。但在该方案下，开绕组双逆变器系统需实现两逆变器直流侧电压的独立控制以实现两路独立最大功率跟踪，同时，由于光伏阵列对地分布电容的存在，开绕组双逆变器系统中存在零序回路，还需抑制系统内的零序电流。

针对上述问题，国内外学者对其展开研究。如题为“A new multilevelconversion structure for grid-connected PV applications”,Grandi,G.；Rossi,C.；Ostojic,D.；Casadei,D.《IEEE Transactions on Industrial Electronics》.2009,56(11),4416–4426.(“一种应用于光伏并网系统的新型多电平拓扑”，《IEEE工业电子会刊》，2009年第56卷第11期4416-4426页)的文章提出一种控制方法，通过平均电压控制器使得两逆变器直流侧电压的平均值等于给定值，再通过平衡电压控制器使得两逆变器直流侧电压相等，最终实现两逆变器直流侧电压的控制，但所提控制方法只能控制两逆变器直流侧电压为相等的值，无法实现两逆变器按各自最大功率点电压运行，减小了发电量，此外，该控制方法未考虑系统中零序电流的抑制。

题为“Dual inverter configuration for grid-connected photovoltaicgeneration systems”，Grandi G,Ostojic D,Rossi C.《InternationalTelecommunications Energy Conference 2007.INTELEC》，2007,29th,880-885.”(“光伏并网发电系统的双逆变器结构”《国际电信能源会议》2007年第29届，880-885页)的文章提出一种控制方法，通过两个直流侧电压控制器分别控制两逆变器的直流侧电压，再通过各逆变器有功电流指令相对总有功电流指令的占比来分配调制波，可以实现两逆变器直流侧电压的独立控制，进而实现两路独立最大功率跟踪，但该方法同样未考虑系统中零序电流的抑制。

题为“一种可实现两组池板独立MPPT控制的新型双逆变器光伏并网变流器”，尹靖元，金新民，杨捷，吴学智，李金科，《电工技术学报》，2015年第30卷第12期97～105页的文章提出一种控制方法，通过采用互差120度解耦调制来抑制系统中的零序电流，通过两逆变器调制波以一定频率相互切换的控制方法来稳定两逆变器的直流侧电压，该控制方法可以实现两逆变器直流侧电压的独立控制，同时系统中的零序电流也得到抑制，但所提方法实现过程较为复杂，且会使得并网电流中引入调制波切换频率次的谐波，造成并网电流谐波变大。

综上所述，现有的技术主要存在如下的不足：

1、现有基于平均电压控制器和平衡电压控制器的控制方法不能实现两逆变器直流侧电压的独立控制，且未考虑系统中零序电流的抑制；

2、现有基于有功电流指令分配调制波的控制方法可以实现两逆变器直流侧电压的独立控制，但未考虑系统中零序电流的抑制；

3、现有基于互差120度解耦调制且两逆变器调制波以一定频率互相切换的控制方法可以实现两逆变器直流侧电压的独立控制，且系统中零序环流也得到抑制，但该控制方法实现过程复杂，且会造成并网电流谐波变大。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述各种技术方案的局限性，针对独立直流母线的开绕组双逆变器光伏发电系统，提出一种可以实现两逆变器直流侧电压的独立控制，同时可以抑制系统中的零序电流的控制方法。

为了实现上述发明目的，所采用的技术方案为：

一种独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的控制方法，其中本控制方法所涉及的独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统包括第一光伏阵列PV1、第二光伏阵列PV2、第一分布电容C_{pv1_p}、第二分布电容C_{pv1_n}、第三分布电容C_{pv2_p}、第四分布电容C_{pv2_n}、第一直流电容C_dc1、第二直流电容C_dc2、第一三相电压源型逆变器INV1、第二三相电压源型逆变器INV2、三相滤波电感L、三相滤波电容C和一台三相开绕组变压器T；所述第一分布电容C_{pv1_p}为第一光伏阵列PV1的正极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第一光伏阵列PV1的正极，另一端连接至大地GND；所述第二分布电容C_{pv1_n}为第一光伏阵列PV1的负极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第一光伏阵列PV1的负极，另一端连接至大地GND；所述第三分布电容C_{pv2_p}为第二光伏阵列PV2的正极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第二光伏阵列PV2的正极，另一端连接至大地GND；所述第四分布电容C_{pv2_n}为第二光伏阵列PV2的负极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第二光伏阵列PV2的负极，另一端连接至大地GND；所述第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧与第一光伏阵列PV1和第一直流电容C_dc1并联；所述第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧与第二光伏阵列PV2和第二直流电容C_dc2并联；所述三相开绕组变压器T的原边三相绕组呈打开状态，A相绕组有两个端子，分别记为端子A₁和端子A₂，B相绕组有两个端子，分别记为端子B₁和端子B₂，C相绕组有两个端子，分别记为端子C₁和端子C₂，设定端子A₁、端子B₁和端子C₁在三相开绕组变压器T原边绕组的同一侧并以该三个端子作为三相开绕组变压器T原边绕组的输入端子，端子A₂、端子B₂和端子C₂在三相开绕组变压器T原边绕组的另一侧并以该三个端子作为三相开绕组变压器T原边绕组的输出端子；所述三相滤波电感L有6个端子，每相两个端子，A相两个端子分别记为端子A₃和端子A₄，B相两个端子分别记为端子B₃和端子B₄，C相两个端子分别记为端子C₃和端子C₄，设定端子A₃、端子B₃和端子C₃在三相滤波电感L的同一侧并以该三个端子作为三相滤波电感L的输入端子，端子A₄、端子B₄和端子C₄在三相滤波电感L的另一侧并以该三个端子作为三相滤波电感L的输出端子；所述三相滤波电容C有6个端子，每相两个端子，A相两个端子分别记为端子A₅和端子A₆，B相两个端子分别记为端子B₅和端子B₆，C相两个端子分别记为端子C₅和端子C₆，设定端子A₅、端子B₅和端子C₅在三相滤波电容C的同一侧并以该三个端子作为三相滤波电容C的输入端子，端子A₆、端子B₆和端子C₆在三相滤波电容C的另一侧并以该三个端子作为三相滤波电容C的输出端子；所述三相滤波电感L的端子A₃、端子B₃和端子C₃连接至第一三相电压源型逆变器INV1的交流输出侧，端子A₄、端子B₄和端子C₄分别与三相开绕组变压器T原边绕组端子A₁、端子B₁和端子C₁以及三相滤波电容C的端子A₅、端子B₅和端子C₅相连接；所述三相开绕组变压器T原边绕组的端子A₂、端子B₂、端子C₂分别与三相滤波电容C的端子A₆、端子B₆和端子C₆相连接后，再连接至第二三相电压源型逆变器INV2的交流输出侧；所述三相开绕组变压器T的副边通过星形连接或三角形连接并入电网E；

所述控制方法包括对独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统中第一三相电压源型逆变器INV1直流侧电压的控制、第二三相电压源型逆变器INV2直流侧电压的控制、并网电流控制和互差120度解耦调制策略，具体步骤如下：

步骤1，采集第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧电压v_dc1、直流侧电流i_dc1，采集第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧电压v_dc2、直流侧电流i_dc2，采集三相滤波电容C的电压并记为三相滤波电容电压v_ca、v_cb、v_cc，采集三相滤波电感L输入端的电流并记为桥臂侧电感电流i_a、i_b、i_c；

步骤2，根据步骤1中得到的第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧电压v_dc1和直流侧电流i_dc1，经最大功率点跟踪后得到第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧电压指令v_{dc1_ref}；根据步骤1中得到的第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧电压v_dc2和直流侧电流i_dc2，经最大功率点跟踪后得到第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧电压指令v_{dc2_ref}；然后经直流侧电压闭环控制方程得到独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的有功电流指令i_{d_ref}和无功电流指令i_{q_ref}；

所述直流侧电压闭环控制方程为：

式中，K_{p_d}为直流电压环有功电流指令PI调节器的比例系数，K_{i_d}为直流电压环有功电流指令PI调节器的积分系数，K_{p_q}为直流电压环无功电流指令PI调节器的比例系数，K_{i_q}为直流电压环无功电流指令PI调节器的积分系数，s为拉普拉斯算子；

步骤3，根据步骤1中得到的三相滤波电容电压v_ca、v_cb、v_cc，经锁相环得到三相滤波电容电压的相角θ和三相滤波电容电压的dq分量v_cd、v_cq；

所述三相滤波电容电压相角θ的计算方程为：

式中，θ′为上一控制周期得到的三相滤波电容电压的相角，v_c′_q为三相滤波电容电压根据上一控制周期计算得到的三相滤波电容电压的相角θ′做同步旋转坐标变换得到的q分量，ω₀为三相滤波电容电压的额定角频率，K_{p_PLL}为锁相环PI调节器的比例系数，K_{i_PLL}为锁相环PI调节器的积分系数；

所述三相滤波电容电压的dq分量v_cd、v_cq的计算方程为：

步骤4，根据步骤1中得到的桥臂侧电感电流i_a、i_b、i_c和步骤3中得到的三相滤波电容电压的相角θ，经单同步旋转坐标变换方程得到桥臂侧电感电流的dq分量i_d、i_q；

所述单同步旋转坐标变换方程为：

步骤5，根据步骤2中得到的有功电流指令i_{d_ref}和无功电流指令i_{q_ref}、步骤3中得到的三相滤波电容电压的dq分量v_cd、v_cq和步骤4中得到的桥臂侧电感电流的dq分量i_d、i_q，通过电流闭环控制方程得到独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的总控制信号的dq分量v_d、v_q；

所述电流闭环控制方程为：

式中，K_{p_i}为电流环PI调节器的比例系数，K_{i_i}为电流环PI调节器的积分系数，ω为基波角频率，L为滤波电感值；

步骤6，根据步骤5中得到的独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的总控制信号的dq分量v_d、v_q，经控制信号分配方程得到第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的dq分量v_d1、v_q1和第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的dq分量v_d2、v_q2；

所述控制信号分配方程为：

步骤7，根据步骤6中得到的第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的dq分量v_d1、v_q1、第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的dq分量v_d2、v_q2和步骤3中得到的三相滤波电容电压的相角θ，经单同步旋转坐标反变换方程得到第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的三相控制分量v_a1、v_b1、v_c1和第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的三相控制分量v_a2、v_b2、v_c2；

所述单同步旋转坐标反变换方程为：

步骤8，根据步骤7得到的第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的三相控制分量v_a1、v_b1、v_c1，分别乘以2/v_dc1后得到第一三相电压源型逆变器INV1的调制波信号m_a1、m_b1、m_c1，根据步骤7得到的第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的三相控制分量v_a2、v_b2、v_c2，分别乘以2/v_dc2后得到第二三相电压源型逆变器INV2的调制波信号m_a2、m_b2、m_c2，再经过调制策略分别生成驱动第一三相电压源型逆变器INV1和第二三相电压源型逆变器INV2开关管的PWM控制信号PWM1和PWM2；

所述调制波信号m_a1、m_b1、m_c1和调制波信号m_a2、m_b2、m_c2的计算方程分别为：

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

1、实现过程简单，只需调整直流电压环的结构即可实现两逆变器直流侧电压的独立控制，并能够同时抑制系统内的零序电流；

2、对并网电流的电能质量无影响，保留了开绕组双逆变器低输出谐波的优势。

附图说明

图1是本发明实施例中独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的主电路框图。

图2是本发明实施例中所提的独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的控制方法的框图。

图3是本发明实施例中两逆变器直流侧电压指令变化时两逆变器直流侧电压的仿真波形。

图4是本发明实施例中两逆变器直流侧电压指令变化时系统漏电流的仿真波形。

图5是本发明实施例中两逆变器直流侧电压指令变化时开绕组双逆变器并网电流的仿真波形。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细地描述。

图1是本发明实施例中独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的主电路框图。由图1可见其中本控制方法所涉及的独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统包括第一光伏阵列PV1、第二光伏阵列PV2、第一分布电容C_{pv1_p}、第二分布电容C_{pv1_n}、第三分布电容C_{pv2_p}、第四分布电容C_{pv2_n}、第一直流电容C_dc1、第二直流电容C_dc2、第一三相电压源型逆变器INV1、第二三相电压源型逆变器INV2、三相滤波电感L、三相滤波电容C和一台三相开绕组变压器T。

所述第一分布电容C_{pv1_p}为第一光伏阵列PV1的正极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第一光伏阵列PV1的正极，另一端连接至大地GND；所述第二分布电容C_{pv1_n}为第一光伏阵列PV1的负极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第一光伏阵列PV1的负极，另一端连接至大地GND；所述第三分布电容C_{pv2_p}为第二光伏阵列PV2的正极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第二光伏阵列PV2的正极，另一端连接至大地GND；所述第四分布电容C_{pv2_n}为第二光伏阵列PV2的负极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第二光伏阵列PV2的负极，另一端连接至大地GND。

所述第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧与第一光伏阵列PV1和第一直流电容C_dc1并联；所述第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧与第二光伏阵列PV2和第二直流电容C_dc2并联。

所述三相开绕组变压器T的原边三相绕组呈打开状态，A相绕组有两个端子，分别记为端子A₁和端子A₂，B相绕组有两个端子，分别记为端子B₁和端子B₂，C相绕组有两个端子，分别记为端子C₁和端子C₂，设定端子A₁、端子B₁和端子C₁在三相开绕组变压器T原边绕组的同一侧并以该三个端子作为三相开绕组变压器T原边绕组的输入端子，端子A₂、端子B₂和端子C₂在三相开绕组变压器T原边绕组的另一侧并以该三个端子作为三相开绕组变压器T原边绕组的输出端子。

所述三相滤波电感L有6个端子，每相两个端子，A相两个端子分别记为端子A₃和端子A₄，B相两个端子分别记为端子B₃和端子B₄，C相两个端子分别记为端子C₃和端子C₄，设定端子A₃、端子B₃和端子C₃在三相滤波电感L的同一侧并以该三个端子作为三相滤波电感L的输入端子，端子A₄、端子B₄和端子C₄在三相滤波电感L的另一侧并以该三个端子作为三相滤波电感L的输出端子。

所述三相滤波电容C有6个端子，每相两个端子，A相两个端子分别记为端子A₅和端子A₆，B相两个端子分别记为端子B₅和端子B₆，C相两个端子分别记为端子C₅和端子C₆，设定端子A₅、端子B₅和端子C₅在三相滤波电容C的同一侧并以该三个端子作为三相滤波电容C的输入端子，端子A₆、端子B₆和端子C₆在三相滤波电容C的另一侧并以该三个端子作为三相滤波电容C的输出端子。

所述三相滤波电感L的端子A₃、端子B₃和端子C₃连接至第一三相电压源型逆变器INV1的交流输出侧，端子A₄、端子B₄和端子C₄分别与三相开绕组变压器T原边绕组端子A₁、端子B₁和端子C₁以及三相滤波电容C端子A₅、端子B₅和端子C₅相连接；所述三相开绕组变压器T原边绕组的端子A₂、端子B₂、端子C₂分别与三相滤波电容C的端子A₆、端子B₆和端子C₆相连接后，再连接至第二三相电压源型逆变器INV2的交流输出侧；所述三相开绕组变压器T的副边通过星形连接或三角形连接并入电网E。

在本发明实施例中，开绕组双逆变器系统总额定功率为1MW，每台逆变器额定功率为500kW，开关频率为5kHz，第一直流电容C_dc1和第二直流电容C_dc2均为2.5mF，第一分布电容C_{pv1_p}、第二分布电容C_{pv1_n}、第三分布电容C_{pv2_p}和第四分布电容C_{pv2_n}均为50μF(以分布电容取值100nF/kW计算得到)，三相滤波电感L为0.1mH，三相滤波电容C为400μF，开绕组变压器T的相电压变比为364V/10kV，短路阻抗为6％，电网线电压有效值为10kV/50Hz。

本发明所述控制方法参见图2，所述控制方法包括对独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统中第一三相电压源型逆变器INV1直流侧电压的控制、第二三相电压源型逆变器INV2直流侧电压的控制、并网电流控制和互差120度解耦调制策略，具体步骤如下：

步骤1，采集第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧电压v_dc1、直流侧电流i_dc1，采集第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧电压v_dc2、直流侧电流i_dc2，采集三相滤波电容C的电压并记为三相滤波电容电压v_ca、v_cb、v_cc，采集三相滤波电感L输入端的电流并记为桥臂侧电感电流i_a、i_b、i_c。

步骤2，根据步骤1中得到的第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧电压v_dc1和直流侧电流i_dc1，经最大功率点跟踪(MPPT)后得到第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧电压指令v_{dc1_ref}；根据步骤1中得到的第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧电压v_dc2和直流侧电流i_dc2，经最大功率点跟踪(MPPT)后得到第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧电压指令v_{dc2_ref}；然后经直流侧电压闭环控制方程得到独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的有功电流指令i_{d_ref}和无功电流指令i_{q_ref}。

所述直流侧电压闭环控制方程为：

式中，K_{p_d}为直流电压环有功电流指令PI调节器的比例系数，K_{i_d}为直流电压环有功电流指令PI调节器的积分系数，K_{p_q}为直流电压环无功电流指令PI调节器的比例系数，K_{i_q}为直流电压环无功电流指令PI调节器的积分系数，s为拉普拉斯算子。在本实施例中，K_{p_d}＝2，K_{i_d}＝500，K_{p_q}＝0.005，K_{i_q}＝0.5。

步骤3，根据步骤1中得到的三相滤波电容电压v_ca、v_cb、v_cc，经锁相环(PLL)得到三相滤波电容电压的相角θ和三相滤波电容电压的dq分量v_cd、v_cq。

所述三相滤波电容电压相角θ的计算方程为：

式中，θ′为上一控制周期得到的三相滤波电容电压的相角，v′_cq为三相滤波电容电压根据上一控制周期计算得到的三相滤波电容电压的相角θ′做同步旋转坐标变换得到的q分量，ω₀为三相滤波电容电压的额定角频率，K_{p_PLL}为锁相环PI调节器的比例系数，K_{i_PLL}为锁相环PI调节器的积分系数。在本实施例中，ω₀＝100πrad/s，K_{p_PLL}＝0.2，K_{i_PLL}＝2。

所述三相滤波电容电压的dq分量v_cd、v_cq的计算方程为：

步骤4，根据步骤1中得到的桥臂侧电感电流i_a、i_b、i_c和步骤3中得到的三相滤波电容电压的相角θ，经单同步旋转坐标变换方程得到桥臂侧电感电流的dq分量i_d、i_q。

所述单同步旋转坐标变换方程为：

步骤5，根据步骤2中得到的有功电流指令i_{d_ref}和无功电流指令i_{q_ref}、步骤3中得到的三相滤波电容电压的dq分量v_cd、v_cq和步骤4中得到的桥臂侧电感电流的dq分量i_d、i_q，通过电流闭环控制方程得到独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的总控制信号的dq分量v_d、v_q。

所述电流闭环控制方程为：

式中，K_{p_i}为电流环PI调节器的比例系数，K_{i_i}为电流环PI调节器的积分系数，ω为基波角频率，L为滤波电感值。在本实施例中，ω＝100πrad/s，K_{p_i}＝0.3，K_{i_i}＝100。

步骤6，根据步骤5中得到的独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的总控制信号的dq分量v_d、v_q，经控制信号分配方程得到第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的dq分量v_d1、v_q1和第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的dq分量v_d2、v_q2。

所述控制信号分配方程为：

步骤7，根据步骤6中得到的第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的dq分量v_d1、v_q1、第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的dq分量v_d2、v_q2和步骤3中得到的三相滤波电容电压的相角θ，经单同步旋转坐标反变换方程得到第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的三相控制分量v_a1、v_b1、v_c1和第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的三相控制分量v_a2、v_b2、v_c2。

所述单同步旋转坐标反变换方程为：

步骤8，根据步骤7得到的第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的三相控制分量v_a1、v_b1、v_c1，分别乘以2/v_dc1后得到第一三相电压源型逆变器INV1的调制波信号m_a1、m_b1、m_c1，根据步骤7得到的第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的三相控制分量v_a2、v_b2、v_c2，分别乘以2/v_dc2后得到第二三相电压源型逆变器INV2的调制波信号m_a2、m_b2、m_c2，再经过调制策略分别生成驱动第一三相电压源型逆变器INV1和第二三相电压源型逆变器INV2开关管的PWM控制信号PWM1和PWM2。

所述调制波信号m_a1、m_b1、m_c1和调制波信号m_a2、m_b2、m_c2的计算方程分别为：

图3是两逆变器直流侧电压指令变化时两逆变器直流侧电压的仿真波形，在指令改变时刻第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧电压指令v_{dc1_ref}由730V变至700V，第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧电压指令v_{dc2_ref}由730V变至670V，可以发现两逆变器的直流侧电压能快速跟上各自的指令值，证明两逆变器可以实现直流侧电压的独立控制。

并网标准“NBT 32004光伏并网逆变器技术规范”规定额定输出功率大于30kVA的逆变器，漏电流应不大于10mA/kVA，对于本实施例(额定输出功率1MW)来说，漏电流有效值应不大于10A，从图4所示的漏电流的仿真波形来看，直流侧电压指令改变前漏电流的有效值为2.25A，直流侧电压指令改变后的漏电流有效值为5.25A，均满足并网标准，证明所提方法可以实现对系统漏电流的有效抑制。

图5是两逆变器直流侧电压指令变化时开绕组双逆变器并网电流的仿真波形，可以发现两逆变器的直流侧电压指令改变前后并网电流的电能质量不受影响。综上，仿真结果证明了本发明所提出的独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的控制方法的正确性和有效性。

Claims (1)

1.一种独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的控制方法，其中本控制方法所涉及的独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统包括第一光伏阵列PV1、第二光伏阵列PV2、第一分布电容C_{pv1_p}、第二分布电容C_{pv1_n}、第三分布电容C_{pv2_p}、第四分布电容C_{pv2_n}、第一直流电容C_dc1、第二直流电容C_dc2、第一三相电压源型逆变器INV1、第二三相电压源型逆变器INV2、三相滤波电感L、三相滤波电容C和一台三相开绕组变压器T；所述第一分布电容C_{pv1_p}为第一光伏阵列PV1的正极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第一光伏阵列PV1的正极，另一端连接至大地GND；所述第二分布电容C_{pv1_n}为第一光伏阵列PV1的负极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第一光伏阵列PV1的负极，另一端连接至大地GND；所述第三分布电容C_{pv2_p}为第二光伏阵列PV2的正极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第二光伏阵列PV2的正极，另一端连接至大地GND；所述第四分布电容C_{pv2_n}为第二光伏阵列PV2的负极与大地GND之间的分布电容，其一端连接至第二光伏阵列PV2的负极，另一端连接至大地GND；所述第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧与第一光伏阵列PV1和第一直流电容C_dc1并联；所述第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧与第二光伏阵列PV2和第二直流电容C_dc2并联；所述三相开绕组变压器T的原边三相绕组呈打开状态，A相绕组有两个端子，分别记为端子A₁和端子A₂，B相绕组有两个端子，分别记为端子B₁和端子B₂，C相绕组有两个端子，分别记为端子C₁和端子C₂，设定端子A₁、端子B₁和端子C₁在三相开绕组变压器T原边绕组的同一侧并以该三个端子作为三相开绕组变压器T原边绕组的输入端子，端子A₂、端子B₂和端子C₂在三相开绕组变压器T原边绕组的另一侧并以该三个端子作为三相开绕组变压器T原边绕组的输出端子；所述三相滤波电感L有6个端子，每相两个端子，A相两个端子分别记为端子A₃和端子A₄，B相两个端子分别记为端子B₃和端子B₄，C相两个端子分别记为端子C₃和端子C₄，设定端子A₃、端子B₃和端子C₃在三相滤波电感L的同一侧并以该三个端子作为三相滤波电感L的输入端子，端子A₄、端子B₄和端子C₄在三相滤波电感L的另一侧并以该三个端子作为三相滤波电感L的输出端子；所述三相滤波电容C有6个端子，每相两个端子，A相两个端子分别记为端子A₅和端子A₆，B相两个端子分别记为端子B₅和端子B₆，C相两个端子分别记为端子C₅和端子C₆，设定端子A₅、端子B₅和端子C₅在三相滤波电容C的同一侧并以该三个端子作为三相滤波电容C的输入端子，端子A₆、端子B₆和端子C₆在三相滤波电容C的另一侧并以该三个端子作为三相滤波电容C的输出端子；所述三相滤波电感L的端子A₃、端子B₃和端子C₃连接至第一三相电压源型逆变器INV1的交流输出侧，端子A₄、端子B₄和端子C₄分别与三相开绕组变压器T原边绕组端子A₁、端子B₁和端子C₁以及三相滤波电容C的端子A₅、端子B₅和端子C₅相连接；所述三相开绕组变压器T原边绕组的端子A₂、端子B₂、端子C₂分别与三相滤波电容C的端子A₆、端子B₆和端子C₆相连接后，再连接至第二三相电压源型逆变器INV2的交流输出侧；所述三相开绕组变压器T的副边通过星形连接或三角形连接并入电网E；

其特征在于，所述控制方法包括对独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统中第一三相电压源型逆变器INV1直流侧电压的控制、第二三相电压源型逆变器INV2直流侧电压的控制、并网电流控制和互差120度解耦调制策略，具体步骤如下：

步骤1，采集第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧电压v_dc1、直流侧电流i_dc1，采集第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧电压v_dc2、直流侧电流i_dc2，采集三相滤波电容C的电压并记为三相滤波电容电压v_ca、v_cb、v_cc，采集三相滤波电感L输入端的电流并记为桥臂侧电感电流i_a、i_b、i_c；

步骤2，根据步骤1中得到的第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧电压v_dc1和直流侧电流i_dc1，经最大功率点跟踪后得到第一三相电压源型逆变器INV1的直流侧电压指令v_{dc1_ref}；根据步骤1中得到的第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧电压v_dc2和直流侧电流i_dc2，经最大功率点跟踪后得到第二三相电压源型逆变器INV2的直流侧电压指令v_{dc2_ref}；然后经直流侧电压闭环控制方程得到独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的有功电流指令i_{d_ref}和无功电流指令i_{q_ref}；

所述直流侧电压闭环控制方程为：

式中，K_{p_d}为直流电压环有功电流指令PI调节器的比例系数，K_{i_d}为直流电压环有功电流指令PI调节器的积分系数，K_{p_q}为直流电压环无功电流指令PI调节器的比例系数，K_{i_q}为直流电压环无功电流指令PI调节器的积分系数，s为拉普拉斯算子；

步骤3，根据步骤1中得到的三相滤波电容电压v_ca、v_cb、v_cc，经锁相环得到三相滤波电容电压的相角θ和三相滤波电容电压的dq分量v_cd、v_cq；

所述三相滤波电容电压相角θ的计算方程为：

式中，θ′为上一控制周期得到的三相滤波电容电压的相角，v′_cq为三相滤波电容电压根据上一控制周期计算得到的三相滤波电容电压的相角θ′做同步旋转坐标变换得到的q分量，ω₀为三相滤波电容电压的额定角频率，K_{p_PLL}为锁相环PI调节器的比例系数，K_{i_PLL}为锁相环PI调节器的积分系数；

所述三相滤波电容电压的dq分量v_cd、v_cq的计算方程为：

步骤4，根据步骤1中得到的桥臂侧电感电流i_a、i_b、i_c和步骤3中得到的三相滤波电容电压的相角θ，经单同步旋转坐标变换方程得到桥臂侧电感电流的dq分量i_d、i_q；

所述单同步旋转坐标变换方程为：

步骤5，根据步骤2中得到的有功电流指令i_{d_ref}和无功电流指令i_{q_ref}、步骤3中得到的三相滤波电容电压的dq分量v_cd、v_cq和步骤4中得到的桥臂侧电感电流的dq分量i_d、i_q，通过电流闭环控制方程得到独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的总控制信号的dq分量v_d、v_q；

所述电流闭环控制方程为：

式中，K_{p_i}为电流环PI调节器的比例系数，K_{i_i}为电流环PI调节器的积分系数，ω为基波角频率，L为滤波电感值；

步骤6，根据步骤5中得到的独立直流母线开绕组双逆变器光伏发电系统的总控制信号的dq分量v_d、v_q，经控制信号分配方程得到第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的dq分量v_d1、v_q1和第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的dq分量v_d2、v_q2；

所述控制信号分配方程为：

步骤7，根据步骤6中得到的第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的dq分量v_d1、v_q1、第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的dq分量v_d2、v_q2和步骤3中得到的三相滤波电容电压的相角θ，经单同步旋转坐标反变换方程得到第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的三相控制分量v_a1、v_b1、v_c1和第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的三相控制分量v_a2、v_b2、v_c2；

所述单同步旋转坐标反变换方程为：

步骤8，根据步骤7得到的第一三相电压源型逆变器INV1的控制信号的三相控制分量v_a1、v_b1、v_c1，分别乘以2/v_dc1后得到第一三相电压源型逆变器INV1的调制波信号m_a1、m_b1、m_c1，根据步骤7得到的第二三相电压源型逆变器INV2的控制信号的三相控制分量v_a2、v_b2、v_c2，分别乘以2/v_dc2后得到第二三相电压源型逆变器INV2的调制波信号m_a2、m_b2、m_c2，再经过调制策略分别生成驱动第一三相电压源型逆变器INV1和第二三相电压源型逆变器INV2开关管的PWM控制信号PWM1和PWM2；

所述调制波信号m_a1、m_b1、m_c1和调制波信号m_a2、m_b2、m_c2的计算方程分别为：

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