基于DAB变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略

摘要

本发明是一种基于DAB变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略，其特点是，包括测量多端输入光伏并网系统中各高压直流端电压，求取高压端直流电压平均值，测量光伏并网电流经过派克变换处理得出并网电流d轴分量；以追踪直流电压平均值为目标，给定一个直流电压平均值的参考值，求得并网电流d轴分量参考值；设并网电流q轴分量参考值为0，计算各相级联多电平DC/AC变换器中各DC/AC单元的调制量；采用直流电压补偿和零序电压注入对各DC/AC单元的调制量进行修正，从而解决各光伏阵列光照度不同时，系统中的各高压端的直流电压平衡以及并网电流平衡，实现系统的功率平衡。

说明书

技术领域

本发明涉及光伏联网发电运行控制领域，是一种基于DAB变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略。

背景技术

在大规模光伏并网系统中，为了降低各电源模块的功率要求，需要将多个逆变器并联。当多个逆变器并联时，由于LCL滤波器的存在，会导致并网电流在某些特定频率下发生谐振，使得并网电流发生严重的畸变，影响光伏发电性能。并且，随着并联逆变器数目的增加，单个逆变器动态响应速度变慢，输出阻抗降低，系统的稳定性也相应的降低。

从光伏发电两级式并网系统的电路拓扑结构上看，通常采用升压直流斩波电路来实现光伏发电单元的最大功率追踪。但是，直流斩波电路输入输出电流脉动大，易产生电磁干扰，不能提供电气隔离，不利于光伏发电系统的安全运行。

因此，研究一种基于DAB变换器的多端输入光伏系统结构，该系统主要由多个光伏阵列，多个DAB变换器，级联多电平DC/AC变换器构成，各DAB变换器的低压直流端连接光伏阵列，高压直流端连接级联多电平DC/AC变换器。DAB变换器的使用带来了电气隔离的好处，保证各个光伏阵列的安全运行。在电路结构上也减少使用LCL滤波器，避免LCL滤波器带来的耦合谐振问题。但是，该系统中将大规模光伏阵列分成若干个小块光伏阵列，当各小块光伏阵列光照度不同时，会影响该系统中的各高压端直流电压以及并网电流。为解决系统中的电压和电流平衡问题，需要加入平衡控制策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理，适用性强，效果佳的基于DAB变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略，解决各光伏阵列光照度不同时，每相中各直流端电压平衡控制以及相间的电流平衡控制，从而改善多端输入光伏并网系统电能质量，并保证各个光伏阵列的安全运行。

解决其技术问题采用的技术方案是，一种基于DAB变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略，其特征是，它包括以下步骤：

(1)测量多端输入光伏并网系统中各高压直流端电压U_dcai，U_dcbi，U_dcci，求取高压端直流电压平均值U_dcavg；测量光伏并网电流i_sa，i_sb，i_sc，经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流i_d，q轴分量的无功电流i_q；

(2)以追踪直流电压平均值为目标，给定一个直流电压平均值的参考值U_dcref，将直流电压平均值与U_dcref的电压差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个d轴有功电流参考指令i_dref，考虑多端输入光伏并网系统单位功率因数运行，设q轴无功参考电流指令i_qref为0，PI控制器的时域表达式为i_dref＝K_p(U_dcref-U_dcavg)+K_i∫(U_dcref-U_dcavg)dt；

(3)将步骤(1)中得到的有功电流i_d、无功电流i_q分别与步骤(2)中的有功电流参考指令i_dref、无功参考电流指令i_qref作差，并将差值输入PI控制器，经过PI控制器的时域表达式计算出d轴级联多电平DC/AC变换器输出电压U_d，q轴级联多电平DC/AC变换器输出电压U_q，进而得到各相级联多电平DC/AC变换器中各DC/AC单元的调制量v_ai、v_bi、v_ci，i＝1、2…n，PI控制器的时域表达式为U_d＝K_p(i_dref-i_d)+K_i∫(i_dref-i_d)dt，U_q＝K_p(i_qref-i_q)+K_i∫(i_qref-i_q)dt；

(4)将步骤(1)中测量的各高压直流端电压U_dcai，U_dcbi，U_dcci与U_dcavg的误差信号经过比例控制器后对v_ai、v_bi、v_ci按照偏移量进行补偿，得到新的调制量v_ai1、v_bi1、v_ci1，保证各光伏阵列输出功率不同时，各DAB高压端直流电压平衡；

(5)在步骤(4)的基础上对各相级联多电平DC/AC变换器中各调制量进行修正，引入零序分量，得到调制量v_ai2、v_bi2、v_ci2，将三相功率重新分配，保证三相并网电流的对称性，实现电流平衡控制。

本发明的基于DAB变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略，能够通过直流电压补偿实现每相中的直流电压平衡控制，通过零序电压注入实现相间的电流平衡控制，从而实现系统的功率平衡，同时保证各个光伏阵列的安全运行。具有科学合理，实用性强，效果佳等优点。

附图说明

图1是本发明提出的一种基于DAB变换器的多端输入光伏系统结构示意图；

图2是解决系统中的电压和电流平衡问题采用的控制策略示意图；

图3是不采用直流电压补偿时直流电压波形示意图；

图4是采用直流电压补偿时直流电压平衡波形示意图；

图5是采用零序电压注入三相并网电流平衡波形示意图。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明的基于DAB变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略进行详细说明。

参照图1和图2，本发明的基于DAB变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略， 包括以下步骤：

一种基于DAB变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略，包括以下步骤：

(1)测量多端输入光伏并网系统中各高压直流端电压U_dcai，U_dcbi，U_dcci，求取高压端直流电压平均值U_dcavg；测量光伏并网电流i_sa，i_sb，i_sc，经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流i_d，q轴分量的无功电流i_q；

(2)以追踪直流电压平均值为目标，给定一个直流电压平均值的参考值U_dcref，将直流电压平均值与U_dcref的电压差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个d轴有功电流参考指令i_dref，考虑多端输入光伏并网系统单位功率因数运行，设q轴无功参考电流指令i_qref为0，PI控制器的时域表达式为i_dref＝K_p(U_dcref-U_dcavg)+K_i∫(U_dcref-U_dcavg)dt；

(3)将步骤(1)中得到的有功电流i_d、无功电流i_q分别与步骤(2)中的有功电流参考指令i_dref、无功参考电流指令i_qref作差，并将差值输入PI控制器，经过PI控制器的时域表达式计算出d轴级联多电平DC/AC变换器输出电压U_d，q轴级联多电平DC/AC变换器输出电压U_q，进而得到各相级联多电平DC/AC变换器中各DC/AC单元的调制量v_ai、v_bi、v_ci，i＝1、2…n，PI控制器的时域表达式为U_d＝K_p(i_dref-i_d)+K_i∫(i_dref-i_d)dt，U_q＝K_p(i_qref-i_q)+K_i∫(i_qref-i_q)dt；

(4)将步骤(1)中测量的各高压直流端电压U_dcai，U_dcbi，U_dcci与U_dcavg的误差信号经过比例控制器后对v_ai、v_bi、v_ci按照偏移量进行补偿，得到新的调制量v_ai1、v_bi1、v_ci1，保证各光伏阵列输出功率不同时，各DAB高压端直流电压平衡；

(5)在步骤(4)的基础上对各相级联多电平DC/AC变换器中各调制量进行修正，引入零序分量，得到调制量v_ai2、v_bi2、v_ci2，将三相功率重新分配，保证三相并网电流的对称性，实现电流平衡控制。

参照图3-图5，对于本发明提出的多端输入光伏并网结构来说，当一相中的各个光伏阵列的光照度存在差异，不采用直流电压补偿时，多电平DC/AC变换器的各直流端电压工作波形如图3所示。由于交流侧多个DC/AC变换器串联形式，各级联模块在交流侧串联电流相等。因此当各光伏阵列的输出功率不同时，会引起各DAB高压端直流电压不平衡。当采用直流电压补偿时，多电平DC/AC变换器的各直流端电压工作波形如图4所示。多电平DC/AC变换器各直流端电压保持平衡，基本稳定在400V。当相与相之间输出功率不同时，采用零序电压注入法，可保证各相并网电流对称运行。

本实施例验证了基于DAB变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略的有效性与可行性。

本发明的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。