一种级联H桥多电平光伏发电系统技术方案

本发明专利技术提供了一种级联H桥多电平光伏发电系统，涉及电气设备技术领域，包括光伏阵列模块、级联型多电平逆变器模块和控制模块，所述光伏阵列模块，用于将太阳能转换成直流电能；所述级联型多电平逆变器模块，用于将直流电转换成交流电并保证光伏阵列稳定在最大功率点输出；所述控制模块，用于控制并输出参考电压，控制各单元直流侧实际电压之和跟踪参考电压，使注入到电网的电流保持单位功率因数，实现太阳能利用率最大化。本发明专利技术的级联H桥多电平光伏发电系统可以独立控制每一个光伏阵列使其达到各自的最大功率点输出，从而使整个系统达到最大功率输出，大大提高了光伏发电的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电气设备
，尤其涉及一种级联H桥多电平光伏发电系统。
技术介绍
进入21世纪，太阳能光伏发电将会占据世界能源消费的重要席位，不但会替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。因此，光伏发电系统作为一种将太阳能转换为电能的发电系统，应用十分广泛。传统的光伏发电系统中，多个光伏阵列被串联或并联到一起产生足够的直流电压后，通过一个集中式逆变器将直流电压转换成交流电压再并入电网供人们使用。但在实际环境中，阴影、灰尘和光照强度等外界条件的影响会造成每个光伏阵列无法同时达到最大功率点，从而致使整个系统的发电量大幅下跌。因此如何解决多个光伏阵列同时达到各自的最大功率点输出，提高光伏发电的效率成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种级联H桥多电平光伏发电系统，以解决现有的光伏发电系统发电效率偏低的问题。本专利技术的具体技术方案如下：一种级联H桥多电平光伏发电系统，包括光伏阵列模块、级联型多电平逆变器模块和控制模块，其中：所述光伏阵列模块，用于将太阳能转换成直流电能；所述级联型多电平逆变器模块，用于将直流电转换成交流电并保证光伏阵列稳定在最大功率点输出；所述控制模块，包括MPPT控制模块、直流侧总电压控制模块和电网电流控制模块，所述MPPT控制模块用于控制并输出参考电压，实现太阳能利用率最大化，所述直流侧总电压控制模块用于控制各单元直流侧实际电压之和跟踪参考电压，所述电网电流控制模块用于使注入到电网的电流保持单位功率因数。进一步地，所述光伏阵列模块可以在外界环境发生变化的条件下对其输出特性进行仿真实验，并可以根据工程实际需要调节输入变量的取值。优选地，所述联型多电平逆变器模块由三个基本功率单元级联而成，其中，所述每个基本功率单元可以输出3种电平，总共可以输出7种电平。优选地，所述控制模块采用载波移相CPS-PWM控制技术，保证各个模块之间输出功率的自然均衡。优选地，所述CPS-PWM控制采用单极性倍频调制方式，所述单极性倍频调制方式采用具有幅值和频率相同，但相位不同的6个载波和同一个调制波作比较，产生12个SPWM驱动信号，去控制3个功率单元。进一步地，所述CPS-PWM控制技术分为调制波发生器、载波发生器和比较电路三部分。所述调制波发生器包括调制度给定和频率给定两部分，用于产生正弦调制波，所述载波发生器给定各H桥功率单元载波相位互差π/3，而H桥功率单元左、右桥臂相位互差π，所述比较电路的功能是当调制信号大于载波信号时输出高电平，反之输出低电平，这样可以得到驱动3个H桥功率单元的12路SPWM信号。本专利技术的级联H桥多电平光伏发电系统可以独立控制每一个光伏阵列使其达到各自的最大功率点输出，从而使整个系统达到最大功率输出，大大提高了光伏发电的效率。同时，级联H桥多电平光伏发电系统易于模块化扩展，控制策略也相对简单并且不存在电压不均衡的问题，可以直接高压并网，不需要变压器，节省了光伏发电成本。附图说明图1为级联H桥多电平光伏发电系统的结构示意图；图2为光伏阵列模块的结构示意图；图3为光伏阵列模块的参数界面；图4为级联型多电平逆变器拓扑结构；图5为控制模块的结构示意图；图6为单相H桥级联SPWM信号控制电路图；图7-1～图7-2为单极性倍频信号的具体生成过程图。具体实施方式本专利技术提供了一种级联H桥多电平光伏发电系统。以下结合附图对本专利技术技术方案作出说明。图1所示为级联H桥多电平光伏发电系统的结构示意图，包括光伏阵列模块、级联型多电平逆变器模块和控制模块，其中，光伏阵列模块与级联型多电平逆变器模块相连，太阳光照射到光伏阵列后产生直流电能，经过级联型多电平逆变器模块转换成交流电能，然后供给交流负载或者并入电网，级联型多电平逆变器模块与控制模块相连，保证系统稳定在最大功率点输出；光伏阵列模块如图2所示，输入端包括温度T，光照强度S，S_R+和S_R-用来调节光照强度的变化，输出端主要包括光伏阵列的电压电流和功率。为了方便地设置光伏阵列在不同测试条件下的Isc、Uoc、Vm、Im的值，设置了其参数界面，如图3所示，在此界面中还可以自由设置光伏阵列串联和并联的数量。作为一种优选，级联型多电平逆变器模块由3个功率单元组成，其拓扑结构如图4所示，每个功率单元可以输出3种电平，逆变器总共可以输出7种电平。控制模块结构图如图5所示，包括MPPT控制模块，直流侧总电压控制模块，电网电流控制模块，调制度补偿模块和调制模块。MPPT控制模块，每一H桥单元采用独立MPPT控制并输出参考电压，实现太阳能利用率最大化。直流侧总电压控制模块，控制各单元直流侧实际电压之和跟踪参考电压。电网电流控制模块，采用PR(比例谐振)电流控制器，可以使注入到电网的电流保持单位功率因数。调制度补偿模块，目的是克服因光照、温度等因素引起的直流侧电压漂移问题，属于前馈补偿控制。前馈补偿控制还可以使光伏电池的输出电压快速跟踪MPP电压。调制模块，产生经漂移电压补偿后的PWM信号，并送至各H桥单元。在载波移相CPS-PWM控制技术中，若采用双极性调制方式，各个载波信号相位依次互差2π/N；采用单极性调制方式，各个载波信号相位依次互差π/N。其中N为级联H桥功率单元的数量。此时，生成SPWM信号的方法有2种方式：一是用具有幅值和频率相同，但相位不同的个载波和同一个调制波作比较，产生个SPWM驱动信号，去控制个H桥功率单元；二是用具有幅值和频率相同，但相位不同的N个载波和两个幅值和频率相同但相位相反的调制波作比较，产生个SPWM驱动信号，去控制个H桥功率单元。作为一种优选，本专利技术采用单极性倍频调制方式，图6给出了应用于光伏发电单相H桥级联SPWM信号控制电路。它包括3部分：调制波发生器，载波发生器和比较电路。调制波发生器包括调制度给定和频率给定两部分。载波发生器给定各H桥功率单元载波相位互差π/3，而H桥功率单元左、右桥臂相位互差π。比较电路的功能是当调制信号大于载波信号时输出高电平，反之输出低电平。这样可以得到驱动3个H桥功率单元的12路SPWM信号。作为一种优选，单极性倍频信号的具体生成过程如图7-1～图7-2所示，图7-1为载波与调制信号，图7-2为各个功率单元的触发信号。本专利技术的级联H桥多电平光伏发电系统具有电压等级高、功率等级大、电能质量好、易于模块化扩展、容错能力强、控制策略简单、不存在电压不均衡等优点，可以直接高压并网，不需要变压器，节省了成本和占地面积，提高了光伏发电的效率。以上所述实施例仅仅是本专利技术的优选实施方式进行描述，并非对本专利技术的范围进行限定，在不脱离本专利技术设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本专利技术的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本专利技术的权利要求书确定的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种级联H桥多电平光伏发电系统，其特征在于：包括光伏阵列模块、级联型多电平逆变器模块和控制模块，其中：所述光伏阵列模块，用于将太阳能转换成直流电能；所述级联型多电平逆变器模块，用于将直流电转换成交流电并保证光伏阵列稳定在最大功率点输出；所述控制模块，包括MPPT控制模块、直流侧总电压控制模块和电网电流控制模块，所述MPPT控制模块用于控制并输出参考电压，实现太阳能利用率最大化，所述直流侧总电压控制模块用于控制各单元直流侧实际电压之和跟踪参考电压，所述电网电流控制模块用于使注入到电网的电流保持单位功率因数。

【技术特征摘要】
1.一种级联H桥多电平光伏发电系统，其特征在于：包括光伏阵列模块、级联型多电平逆变器模块和控制模块，其中：所述光伏阵列模块，用于将太阳能转换成直流电能；所述级联型多电平逆变器模块，用于将直流电转换成交流电并保证光伏阵列稳定在最大功率点输出；所述控制模块，包括MPPT控制模块、直流侧总电压控制模块和电网电流控制模块，所述MPPT控制模块用于控制并输出参考电压，实现太阳能利用率最大化，所述直流侧总电压控制模块用于控制各单元直流侧实际电压之和跟踪参考电压，所述电网电流控制模块用于使注入到电网的电流保持单位功率因数。2.如权利要求1所述的级联H桥多电平光伏发电系统，其特征在于：所述光伏阵列模块可以在外界环境发生变化的条件下对其输出特性进行仿真实验，并可以根据工程实际需要调节输入变量的取值。3.如权利要求1所述的级联H桥多电平光伏发电系统，其特征在于：所述联型多电平逆变器模块由3个基本功率单元级联而成，其中，所述每个基本功率单元可以输出3种...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁其平，王绍源，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12