三相CHB多电平光伏并网逆变器的功率平衡控制论文

　　化石能源枯竭和环境污染问题的日益严峻，使人们对于清洁无污染的可再生能源的开发愈发迫切。太阳能由于其储量丰富、分布广泛以及环境友好等优点，使得太阳能光伏发电成为理想方案。如何提高太阳能的利用率和光伏发电系统的整体效率及控制性能是目前亟需解决的问题。级联H桥多电平（Cascaded H-bridge，CHB）逆变器拓扑具有开关频率低、效率高、易于模块化拓展以及不需要变压器即可连接中高压电网等优点，被广泛应用于大型光伏并网发电系统。考虑到直流侧光伏阵列采用独立MPPT控制时，逆变器可能出现功率不平衡和直流侧电压不一致的问题，会导致系统的稳定性降低，产生安全隐患。因此，研究三相CHB多电平光伏并网逆变器在独立MPPT控制下的功率平衡控制策略，使光伏发电系统安全、稳定、高效运行具有重要的理论和现实意义。本文的主要研究内容如下：

　　1、以光伏阵列为载体，详细了解光伏电池的物理原理和工程数学模型，并对光伏电池的输出特性进行了分析。另外，对光伏阵列的最大功率点跟踪（MPPT）算法进行了研究，提出了一种基于变步长扰动观测法的MPPT算法，该方法不但可以解决传统定步长扰动观测法因光照突变出现的震荡和误判问题，还具有较好的灵敏度和快速的响应能力。

　　2、研究了三相CHB多电平光伏并网逆变器的数学模型和总体控制方案。针对三相CHB多电平光伏并网逆变器和间功率不平衡问题，利用矢量图对相间功率不平衡问题进行分析，详细阐述了加权最小-最大零序注入法（WMMZSI）和基频零序注入法（FFZSI）两种相间功率不平衡解决方法，对比了两种零序注入法的优缺点，在此基础上提出一种双最小-最大零序注入法（DMMZSI），该方法结合了两者的优点，具有明确的物理意义和良好的功率平衡调节能力。通过对功率平衡能力进行定量分析，得出了DMMZSl具有最优的功率不平衡调节范围；针对相内功率不平衡问题，分析了相内功率不平衡问题的产生机理，提出了基于电压加权及占空比前馈的相内各级联单元功率平衡控制策路，给出了控制器的稳定工作时的约束条件，采用此方法可以控制级联H桥逆变器直流侧光伏阵列的功率与交流侧的输出功率保持平衡。最后搭建了三相CHB7电平光伏并网逆变器仿真模型，验证了所提出控制策略的有效性。