并联T型三电平光伏并网逆变器控制策略研究

Parallel three-level T-type inverters is one of the most important research directions of photovoltaic power generation system. It is still in the exploratory research stage, so a series of key issues and technologies must be resolved. This project is dedicated to investigate multi-objective optimization control,unbalanced control and fault-tolerant control strategies. First, by building the mathematical expressions between the modulation strategy and the related performance indexes, such as output current power quality, common-mode voltage, zero sequence circulating current, and neutral-point balance, a multi-objective optimization modulation strategy will be presented consequently for demand. On the basis of the above,a PIR controller is proposed to eliminate d axis and q axis and z axis current disturbance quantity for the unbalanced case. To improve the reliability, robust and fast fault tolerant control strategies based on finite control set model predictive control. Finally the experimental platform will be established to verify the validity of the proposed algorithm. The final target of this project is to propose a novel solution of the photovoltaic generation system with high performance, high efficiency, high reliability, high stability, good extendibility and flexible control. Based on the above works, the researches on the theory and technology in the field of “ three-level photovoltaic power generation system” will be promoted to a higher level.

并联T型三电平光伏逆变器是光伏发电系统最重要的研究方向之一，而国内外对其研究处于探索阶段，所涉及的一系列关键科学问题和技术亟待解决。本项目拟研究并联T型三电平逆变器的多目标优化控制、不平衡控制和容错控制。首先建立调制策略与输出并网电流波形质量，共模电压，零序环流，中点平衡等性能指标关系，提出多目标优化调制策略；在上述基础上，针对不平衡情况下并联T型三电平逆变器的控制问题，提出PIR调节器消除d轴、q轴和z轴电流扰动量；针对系统可靠性问题，提出了具有鲁棒性和快速性的有限集模型预测容错控制策略；最后搭建实验平台并验证所提出控制算法的有效性。该项研究的最终目标是，提出并实现一整套高性能、高效率、高可靠性、高稳定性且易于扩展、灵活控制的光伏发电系统，使“三电平光伏发电系统”这一重要领域的理论研究与技术水平提升到一个新的高度。

光伏并网发电系统是解决能源危机与环境污染的关键途径。逆变系统集功率变换、并网交互和控制保护于一体，是光伏发电系统的核心，非隔离型三电平逆变器因高效低谐波等优点极具应用前景，但其仍存在若干相关理论和技术尚未亟待解决。在原有基础上，本项目紧密围绕项目原计划内容和目标开展工作，取得重要代表性成果包括：.（1）建立了三电平逆变器并联环流准确模型，设计一种新型无差拍控制器，通过实时调整小矢量作用时间实现零序环流抑制。并针对三电平逆变器固有的直流侧电容中点电位不平衡问题，通过增加或者减少小矢量作用时间实现中点电位平衡控制。.（2）在分析不平衡条件下并联三电平逆变器系统数学模型的基础上，提出了一种有功电流、无功电流电流跟踪和环流抑制方法，设计了PI+准谐振+前馈控制器，消除了有功电流、无功电流、零序环流系统的扰动量，通过实时调节小矢量的作用时间实现环流抑制。.（3）提出了两种适用于内开关管开路故障条件下的容错控制新方法：单相两电平切换和混合切换容错控制策略。首先，为实现功率变换器容错运行，前者中O状态在全周期内均不参与故障相电压合成，而后者为保持三电平功率变换器谐波小的优势，O状态仅在受影响半周期内不参与故障相电压合成。.（4）本项目提出一种空间矢量调制方法实现漏电流及共模电压抑制和中点电位振荡抑制。首先研究中点电位振荡机理，然后通过选择P型或N型小矢量并实时调整空间矢量中大、中、小、零矢量作用时间实现共模电压和中点电位振荡抑制。该方法不仅能够抑制漏电流，而且可以降低直流侧电容的容量。.（5）设计得到本项目的三电平逆变器并联实验平台，并将提出的高性能控制和矢量调制策略嵌入到实验平台进行实验验证并进行相应改进，以验证新理论和新技术的有效性。.项目执行期间，在IEEE TIE、TPE等期刊发表SCI论文21篇，授权专利29件，获得中国专利奖1项，中国自动化科技进步特等奖1项。