[發明專利]基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統及方法

有效

• 申請號: 201610115773.3
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105552968B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 王偉;馮煒;茹心芹;韋徽;王彤;宋飛;王越超
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;南京南瑞太陽能科技有限公司;國電南瑞科技股份有限公司;浙江電騰云光伏科技有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/48;G05F1/67
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種三相逆變器控制系統及方法，具體涉及一種基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統及方法。

背景技術

近年來，隨著新能源發電技術的不斷發展，基于電力電子接口的分布式電源在電力系統的滲透率不斷提升，大型光伏電站數量大幅增加。但傳統逆變電源大多采用下垂控制法，在控制過程當中有一些弊端，不具有同步發電機慣性大和輸出阻抗大等優點，不能完全滿足電網穩定運行的要求。

光伏發電系統缺乏慣量，不具備短時過載能力，與此同時，傳統集中式一次能源逐漸減少，導致電網的轉動慣量逐漸減小，頻率波動變大，尤其是以光伏發電為主的供電系統，其能源的間歇性和不可調度性更加劇了電網的頻率波動，使得系統的頻率穩定性問題日趨嚴峻，在電網故障情況下將不能提供短時功率甚至脫機，導致電力系統難以獲得足夠的時間以恢復電網，進而導致電網穩定性急劇下降。

此外，隨著光伏發電電網滲透率的提高，其在電網中的角色發生變化，光伏發電系統將不再只是向電網提供電能，還應能具備電壓源特性、能量存儲和旋轉備用功能，即能組建光伏微電網系統，具備一定的電網電壓和頻率支撐能力，向負載提供優質電能。然而，目前基于電流源并網控制方式的光伏發電系統并不具備電壓支撐能力，且并入不同電網結構時其穩定性和動穩態性能有較大差異，電網適應性較差。

目前，最新發展的發電機模擬控制(GEC)技術實現了兩級式光伏逆變器的同步機特性模擬，但在大型微電網中廣泛應用的三相單級變換型光伏逆變器中，虛擬同步機與MPPT協調控制的相關研究尚未開展。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統及方法，改進傳統逆變器控制方法，使其像發電機組一樣具有調頻調壓能力，解決光伏分布式電源大規模并網的技術瓶頸。

為解決上述技術問題，本發明采用技術方案如下：

基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統，包括逆變器主電路，以及分別與其相連的光伏陣列和電網Grid，其特征在于，還包括與光伏陣列相連的直流電流采集模塊和直流電壓采集模塊、連接在逆變器主電路與電網Grid之間的交流電流采集模塊和交流電壓采集模塊，還包括功率計算模塊、幅值檢測模塊、MPPT模塊、頻率-有功功率下垂控制調節模塊、電壓-無功功率下垂控制調節模塊、虛擬轉動慣量模塊、積分調節模塊、逆變器相位生成模塊、電壓參考信號生成模塊、電流環參考信號生成模塊、電流環調節模塊、調制波生成模塊和脈寬調制模塊；

所述功率計算模塊根據交流電流采集模塊采集到的逆變器輸出電流和交流電壓采集模塊采集到的逆變器輸出電壓計算逆變器輸出的有功功率和無功功率；

所述幅值檢測模塊根據逆變器輸出電壓計算逆變器主電路輸出的電壓幅值；

所述MPPT模塊根據直流電流采集模塊輸出的電流、所述直流電壓采集模塊輸出的電壓和幅值檢測模塊輸出的電壓幅值，計算有功功率給定值；

所述頻率-有功功率下垂控制調節模塊根據虛擬轉動慣量模塊輸出的電壓參考信號角頻率和電網電壓額定角頻率，計算有功功率下垂給定值；

所述電壓-無功功率下垂控制調節模塊根據幅值檢測模塊輸出的電壓幅值和電網電壓額定幅值，計算無功功率下垂給定值；

所述虛擬轉動慣量模塊根據頻率-有功功率下垂控制調節模塊輸出的有功功率下垂給定值、功率計算模塊輸出的有功功率和MPPT模塊輸出的有功功率給定值，生成電壓參考信號角頻率；

所述積分調節模塊根據電壓-無功功率下垂控制調節模塊輸出的無功功率下垂給定值、功率計算模塊輸出的無功功率和無功功率給定值，生成電壓參考信號幅值信息；

所述逆變器相位生成模塊根據虛擬轉動慣量模塊輸出的電壓參考信號角頻率生成相位信息；

所述電壓參考信號生成模塊根據積分調節模塊輸出的電壓參考信號幅值信息和逆變器相位生成模塊輸出的相位信息生成三相電壓參考信號；

所述電流環參考信號生成模塊根據電壓參考信號生成模塊輸出的三相電壓參考信號和交流電壓采集模塊輸出的逆變器輸出電壓生成三相電流參考信號；

所述電流環調節模塊和調制波生成模塊根據電流環參考信號生成模塊輸出的三相電流參考信號、交流電流采集模塊輸出的逆變器輸出電流和交流電壓采集模塊輸出的逆變器輸出電壓生成逆變器調制信號；

所述脈寬調制模塊根據調制波生成模塊輸出的逆變器調制信號和載波信號生成控制逆變器功率開關的控制信號。

基于前述的基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統的控制方法，其特征在于：包括如下步驟：