[發明專利]基于電網電壓鎖相及虛擬同步機的逆變器控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201710126638.3
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106655275B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 韋徵;王彤;王偉;馬步云;趙建華;劉宏勇;李智;王曉聲;江浩
• 申請（專利權）人: 南京南瑞太陽能科技有限公司;國網新源張家口風光儲示范電站有限公司;華北電力科學研究院有限責任公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/48
• 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

1.一種基于電網電壓鎖相及虛擬同步機的逆變器控制裝置，其特征是，包括電流測量模塊、電壓測量模塊、PLL鎖相模塊、實際功率計算模塊、常規并網逆變器控制及調制波生成模塊、虛擬同步機控制及調制波生成模塊、電氣主電路虛擬模塊、虛擬功率計算模塊和調制模塊；

電流測量模塊，用于采集逆變器輸出三相電感電流i_Labc并輸出至實際功率計算模塊；

電壓測量模塊，用于采集電網側三相電壓v_gabc分別輸出至PLL鎖相模塊、實際功率計算模塊、電氣主電路虛擬模塊和虛擬功率計算模塊；

PLL鎖相模塊，用于根據電網側三相電壓v_gabc計算出電網電壓幅值V_gm及電網電壓相位θ_g；

實際功率計算模塊，用于根據逆變器輸出電流i_Labc和電網電壓v_gabc計算得到逆變器實際輸出有功功率P_e和無功功率Q_e；

常規并網逆變器控制及調制波生成模塊，用于根據逆變器實際輸出有功功率率P_e和無功功率Q_e，有功功率給定值P_ref和無功功率給定值Q_ref以及電網電壓相位θ_g獲得常規并網控制方案下的并網逆變器調制波V_mabc；

電氣主電路虛擬模塊，用于根據調制波信號V_Vmabc與電網電壓信號v_gabc計算獲得逆變器虛擬輸出電流i_VLabc；

虛擬功率計算模塊，用于根據虛擬輸出電流i_VLabc與電網電壓信號v_gabc計算獲得逆變器虛擬輸出有功功率P_Ve和無功功率Q_Ve；

虛擬同步機控制及調制波生成模塊，用于根據電網電壓幅值V_gm、有功功率給定值P_ref和無功功率給定值Q_ref、虛擬有功功率P_Ve和實際輸出有功功率P_e經過選通開關S后選通的信號、虛擬無功功率Q_Ve和實際輸出無功功率Q_e經過選通開關S后選通的信號，計算獲得虛擬同步機控制方案下的并網逆變器調制波V_Vmabc；

調制模塊，用于將調制波V_mabc與調制波V_Vmabc經過選通開關S后選通的調制波對載波信號V_r進行調制，產生控制逆變器功率開關的控制信號D。

2.根據權利要求1所述的逆變器控制裝置，其特征是，常規并網逆變器控制及調制波生成模塊采用基于DQ坐標解耦控制。

3.一種基于電網電壓鎖相及虛擬同步機的逆變器控制方法，其特征是，包括以下步驟：

步驟S1，采樣逆變器輸出電流i_Labc和電網電壓v_gabc，計算出電網電壓幅值V_gm、電網電壓相位θ_g，以及逆變器實際輸出有功功率P_e和無功功率Q_e；

步驟S2，在逆變器工作初始階段，根據并網逆變器實際輸出有功功率率P_e和無功功率Q_e，有功功率給定值P_ref和無功功率給定值Q_ref以及電網相位θ_g計算獲得逆變器調制波V_mabc，選通開關S選通接入V_mabc對載波信號V_r進行調制，產生控制逆變器功率開關的控制信號D，逆變器完成并網過程；

步驟S3，逆變器并網穩定工作后，根據選通開關S選通接入實際有功功率P_e和無功功率Q_e信號、電網電壓幅值V_gm、并網逆變器有功功率給定值P_ref和無功功率給定值Q_ref計算獲得逆變器調制波V_Vmabc，選通開關S選通接入調制波V_Vmabc對載波信號V_r進行調制，產生控制逆變器功率開關的控制信號D；

步驟S2中計算獲得逆變器調制波V_mabc的具體計算公式如下：

其中：V_d、V_q分別為電網電壓v_gabc在兩相旋轉坐標系下的dq軸分量，I_d、I_q分別為電感電流i_Labc在兩相旋轉坐標系下的dq軸分量，K_pi、K_ii為電流調節器PI參數，ω為電網角頻率，s為拉普拉斯算子；

在逆變器工作初始階段，同時計算逆變器調制波V_Vmabc，公式如下：

式中：V_n為額定電壓幅值，D_q為無功下垂系數，K_q為積分系數，ω_n為額定角頻率，D_p為有功下垂系數，J為虛擬轉動慣量，s為拉普拉斯算子，V_VSG為虛擬同步機控制生成的調制波幅值，ω_VSG為虛擬同步機控制生成的調制波角頻率；

其中逆變器虛擬輸出有功功率P_Ve和無功功率Q_Ve，根據逆變器虛擬輸出電流i_VLabc與電網電壓信號v_gabc計算獲得，而逆變器虛擬輸出電流i_VLabc根據調制波信號V_Vmabc與電網電壓信號v_gabc計算獲得，計算公式如下所示：

其中，s為拉普拉斯算子，L為主電路濾波器電感值，r為濾波器電感寄生電阻；

逆變器并網穩定工作的判斷依據為調制波V_Vmabc與V_mabc同步；

在步驟S3中，計算逆變器調制波V_Vmabc的公式如下：

式中：V_n為額定電壓幅值，D_q為無功下垂系數，K_q為積分系數，ω_n為額定角頻率，D_p為有功下垂系數，J為虛擬轉動慣量，s為拉普拉斯算子，V_VSG為虛擬同步機控制生成的調制波幅值，ω_VSG為虛擬同步機控制生成的調制波角頻率。