[發(fā)明專利]基于主從式控制的逆變器光伏虛擬同步控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810462242.0
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108631363B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張興;張海崢;李明;劉芳;劉曉璽;陳巧地
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/42
• 代理公司: 合肥和瑞知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種基于主從式控制的逆變器光伏虛擬同步控制方法，本控制方法所涉及的逆變器臺數(shù)為n，n為整數(shù)且n≥2，其特征在于，將逆變器分為主逆變器和從逆變器，所有逆變器之間采用通訊方式連接，主逆變器編號為#1，從逆變器編號為#i，i∈[2,n]且i為正整數(shù)，主逆變器采用最大功率追蹤控制方法，從逆變器采用光伏虛擬同步控制方法；

從逆變器采用的光伏虛擬同步控制方法的步驟如下：

步驟1、采樣主逆變器#1光伏電池板最大功率點(diǎn)的功率P_MPP及該光伏電池板最大功率點(diǎn)的電壓U_MPP和開路電壓U_OC，并經(jīng)通訊下發(fā)給從逆變器；

步驟2、采樣從逆變器#i輸出相電壓U_oai,U_obi,U_oci，并經(jīng)輸出相電壓坐標(biāo)變換方程得到輸出電壓dq軸分量U_odi,U_oqi；采樣從逆變器#i網(wǎng)側(cè)電感電流I_oai,I_obi,I_oci，并經(jīng)網(wǎng)側(cè)電感電流坐標(biāo)變換方程得到網(wǎng)側(cè)電感電流dq軸分量I_odi,I_oqi；采樣從逆變器#i橋臂電感電流I_Lai,I_Lbi,I_Lci，并經(jīng)橋臂電感電流坐標(biāo)變換方程得到橋臂電感電流dq軸分量I_Ldi,I_Lqi，其中d軸為有功軸，q軸為無功軸；通過鎖相環(huán)獲得電網(wǎng)頻率ω_g，采樣從逆變器#i在k時(shí)刻的直流側(cè)光伏輸出電流I_pvi(k)和從逆變器#i在k時(shí)刻的直流側(cè)光伏輸出電壓U_pvi(k)；

步驟3、設(shè)置電網(wǎng)角頻率基準(zhǔn)值ω_ref和從逆變器#i上層有功功率指令P_ref0i，并根據(jù)步驟1得到的最大功率點(diǎn)的功率P_MPP和步驟2得到的電網(wǎng)頻率ω_g，通過功率疊加方程獲得功率指令其表達(dá)式為：

其中，J_i為從逆變器#i的虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，s為拉普拉斯算子，k_i為從逆變器#i的預(yù)設(shè)定平均有功功率輸出值占當(dāng)前最大功率點(diǎn)功率P_MPP的百分比，π為圓周率；

步驟4、根據(jù)步驟3中得到的功率指令通過拉格朗日插值預(yù)測法得到期望參考功率指令

步驟5、根據(jù)步驟2中得到的輸出電壓dq軸分量U_odi,U_oqi和網(wǎng)側(cè)電感電流dq軸分量I_odi,I_oqi，通過功率計(jì)算方程獲得平均有功功率P_oi；

步驟6、根據(jù)步驟2中得到的從逆變器#i在k時(shí)刻的直流側(cè)光伏輸出電流I_pvi(k)和從逆變器#i在k時(shí)刻的直流側(cè)光伏輸出電壓U_pvi(k)、步驟4中得到的期望參考功率指令和步驟5中得到的平均有功功率P_oi，通過基于多項(xiàng)式擬合的功率跟蹤法獲得直流側(cè)參考電壓U_refi，其基于多項(xiàng)式擬合的功率跟蹤法包括以下步驟：

步驟6.1，求電壓步長U_step，其計(jì)算公式為：

當(dāng)時(shí)，取U_step＝0；

當(dāng)時(shí)，取U_step＝U_{threshold_high}；

當(dāng)時(shí)，取

其中，為未限幅電壓步長，U_step為電壓步長，U_{threshold_low}為低電壓步長閾值，U_{threshold_high}為高電壓步長閾值；

步驟6.2，計(jì)算從逆變器#i在k時(shí)刻光伏電池板的功率P_pvi(k)，其計(jì)算公式為：

P_pvi(k)＝U_pvi(k)·I_pvi(k)

其中，k為時(shí)刻標(biāo)志；

步驟6.3，計(jì)算從逆變器#i的符號標(biāo)志flag_i，其計(jì)算公式為：

flag_i＝sign(P_pvi(k)-P_pvi(k-1))×sign(U_pvi(k)-U_pvi(k-1))

其中，flag_i為從逆變器#i的符號標(biāo)志，P_pvi(k)為從逆變器#i在k時(shí)刻光伏電池板的功率，P_pvi(k-1)為從逆變器#i在k-1時(shí)刻光伏電池板的功率，U_pvi(k)為從逆變器#i在k時(shí)刻直流側(cè)光伏輸出電壓，U_pvi(k-1)為從逆變器#i在k-1時(shí)刻直流側(cè)光伏輸出電壓，sign為符號函數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算符，其含義如下：

其中，x為自變量；

步驟6.4，求直流側(cè)參考電壓U_refi；

當(dāng)期望參考功率指令大于平均有功功率P_oi時(shí)，執(zhí)行U_refi＝U_pvi(k)+U_step×flag_i；

當(dāng)期望參考功率指令小于等于平均有功功率P_oi時(shí)，如果flag_i大于等于零，執(zhí)行U_refi＝U_pvi(k)+U_step，如果flag_i小于零，執(zhí)行U_refi＝U_pvi(k)-U_step×flag_i；

步驟7、根據(jù)步驟2中得到的從逆變器#i在k時(shí)刻的直流側(cè)光伏輸出電壓U_pvi(k)和步驟6中得到的直流側(cè)參考電壓U_refi，經(jīng)過電壓環(huán)獲得光伏板參考功率P_refi；

步驟8、根據(jù)步驟7中得到的光伏板參考功率P_refi和步驟5中得到的平均有功功率P_oi，經(jīng)過功率外環(huán)得到d軸有功功率指令P_drefi；設(shè)置指令電壓E_dref和從逆變器#i上層無功功率指令Q_ref0i，并根據(jù)步驟2中得到的輸出電壓d軸分量U_odi，通過一次調(diào)壓方程獲得無功功率指令Q_drefi；

步驟9、根據(jù)步驟2中得到的輸出電壓d軸分量U_odi和步驟8中得到的d軸有功功率指令P_drefi、無功功率指令Q_drefi，經(jīng)過電流計(jì)算方法得到電流d軸指令I(lǐng)_cdrefi和電流q軸指令I(lǐng)_cqrefi；

步驟10、將步驟9中得到的電流d軸指令I(lǐng)_cdrefi和步驟2中得到的橋臂電感電流d軸分量I_Ldi，經(jīng)過d軸電流閉環(huán)控制方程，得到d軸輸出信號U_idi；將步驟9中得到的電流q軸指令I(lǐng)_cqrefi與步驟2中得到的橋臂電感電流q軸分量I_Lqi，經(jīng)過q軸電流閉環(huán)控制方程，得到q軸輸出信號U_iqi；

步驟11、將步驟2中得到的輸出電壓d軸分量U_odi和輸出電壓q軸分量U_oqi分別加上步驟10中得到的d軸輸出信號U_idi和q軸輸出信號U_iqi，得到dq坐標(biāo)系下的調(diào)制波U_mdi和U_mqi，其表達(dá)式分別為：

步驟12、將步驟11中得到的dq坐標(biāo)系下的調(diào)制波U_mdi和U_mqi經(jīng)坐標(biāo)反變換方程得到從逆變器橋臂電壓的三相調(diào)制波U_mai,U_mbi,U_mci，經(jīng)PWM調(diào)制后作為IGBT電路的驅(qū)動(dòng)信號。