[發(fā)明專利]基于單元有功備用的級聯(lián)型逆變器虛擬同步控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910256794.0
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN110071523B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張興;胡玉華;毛旺;趙濤;王付勝;戴之強
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 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

1.一種基于單元有功備用的級聯(lián)型逆變器虛擬同步控制方法，所述的級聯(lián)型逆變器為單相級聯(lián)H橋光伏逆變器，包含N個帶有光伏組件的H橋單元，該N個H橋單元輸出串聯(lián)后通過一個電感L_S連接到電網(wǎng)，其特征在于，本控制方法包括直流側(cè)電壓控制、虛擬同步控制，網(wǎng)側(cè)電流控制和三次諧波注入控制，步驟如下：

步驟1，直流側(cè)電壓控制

步驟1.1，對每個H橋單元的直流側(cè)電壓采樣并依次經(jīng)過100Hz陷波器濾波，得到N個H橋單元的直流側(cè)電壓實際值并記為V_PVi，i＝1,2,3...N；采樣N個H橋單元的直流側(cè)電流實際值并記為I_PVi，i＝1,2,3...N；采樣電網(wǎng)電壓實際值并記為V_grid；采樣電網(wǎng)電流實際值并記為I_grid；

步驟1.2，通過對每個H橋單元直流側(cè)進行最大功率點跟蹤控制，得到N個H橋單元的直流側(cè)電壓指令值并記為V_PVi^*，i＝1,2,3...N；

步驟1.3，根據(jù)步驟1.1得到的N個H橋單元的直流側(cè)電壓實際值V_PVi和步驟1.2得到的N個H橋單元的直流側(cè)電壓指令值V_PVi^*，通過電壓調(diào)節(jié)器，計算得到每個H橋單元的有功功率P_i，i＝1,2,3...N，其計算式為：

其中，K_VPi為電壓調(diào)節(jié)器比例系數(shù)，i＝1,2,3...N；K_VIi為電壓調(diào)節(jié)器積分系數(shù)，i＝1,2,3...N；s為拉普拉斯算子；

步驟2，虛擬同步控制

步驟2.1，對步驟1.1中采樣的電網(wǎng)電壓實際值V_grid進行鎖相得到電網(wǎng)電壓的相位θ，電網(wǎng)電壓的角頻率ω_g和電網(wǎng)電壓有功分量U_od，計算得到調(diào)頻有功功率P_VSG，其計算式為：

其中，m為有功下垂系數(shù)；J為轉(zhuǎn)動慣量；ω₀為電網(wǎng)同步角頻率；

步驟2.2，根據(jù)步驟1.3得到的每個H橋單元的有功功率P_i和步驟2.1得到的調(diào)頻有功功率P_VSG，選取第N個H橋單元為有功備用單元，通過有功備用計算得到第N個H橋單元在虛擬同步控制下的有功功率指令值P_{N_VSG}，其計算式為：

P_{N_VSG}＝λP_N-(1-λ)(P₁+P₂+…+P_N-1)+P_VSG

其中，λ為有功備用系數(shù)，P_N為第N個H橋單元的有功功率；

步驟2.3，根據(jù)步驟1.3得到的每個H橋單元的有功功率P_i和步驟2.2得到的第N個H橋單元在虛擬同步控制下的有功功率指令值P_{N_VSG}，計算并網(wǎng)有功功率指令值P_ref，其計算式為：

P_ref＝P₁+P₂+…+P_N-1+P_{N_VSG}

步驟2.4，根據(jù)步驟2.1得到的電網(wǎng)電壓有功分量U_od，計算并網(wǎng)無功功率指令值Q_ref，其計算式為：

其中，Q_ref0為上層給定無功功率指令；n為無功下垂系數(shù)；E₀為參考電動勢；

步驟3，網(wǎng)側(cè)電流控制

步驟3.1，通過二階廣義積分器將步驟1.1中采樣的電網(wǎng)電流實際值I_grid轉(zhuǎn)換成兩相靜止坐標系下的電網(wǎng)電流有功分量I_α和電網(wǎng)電流無功分量I_β，其計算式為：

其中，k為二階廣義積分器增益系數(shù)；ω₀為電網(wǎng)同步角頻率；

步驟3.2，根據(jù)步驟2.1得到的電網(wǎng)電壓的相位θ和步驟3.1得到的兩相靜止坐標系下的電網(wǎng)電流有功分量I_α和電網(wǎng)電流無功分量I_β，計算得到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電網(wǎng)電流有功分量I_d和電網(wǎng)電流無功分量I_q，其計算式為：

步驟3.3，根據(jù)步驟2.1得到的電網(wǎng)電壓有功分量U_od，步驟2.2得到的并網(wǎng)有功功率指令值P_ref和步驟2.4得到的并網(wǎng)無功功率指令值Q_ref，通過電流計算方程得到電網(wǎng)有功電流的指令值I_d^*和電網(wǎng)無功電流的指令值I_q^*，其計算式為：

步驟3.4，根據(jù)步驟3.2得到的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電網(wǎng)電流有功分量I_d和電網(wǎng)電流無功分量I_q，步驟3.3得到的電網(wǎng)有功電流的指令值I_d^*和電網(wǎng)無功電流的指令值I_q^*，分別通過有功電流調(diào)節(jié)器和無功電流調(diào)節(jié)器，計算得到d軸PI調(diào)節(jié)值E_d和q軸PI調(diào)節(jié)值E_q，其計算式分別為：

其中，K_iP為電流調(diào)節(jié)器比例系數(shù)，K_iI為電流調(diào)節(jié)器積分系數(shù)；

步驟3.5，根據(jù)步驟2.1得到的電網(wǎng)電壓有功分量U_od，和步驟3.4得到的d軸PI調(diào)節(jié)值E_d和q軸PI調(diào)節(jié)值E_q，計算得到逆變器調(diào)制波電壓幅值V_r和逆變器調(diào)制波電壓相位θ_r，其計算式為：

其中，sqrt表示開根號函數(shù)，arctan表示反正切函數(shù)；

步驟3.6，根據(jù)步驟1.3得到的每個H橋單元的有功功率P_i和步驟2.2得到的第N個H橋單元在虛擬同步控制下的有功功率指令值P_{N_VSG}，計算每個H橋單元的功率分配系數(shù)Factor_i，i＝1,2,3...N，其計算式為：

i＝1,2,3...N-1時，

i＝N時，

步驟3.7，根據(jù)步驟1.1得到的每個H橋單元的直流側(cè)電壓實際值V_PVi，步驟2.1得到的電網(wǎng)電壓的相位θ，步驟3.5得到的逆變器調(diào)制波電壓幅值V_r和逆變器調(diào)制波電壓相位θ_r和步驟3.6得到的每個H橋單元的功率分配系數(shù)Factor_i，計算每個H橋單元的初始調(diào)制信號m_i，i＝1,2,3...N，其計算式為：

步驟4，三次諧波注入控制

步驟4.1，根據(jù)步驟1.1得到的每個H橋單元的直流側(cè)電壓實際值V_PVi，步驟2.1得到的電網(wǎng)電壓的相位θ，步驟3.5得到的逆變器調(diào)制波電壓幅值V_r和逆變器調(diào)制波電壓相位θ_r和步驟3.6得到的第N個H橋單元的功率分配系數(shù)Factor_N，計算反向三次諧波V_3N和正向三次諧波V_3i，i＝1,2,3...N-1，其計算式為：

其中，V_PVN為第N個H橋單元的直流側(cè)電壓實際值；

步驟4.2，根據(jù)步驟3.7得到的每個H橋單元的初始調(diào)制信號m_i和步驟4.1得到的反向三次諧波V_3N和正向三次諧波V_3i，計算每個H橋單元的最終調(diào)制信號Q_i，i＝1,2,3...N，其計算式為：