[發明專利]單相級聯H橋光伏逆變器虛擬同步控制方法

有效

• 申請號: 201910256809.3
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN110071524B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 張興;胡玉華;毛旺;趙濤;王付勝;戴之強
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/48
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種單相級聯H橋光伏逆變器虛擬同步控制方法，所述的單相級聯H橋光伏逆變器由N個帶有光伏組件的H橋單元和電感L_S組成，其特征在于，本控制方法包括直流側電壓控制、虛擬同步控制和網側電流控制，步驟如下：

步驟1，直流側電壓控制

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

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

步驟1.3，根據步驟1.1得到的N個H橋單元的直流側電壓實際值V_PVi和步驟1.2得到的N個H橋單元的直流側電壓指令值V_PVi^*，通過電壓調節器，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為電壓調節器比例系數，i＝1,2,3...N；K_VIi為電壓調節器積分系數，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中采樣的電網電壓實際值V_grid進行鎖相得到電網電壓的相位θ、電網電壓的角頻率ω_g和電網電壓有功分量U_od，計算得到調頻有功功率P_VSG，其計算式為：

其中，m為有功下垂系數；J為轉動慣量；ω₀為電網同步角頻率；

步驟2.2，根據步驟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，P_N為第N個H橋單元的有功功率；

步驟2.3，根據步驟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，根據步驟2.1得到的電網電壓有功分量U_od，計算并網無功功率指令值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；E₀為參考電動勢；

步驟3，網側電流控制

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

其中，k為二階廣義積分器增益系數；

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

步驟3.3，根據步驟2.1得到的電網電壓有功分量U_od，步驟2.2得到的并網有功功率指令值P_ref和步驟2.3得到的并網無功功率指令值Q_ref，通過電流計算方程得到電網有功電流的指令值I_d^*和電網無功電流的指令值I_q^*，其計算式為：

步驟3.4，根據步驟3.2得到的兩相同步旋轉坐標系下的電網電流有功分量I_d和電網電流無功分量I_q，步驟3.3得到的電網有功電流的指令值I_d^*和電網無功電流的指令值I_q^*，分別通過有功電流調節器和無功電流調節器，計算得到d軸PI調節值E_d和q軸PI調節值E_q，其計算式分別為：

其中，K_iP為電流調節器比例系數，K_iI為電流調節器積分系數；

步驟3.5，根據步驟1.1中采樣的電網電壓實際值V_grid，步驟2.1得到的電網電壓的相位θ和步驟3.4得到的d軸PI調節值E_d和q軸PI調節值E_q，計算得到逆變器調制波電壓V_r，其計算式為：

V_r＝E_dcosθ-E_qsinθ+V_grid

步驟3.6，根據步驟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，根據步驟1.1得到的每個H橋單元的直流側電壓實際值V_PVi，步驟3.5得到的逆變器調制波電壓V_r和步驟3.6得到的每個H橋單元的功率分配系數Factor_i，計算每個H橋單元的調制信號Q_i，i＝1,2,3...N，其計算式為：