[發(fā)明專利]單相級聯(lián)H橋光伏逆變器虛擬同步控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910256809.3
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN110071524B
• 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(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/48
• 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

本發(fā)明公開了一種單相級聯(lián)H橋光伏逆變器虛擬同步控制方法，其目的是為了解決級聯(lián)H橋光伏逆變器不具備同步電機特性、不能參與電網(wǎng)調(diào)頻的問題。該方法步驟如下：(1)直流側(cè)電壓控制，實現(xiàn)各H橋單元直流側(cè)電壓跟蹤其最大功率點電壓；(2)虛擬同步控制，采用H橋單元有功備用的方式，同時在備用H橋單元輸出功率上疊加調(diào)頻功率，其余H橋單元運行于最大功率點，得到并網(wǎng)有功功率和并網(wǎng)無功功率的指令值；(3)網(wǎng)側(cè)電流控制，能夠?qū)崿F(xiàn)有功電流和無功電流的獨立控制，同時產(chǎn)生逆變器調(diào)制信號。該控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)單相級聯(lián)H橋光伏逆變器具備同步電機特性，參與電網(wǎng)調(diào)頻，且具有算法簡單、工程易實現(xiàn)等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單相級聯(lián)H橋光伏逆變器虛擬同步控制方法，屬于級聯(lián)型光伏逆變器虛擬同步控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光伏并網(wǎng)發(fā)電由于提供清潔能源，且環(huán)境友好而備受關(guān)注。面對如何提高光伏系統(tǒng)效率、降低發(fā)電成本等問題，級聯(lián)H橋多電平逆變器由于其模塊化易拓展、系統(tǒng)效率高、并網(wǎng)電流總諧波失真小等優(yōu)勢而成為研究的熱點。

傳統(tǒng)級聯(lián)型光伏逆變器各直流側(cè)光伏陣列采用獨立的最大功率跟蹤控制，以實現(xiàn)光伏陣列的最大效率。然而，由于并網(wǎng)逆變器不存在轉(zhuǎn)動慣量和阻尼，其大規(guī)模接入將進一步降低電網(wǎng)應(yīng)對功率波動的能力。隨著光伏系統(tǒng)在電網(wǎng)中滲透率的不斷提高，其對電力系統(tǒng)的影響引起人們極大的關(guān)注。采用虛擬同步控制技術(shù)使逆變器模擬同步發(fā)電機的慣性和阻尼特性，可以響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)友好性。因此，研究級聯(lián)H橋光伏逆變器的虛擬同步控制方法具有突出的工程意義。

目前，國內(nèi)外學(xué)者針對光伏逆變器的虛擬同步控制方法研究較多。如文獻華北電力大學(xué)博士論文2016年“阿曼.基于虛擬同步發(fā)電機控制的級聯(lián)H橋多電平逆變器”提出了一種級聯(lián)H橋逆變器的虛擬同步發(fā)電機控制方法，使得逆變器能夠按照并聯(lián)運行方式下所占系統(tǒng)比例自動調(diào)節(jié)所分擔(dān)的功率值。但該方法控制的逆變器處于離網(wǎng)帶載狀態(tài)，未研究級聯(lián)型逆變器并網(wǎng)狀態(tài)下參與電網(wǎng)調(diào)頻的能力。

文獻《電網(wǎng)技術(shù)》2019年第43卷第2期514-520頁“張海崢，張興，李明，張行，管瑋琦，趙為.一種有功備用式光伏虛擬同步控制策略”提出了一種基于有功備用的三相全橋光伏逆變器虛擬同步控制方法，采用逆變器整體功率留有一定備用的方式實現(xiàn)光伏逆變器的調(diào)頻調(diào)壓功能，且間隔一段時間進行最大功率跟蹤控制。但該方法針對集中式逆變器，在虛擬同步過程中所有光伏陣列均偏離最大功率點，會造成較多的功率損失從而降低光伏發(fā)電效率。

文獻《中國電機工程學(xué)報》2017年第37卷第2期433-443頁“涂春鳴，蘭征，肖凡，等.具備同步電機特性的級聯(lián)型光伏發(fā)電系統(tǒng)”提出了一種具備同步電機特性的級聯(lián)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏陣列采用獨立的最大功率點跟蹤控制，儲能作為功率緩沖單元，能平抑光伏隨機性功率波動并響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化。但該方法的虛擬同步特性依賴于儲能單元，需要對傳統(tǒng)的級聯(lián)型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行改造，導(dǎo)致系統(tǒng)運行與維護成本較高，且儲能與光伏的協(xié)調(diào)控制較復(fù)雜。

綜上所述，現(xiàn)有級聯(lián)H橋光伏逆變器的虛擬同步控制方法主要存在如下問題：

(1)現(xiàn)有技術(shù)研究未涉及級聯(lián)H橋光伏逆變器采用H橋單元有功備用的虛擬同步控制使其參與電網(wǎng)調(diào)頻的方法；

(2)現(xiàn)有技術(shù)研究的光伏逆變器虛擬同步控制方法多針對集中式全橋逆變器，較少涉及級聯(lián)型系統(tǒng)，級聯(lián)型系統(tǒng)的模塊化特點未得到充分研究；

(3)現(xiàn)有技術(shù)研究的級聯(lián)型光伏系統(tǒng)的虛擬同步控制方法采用儲能作為功率緩沖單元，儲能設(shè)備的高昂成本加大了系統(tǒng)的投入和維護成本，同時光伏與儲能的功率協(xié)調(diào)控制較復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題有待進一步研究。

發(fā)明內(nèi)容