[發(fā)明專利]一種微電網(wǎng)逆變器的無縫切換控制策略

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110686034.0
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113517716B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設計）人: 楊艷;王業(yè)琴;洪程;胡冰垚;柯湘怡;袁捷;韓思宇;耿濤
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰工學院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/5387;H02M3/156;H02M1/088
• 代理公司: 淮安市科文知識產(chǎn)權(quán)事務所 32223
• 代理人: 吳晶晶

1.一種微電網(wǎng)逆變器的無縫切換控制策略，其特征在于，逆變器結(jié)構(gòu)包括依次相連的光伏陣列PV、DC-DC升壓電路、單相全橋拓撲、LC/LCL可變?yōu)V波器以及負載，還包括雙模式無縫切換控制模塊，所述雙模式無縫切換控制模塊包括電壓加權(quán)控制模塊、抗飽和虛擬慣性模塊，在雙模式無縫切換控制模塊的控制下產(chǎn)生的SPWM開關(guān)函數(shù)驅(qū)動單相全橋拓撲的功率開關(guān)器件運作，使得直流電壓V_dc對電感進行充放電，經(jīng)濾波后在負載側(cè)輸出交流電；孤島運行模式采用負載側(cè)電容電壓獨立控制；并網(wǎng)運行模式采用進網(wǎng)電流并網(wǎng)控制，控制方法如下：

電壓型獨立控制階段：所述微電網(wǎng)逆變器運行在孤島模式，連接至本地負載，電壓給定按照需求給定，微電網(wǎng)逆變器工作在并網(wǎng)模式時，判斷輸出電壓、相位、頻率滿足并網(wǎng)要求后，驅(qū)動雙向晶閘管使得LC/LCL可變?yōu)V波器中的S1關(guān)斷，S2導通進入并網(wǎng)運行；

由于控制模式優(yōu)先切換完成，系統(tǒng)進入暫態(tài)電流型獨立控制階段，電流環(huán)控制受到電壓加權(quán)控制模塊的電壓加權(quán)K·H_c(s)作用后輸出控制力；

待暫態(tài)結(jié)束后，逆變器進入電流型并網(wǎng)控制階段，逆變器輸出電壓u_c受到鉗位后等于電網(wǎng)電壓u_g，通過進網(wǎng)電流i_g計算用戶所需功率，進一步給定電流頻率f^*與峰值經(jīng)過誤差計算與所述抗飽和虛擬慣性模塊后合成電流進網(wǎng)電流參考值進行電流型并網(wǎng)控制；

所述抗飽和虛擬慣性模塊設計包含如下步驟：

S1：電流型并網(wǎng)控制階段通過鎖相環(huán)(PLL)測量微電網(wǎng)電壓u_c與進網(wǎng)電流i_g并進行功率計算完成與電網(wǎng)電壓頻率及幅值的同步，在電流環(huán)中加入虛擬慣性：

其中，M為慣性常數(shù)，Δω_k(k＝m,n)為切換工作模式過程中的虛擬角速度偏差值，D為阻尼系數(shù)，e_k(k＝m,n)為電流環(huán)有功功率誤差與峰值誤差；所述慣性常數(shù)M與阻尼系數(shù)D可模擬同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子慣性運動特征得到：

其中，T_m為逆變器低通濾波器的時間參量，s為拉普拉斯算子，|H_d(s)|為前級頻率控制的比例-積分調(diào)節(jié)增益，當處于v_peak電壓峰值調(diào)節(jié)時，增益可視為無增益即|H_d(s)|＝1；

S2：設計一種接近二階等容慣性的自趨優(yōu)微電網(wǎng)逆變器低通濾波器的時間常數(shù)T_m：

其中，ε為自趨優(yōu)增益，t、t₁、t₂均為時間參數(shù)；

S3：設計具有抗飽和特性的虛擬慣性模塊的關(guān)系式為：

其中，i_k為模塊輸出，u_q為前級比例積分控制輸出，K_p,K_i,K_c為調(diào)節(jié)增益。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)逆變器的無縫切換控制策略，其特征在于，所述LC/LCL可變?yōu)V波器設計包含如下步驟：

微電網(wǎng)逆變器運行在孤島模式下，連接至本地負載，使雙向晶閘管向LC濾波器導通；所述LC濾波器中的電感L₁與電容C₃為固定參數(shù)用于滿足孤島模式下的工作要求；

微電網(wǎng)逆變器運行在并網(wǎng)模式下，連接至電網(wǎng)，使雙向晶閘管向LCL濾波器導通；所述LCL濾波器中的電感L₂為自由參數(shù)與LC濾波器中的固定參數(shù)協(xié)同整定，以滿足并網(wǎng)的工作要求。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)逆變器的無縫切換控制策略，其特征在于，所述電壓加權(quán)控制模塊設計包含如下步驟：

S1：上位機判斷電網(wǎng)電壓幅值、相位、頻率滿足并網(wǎng)要求后，發(fā)出指令觸發(fā)雙向晶閘管進行運行型模式切換；同時，控制模式也進行切換；但由于延遲，控制模式切換會優(yōu)先完成，因此進入暫態(tài)的電流型獨立控制階段；

S2：在電流環(huán)內(nèi)加入電壓加權(quán)誤差調(diào)整關(guān)系得到：

其中，e為電流環(huán)誤差，為并網(wǎng)電流參考值，e_u為電壓加權(quán)控制誤差；當電流環(huán)存在誤差時電壓加權(quán)誤差始終小于零，從而可使當電流環(huán)誤差逐漸趨于零時可得

S3：設計電壓加權(quán)控制后的暫態(tài)電流型獨立控制的誤差表達式為：

S4：加入后級PI控制可得電流型獨立控制的電壓加權(quán)控制律為：

其中，k_p為比例增益，k_i為積分增益，K為加權(quán)因子，|H_c(s)|為前級孤島運行時電壓型獨立控制的比例-積分調(diào)節(jié)增益。