[发明专利]并网逆变器VSG模式和电流源模式无扰动切换控制方法

权利要求书

1.一种并网逆变器虚拟同步机VSG模式和电流源模式无扰动切换控制方法，应用该控制方法的逆变器的拓扑结构包括直流电压源V_dc、直流侧滤波电容C_in、并网逆变器、LC滤波器、电网阻抗L_g和电网Grid；所述直流电压源V_dc与直流侧滤波电容C_in并联，所述并网逆变器与直流侧滤波电容C_in并联，逆变器输出通过LC滤波器进行滤波后经电网阻抗L_g接入电网；

其特征在于，本控制方法的步骤如下：

步骤1，采样逆变器的输出相电压U_oa,U_ob,U_oc，采样逆变器的逆变器侧滤波电感相电流I_inva,I_invb,I_invc，采样逆变器的输出相电流I_oa,I_ob,I_oc，设定逆变器运行模式并设：0为电流源模式、1为VSG模式，所有电压源模式即代表VSG模式；

步骤2，首先设定逆变器运行模式为0，根据步骤1采样得到的三相逆变器的输出相电压U_oa,U_ob,U_oc，经过三相电压到两相旋转坐标系变换公式得到三相逆变器的输出相电压的q轴电压V_{csm_q}和d轴电压V_{csm_d}，然后经过单同步坐标系锁相公式得到电流源角频率ω_csm，其中d轴为有功轴，q轴为无功轴；

所述三相电压到两相旋转坐标系变换公式为：

所述单同步坐标系锁相公式为：

ω_csm＝V_{csm_q}×(K_{spll_p}+K_{spll_i}/s)+100π

其中K_{spll_p}为spll锁相环比例调节器系数，K_{spll_i}为单同步坐标系锁相环积分调节器系数，s为拉普拉斯算子，θ”为上一周期的三相逆变器输出电压角度；

步骤3，根据步骤2中得到的电流源角频率ω_csm，通过模式选择积分公式1得到三相逆变器输出电压角度θ；

所述模式选择积分公式1为：

步骤4，根据步骤3所得到的逆变器输出电压角度θ，通过电流源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程1对步骤1中采样得到的逆变器侧滤波电感相电流I_inva,I_invb,I_invc进行坐标变换，得到逆变器电流源模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I_{csm_dfeedback}和电流源模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I_{csm_qfeedback}；

所述电流源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程1为：

步骤5，根据步骤4中所得到的逆变器电流源模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I_{csm_dfeedback}、电流源模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I_{csm_qfeedback}和外部给定的电流源d轴参考I_{csm_dref}、电流源q轴参考I_{csm_qref}，通过电流源模式电流环方程，得到电流源模式调制d轴参考e_{csm_dref}和电流源模式调制q轴参考e_{csm_qref}；

所述电流源模式电流环方程为：

其中，K_{csm_ip}是电流源模式电流环比例调节器系数，K_{csm_ii}电流源模式电流环积分调节器系数；

步骤6，根据步骤5得到的电流源模式调制d轴参考e_{csm_dref}和电流源模式调制q轴参考e_{csm_qref}，通过调制模式选择方程1，得到dq坐标系下的调制波e_d和e_q，然后调制发波，使逆变器通过电网阻抗L_g输出电能到电网中；

所述调制模式选择方程1为：

e_d＝e_{csm_dref}

e_q＝e_{csm_qref}

步骤7，根据输出三相电压到两相静止坐标系变换公式1将步骤1采样得到的三相逆变器输出相电压U_oa,U_ob,U_oc变换得到逆变器输出相电压两相静止坐标系分量U_oα,U_oβ，根据输出三相电流到两相静止坐标系变换公式1将步骤1采样得到的逆变器输出相电流I_oa,I_ob,I_oc变换得到逆变器输出相电流两相静止坐标系分量I_oα,I_oβ；其次通过功率计算公式1得到逆变器输出有功功率P和逆变器输出无功功率Q；然后再通过VSG无功功率控制公式1得到VSG角频率ω_vsm，通过VSG有功功率控制公式1得到d轴电压幅值参考U_dref；

所述输出三相电压到两相静止坐标系变换公式1为：

所述输出三相电流到两相静止坐标系变换公式1为：

所述功率计算公式1为：

P＝U_oαI_oα+U_oβI_oβ

Q＝U_oβI_oα-U_oαI_oβ

所述VSG有功功率控制公式1为：

其中，P_ref为额定有功功率，ω₀为基波角频率，ω_csm为电流源角频率，m为有功下垂系数，J为虚拟转动惯量，D为虚拟阻尼系数；

所述VSG无功功率控制公式1为：

其中：Q_ref为额定无功功率，V_grms为电网基波有效值，n为无功下垂系数，I_{d_ref_vsm}”是VSG模式电流环d轴电流上一个周期的给定值，电流源模式启动时I_{d_ref_vsm}”的初始化值为0；

步骤8，根据步骤4所得到的逆变器电流源模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I_{csm_dfeedback}和电流源模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I_{csm_qfeedback}，通过电压源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程1，得到逆变器VSG模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I_{vsm_dfeedback}和VSG模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I_{vsm_qfeedback}，通过电压源模式逆变器侧相电压旋转坐标变换方程1对步骤1中采样得到的逆变器输出相电压U_oa,U_ob,U_oc进行坐标变换，得到逆变器电压源模式输出电压d轴反馈U_{vsm_dfeedback}和逆变器电压源模式输出电压q轴反馈U_{vsm_qfeedback}；

所述电压源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程1为：

I_{vsm_dfeedback}＝I_{csm_dfeedback}

I_{vsm_qfeedback}＝I_{csm_qfeedback}

所述电压源模式逆变器侧相电压旋转坐标变换方程1为：

步骤9，根据步骤8中所得到的逆变器电压源模式输出电压d轴反馈U_{vsm_dfeedback}、逆变器电压源模式输出电压q轴反馈U_{vsm_qfeedback}和步骤7得到的U_drefv，通过电压源模式电压环方程1得到电压源模式电流环d轴参考I_{vsm_dref}和电压源模式电流环q轴参考I_{vsm_qref}；

所述电压源模式电压环方程1为：

I_{vsm_dref}＝(U_drefv-U_{vsm_dfeedback})×(K_{vsm_vp}+K_{vsm_vi}/s)

I_{vsm_qref}＝(0-U_{vsm_qfeedback})×(K_{vsm_vp}+K_{vsm_vi}/s)

其中K_{vsm_vp}是VSG模式电压环比例调节器系数，K_{vsm_vi}是VSG模式电压环积分调节器系数；

步骤10，根据步骤9中所得到的电压源模式电流环d轴参考I_{vsm_dref}、电压源模式电流环q轴参考I_{vsm_qref}和步骤8中所得到的逆变器VSG模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I_{vsm_dfeedback}和VSG模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I_{vsm_qfeedback}，通过电压源模式电流环方程1，得到电压源模式调制d轴参考e_{vsm_drefv}和电压源模式调制q轴参考e_{vsm_qrefv}；

所述电压源模式电流环方程1为：

e_{vsm_dref}＝(I_{vsm_dref}-I_{vsm_dfeedback})×K_{vsm_ip}+e_{csm_dref}

e_{vsm_qref}＝(I_{vsm_qref}-I_{vsm_qfeedback})×K_{vsm_ip}+e_{csm_qref}

其中K_{vsm_ip}是VSG模式电流环比例调节器系数；

步骤11，切入VSG模式，即设运行模式为1，并将该模式下逆变器的运行记为新一周期；

采样逆变器新一周期的输出相电压U_oa',U_ob',U_oc'，采样逆变器新一周期的逆变器侧滤波电感相电流I_inva',I_invb',I_invc'，采样逆变器新一周期的输出相电流I_oa′,I_ob′,I_oc′；

步骤12，根据输出三相电压到两相静止坐标系变换公式2将步骤11采样得到的逆变器新一周期的输出相电压U_oa',U_ob',U_oc'变换得到逆变器新一周期的输出相电压两相静止坐标系分量U_oα',U_oβ'；根据输出三相电流到两相静止坐标系变换公式2将步骤11采样得到的逆变器新一周期的输出相电流I_oa',I_ob',I_oc'变换得到逆变器新一周期的输出相电流两相静止坐标系分量I_oα',I_oβ'；其次通过功率计算公式2得到逆变器新一周期的输出有功功率P'和逆变器新一周期的输出无功功率Q'；然后再通过VSG无功功率控制公式2得到新一周期的VSG角频率ω_vsm'，VSG有功功率控制公式2得到新一周期的d轴电压幅值参考U_dref'；

所述输出三相电压到两相静止坐标系变换公式2为：

所述输出三相电流到两相静止坐标系变换公式2为：

所述功率计算公式2为：

P′＝U_oα′I_oα′+U_oβ′I_oβ′

Q'＝U_oβ'I_oα'-U_oα'I_oβ'

所述有功功率控制公式2为：

所述无功功率控制公式2为：

步骤13，根据步骤12中得到的新一周期的电压源角频率ω_csm'，通过模式选择积分公式2得到逆变器新一周期的输出电压角度θ'；

所述模式选择积分公式2为：

步骤14，根据步骤13所得到的逆变器新一周期的输出电压角度θ'，通过电压源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程2对步骤11中采样得到的逆变器新一周期的逆变器侧滤波电感相电流I_inva',I_invb',I_invc'进行坐标变换，得到逆变器新一周期的电压源模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I_{vsm_dfeedback}'和新一周期的电压源模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I_{vsm_qfeedback}'，通过电压源模式逆变器侧相电压旋转坐标变换方程2对步骤11中采样得到的逆变器新一周期的输出相电压U_oa',U_ob',U_oc'进行坐标变换，得到逆变器新一周期的电压源模式逆变器输出电压d轴反馈U_{vsm_dfeedback}'和新一周期的电压源模式逆变器输出电压q轴反馈U_{vsm_qfeedback}'；

所述电压源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程2为：

所述电压源模式逆变器侧相电压旋转坐标变换方程2为：

步骤15，根据步骤14所得到的逆变器新一周期的电压源模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I_{vsm_dfeedback}'和新一周期的电压源模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I_{vsm_qfeedback}'，通过电流源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程2得到逆变器新一周期的电流源模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I_{csm_dfeedback}'和新一周期的电流源模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I_{csm_qfeedback}'；

所述电流源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程2为：

I_{csm_dfeedback}′＝I_{vsm_dfeedback}′

I_{csm_qfeedback}′＝I_{vsm_qfeedback}′

步骤16，根据步骤14中所得到的逆变器新一周期的电压源模式逆变器输出电压d轴反馈U_{vsm_dfeedback}'和新一周期的电压源模式逆变器输出电压q轴反馈U_{vsm_qfeedback}'和步骤12得到的新一周期的U_drefv'，通过电压源模式电压环方程2得到新一周期的电压源模式电流环d轴参考I_{vsm_dref}'和新一周期的电压源模式电流环q轴参考I_{vsm_qref}'；

所述电压源模式电压环方程2为：

I_{vsm_dref}'＝(U_drefv'-U_{vsm_dfeedback}')×(K_{vsm_vp}+K_{vsm_vi}/s)

I_{vsm_qref}'＝(0-U_{vsm_qfeedback}')×(K_{vsm_vp}+K_{vsm_vi}/s)

步骤17，根据步骤16中所得到的新一周期的电压源模式电流环d轴参考I_{vsm_dref}'、新一周期的电压源模式电流环q轴参考I_{vsm_qref}'，步骤14中所得到的新一周期的新一周期的电压源模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I_{vsm_dfeedback}'和新一周期的电压源模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I_{vsm_qfeedback}'和步骤5中所得到的电流源模式调制d轴参考e_{csm_dref}、电流源模式调制q轴参考e_{csm_qref}，通过电压源模式电流环方程2，得到新一周期的电压源模式调制d轴参考e_{vsm_dref}'和新一周期的电压源模式调制q轴参考e_{vsm_qref}'；

所述电压源模式电流环方程2为：

e_{vsm_dref}'＝(I_{vsm_dref}'-I_{vsm_dfeedback}')×K_{vsm_ip}+e_{csm_dref}

e_{vsm_qref}'＝(I_{vsm_qref}'-I_{vsm_qfeedback}')×K_{vsm_ip}+e_{csm_qref}

步骤18，根据步骤17得到新一周期的电压源模式调制d轴参考e_{vsm_dref}'和新一周期的电压源模式调制q轴参考e_{vsm_qrefv}'，通过调制模式选择方程2，得到dq坐标系下新一周期的调制波e_d'和e_q'，然后调制发波，使逆变器通过电网阻抗L_g输出电能到电网中；

所述调制模式选择方程2为：

e_d′＝e_{vsm_dref}′

e_q′＝e_{vsm_qref}′

步骤19，根据步骤15中所得到新一周期的电流源模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I_{csm_dfeedback}'、新一周期的电流源模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I_{csm_qfeedback}'、外部给定的电流源d轴参考I_{csm_dref}、电流源q轴参考I_{csm_qref}和步骤5中得到的电流源模式调制d轴参考e_{csm_dref}和电流源模式调制q轴参考e_{csm_qref}，通过电流源模式电流环方程2，得到新一周期的电流源模式调制d轴参考e_{csm_dref}'和新一周期的电流源模式调制q轴参考e_{csm_qref}'；

所述电流源模式电流环方程2为：

2.根据权利要求1所述的一种并网逆变器虚拟同步机VSG模式和电流源模式无扰动切换控制方法，其特征在于，步骤2所述上一周期的三相逆变器输出电压角度θ”，在本控制方法运行的第一个周期初始化为0。