[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

说明书

本发明公开了一种并网逆变器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、直流侧滤波电容C_in、三相逆变器、LC滤波器和电网；所述直流电压源与直流侧滤波电容C_in并联，所述并网逆变器与直流电压源串联，并网逆变器输出经过LC滤波器进行滤波后经过电网阻抗L_g接入电网。逆变器工作在电流源模式时，VSG模式算法对电流源模式输出进行跟踪；逆变器工作在VSG模式时，电流源模式算法对电压源模式输出进行跟踪，从而保证了逆变器双模式的无扰动切换，继而提升逆变器并网稳定性。

技术领域

本发明属于分布式发电及电力电子技术领域，尤其是涉及一种并网逆变器VSG模式和电流源模式无扰动切换控制方法。

背景技术

随着环境恶化和能源危机的加重，新能源在经济发展和社会进步中发挥着越来越重要的作用。相比传统的同步发电机，通过电流源控制型逆变器接入电网的电力具有控制速度快、能较好的进行最大功率点跟踪和经济效益好等优点，但是也存在惯性和阻尼不足的缺陷。当新能源发电渗透率提高时，容易引起谐波谐振等不稳定问题。

为了使新能源发电设备输送到电网的电力具有安全性、友好性，国内外的许多研究学者提出了VSG(虚拟同步机)控制策略。现有的研究表明，VSG控制能够模拟传统同步发电机的惯性和阻尼特性，在弱电网状态下比电流源型控制更具电网友好性和安全性。但是电网状态是时刻变化的，希望新能源发电设备能够根据电网状态选择对应的控制方式，从而将安全的电力输送到电网服务千家万户。

由此，逆变器电压控制型策略和电流控制型策略的切换成了一个亟待研究的问题。关于这个问题，现有国内外的研究方案主要集中在逆变器并离网的无扰动切换方面。

目前，对于逆变器多控制方式无扰动切换方案，已有多篇学术论文进行分析并提出解决方案，例如：

1、题为“基于储能广义控制算法的微网并/离网平滑切换控制策略研究”，《中国电机工程学报》，2019年第10期2840-2853页的文章。该文提出一种适用于储能并网逆变器的广义控制算法，实现微网并/离网平滑切换。但是该方法针对的是并离网场景，逆变器工作在电压源模式时已经脱网，并不适用于逆变器一直并网的场景。

2、中国发明专利文献(公开号CN 108899935 B)于2019年10月18日公开的《并离网切换设备及系统》，本发明提出了一种并离网切换设备及系统,该并离网切换设备包括并网点开关、双向潮流逆变器、孤岛检测装置及储能装置，但是本发明需要储能装置和通讯装置，增加了系统的复杂程度，不利于协调控制。

3、中国发明专利文献(公开号CN 110021959 A)于2019年7月16日公开的《弱电网下基于短路比的并网逆变器双模式控制方法》，本发明提出了一种下垂模式控制和电流源控制的切换方法，但是本发明的电压源控制方式为下垂控制，并未涉及VSG控制和电流源控制的切换方法。而VSG控制较下垂控制具有惯性和阻尼作用，能更好的模拟同步发电机特性。

综合以上文献，现有的逆变器双模式无扰动切换存在以下不足：

1、现有的逆变器无扰动切换方面的研究主要集中于并离网切换，而并离网无扰动切换方式并不适用于一直并网发电的应用场景；

2、现有的并网逆变器无扰动切换方式主要集中于电流源控制和下垂控制之间的无扰动切换，而VSG控制比下垂控制多了阻尼和惯性，能够更好地模拟同步发电机支撑电网电压和频率。

发明内容

本发明提出一种并网逆变器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能够完成从VSG控制切换到电流源控制或者从电流源控制切换到VSG控制，且切换过程中逆变器输出电压、电流平滑无扰动。