[发明专利]基于MPPT和虚拟同步机特性的逆变器控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于MPPT和虚拟同步机特性的逆变器控制系统，包括逆变器主电路，以及分别与其相连的电网Grid、电流、电压采集模块，还包括功率计算模块、幅值检测模块、MPPT模块、频率‑有功功率下垂控制调节模块、电压‑无功功率下垂控制调节模块等，还公开了基于该系统的一种逆变器控制方法，采用虚拟同步机特性与MPPT协调控制技术，使光伏发电系统像发电机组一样参与频率和电压的调节过程，降低了单纯光伏发电系统对电网的不利影响，特别是当微电网或配电网发生电压频率异常事件时，能有效地为电网提供必要的有功和无功支撑，极大提高了分布式发电系统和微电网的运行可靠性。

主权项

基于MPPT和虚拟同步机特性的逆变器控制系统的控制方法，所述基于MPPT和虚拟同步机特性的逆变器控制系统包括逆变器主电路，以及分别与其相连的光伏阵列和电网，其特征在于，还包括与光伏阵列相连的直流电流采集模块（2）和直流电压采集模块（3）、连接在逆变器主电路与电网之间的交流电流采集模块（4）和交流电压采集模块（5），还包括功率计算模块（6）、幅值检测模块（7）、MPPT模块（8）、频率‑有功功率下垂控制调节模块（9）、电压‑无功功率下垂控制调节模块（10）、虚拟转动惯量模块（11）、积分调节模块（12）、逆变器相位生成模块（13）、电压参考信号生成模块（14）、电流环参考信号生成模块（15）、电流环调节模块（16）、调制波生成模块（17）和脉宽调制模块（18）；所述功率计算模块（6）根据交流电流采集模块（4）采集到的逆变器输出电流和交流电压采集模块（5）采集到的逆变器输出电压计算逆变器输出的有功功率和无功功率；所述幅值检测模块（7）根据逆变器输出电压计算逆变器主电路输出的电压幅值；所述MPPT模块（8）根据直流电流采集模块（2）输出的电流、所述直流电压采集模块（3）输出的电压和幅值检测模块（7）输出的电压幅值，计算有功功率给定值；所述频率‑有功功率下垂控制调节模块（9）根据虚拟转动惯量模块（11）输出的电压参考信号角频率和电网电压额定角频率，计算有功功率下垂给定值；所述电压‑无功功率下垂控制调节模块（10）根据幅值检测模块（7）输出的电压幅值和电网电压额定幅值，计算无功功率下垂给定值；所述虚拟转动惯量模块（11）根据频率‑有功功率下垂控制调节模块（9）输出的有功功率下垂给定值、功率计算模块（6）输出的有功功率和MPPT模块（8）输出的有功功率给定值，生成电压参考信号角频率；所述积分调节模块（12）根据电压‑无功功率下垂控制调节模块（10）输出的无功功率下垂给定值、功率计算模块（6）输出的无功功率和无功功率给定值，生成电压参考信号幅值信息；所述逆变器相位生成模块（13）根据虚拟转动惯量模块（11）输出的电压参考信号角频率生成相位信息；所述电压参考信号生成模块（14）根据积分调节模块（12）输出的电压参考信号幅值信息和逆变器相位生成模块（13）输出的相位信息生成三相电压参考信号；所述电流环参考信号生成模块（15）根据电压参考信号生成模块（14）输出的三相电压参考信号和交流电压采集模块（5）输出的逆变器输出电压生成三相电流参考信号；所述电流环调节模块（16）和调制波生成模块（17）根据电流环参考信号生成模块（15）输出的三相电流参考信号、交流电流采集模块（4）输出的逆变器输出电流和交流电压采集模块（5）输出的逆变器输出电压生成逆变器调制信号；所述脉宽调制模块（18）根据调制波生成模块（17）输出的逆变器调制信号和载波信号生成控制逆变器功率开关的控制信号；所述的基于MPPT和虚拟同步机特性的逆变器控制系统的控制方法，包括如下步骤：步骤一，将通过交流电压采集模块（5）获得的逆变器输出电压uoABC送入幅值检测模块（7）计算逆变器主电路输出的电压幅值；步骤二，将电压幅值和采集到的光伏阵列的电流和电压送入MPPT模块（8）计算获得有功功率给定值Pref，将采集到的逆变器输出电流iABC和逆变器输出电压uoABC送入功率计算模块（6）计算获得逆变器输出的有功功率和无功功率，同时，将电压参考信号角频率和电网电压额定角频率送入频率‑有功功率下垂控制调节模块（9）计算有功功率下垂给定值，将电压幅值和电网电压额定幅值送入电压‑无功功率下垂控制调节模块（10）计算无功功率下垂给定值；步骤三，将有功功率下垂给定值、有功功率给定值Pref和有功功率送入虚拟转动惯量模块（11）角频率，即计算电压参考信号角频率，同时，将无功功率下垂给定值、无功功率给定值和无功功率送入积分调节模块（12）计算电压参考信号幅值信息；步骤四，将电压参考信号角频率送入到逆变器相位生成模块（13）生成相位信息；步骤五，将相位信息和电压参考信号幅值信息送入电压参考信号生成模块（14）生成三相电压参考信号；步骤六，将三相电压参考信号和逆变器输出电压uoABC送入电流环参考信号生成模块（15）生成三相电流参考信号；步骤七，将三相电流参考信号和逆变器输出电流iABC送入电流环调节模块（16），并将该模块的计算结果和逆变器输出电压uoABC一同送入到调制波生成模块（17）生成逆变器调制信号vmABC；步骤八，将逆变器调制信号vmABC和载波信号vc送入到脉宽调制模块（18）生成控制逆变器功率开关的控制信号d。