[发明专利]一种基于虚拟同步坐标系的并网逆变器直接功率控制方法

摘要

本发明提供了一种基于虚拟同步坐标系的并网逆变器直接功率控制方法，这种控制方案实施于虚拟同步坐标系中，而无需利用锁相环时时检测电网电压矢量相位角，同时消除与进线电感相关的电流解耦补偿项，降低控制系统对于电感参数的依赖性，同时，本发明在电网频率偏差具有自适应能力，亦可作为在电压相位与频率检测存在偏差条件下基于电网电压定向的直接功率控制方案的补充与拓展；此外，本发明可应用于太阳能、生物质能并网逆变装置和交流传动设备等各类形式的PWM电力变换器中。

主权项

1.一种基于虚拟同步坐标系的并网逆变器直接功率控制方法，包括如下步骤：步骤(1)，利用一组电压霍尔传感器采集并网逆变器的三相电网电压、三相输出电流；通过Clarke变换模块对所述三相电网电压、三相输出电流进行Clarke变换，对应得到静止α‑β坐标系下的电网电压矢量U_gαβ和输出电流矢量I_gαβ；步骤(2)，采用Park变换模块利用虚拟相位角θ对电网电压矢量U_gαβ和输出电流矢量I_gαβ进行Park变换，对应得到以虚拟相位角θ为基础的同步旋转坐标系下的电网电压矢量U_gdq和输出电流矢量I_gdq；步骤(3)，利用功率计算模块根据所述的电网电压矢量U_gdq和输出电流矢量I_gdq，计算并网逆变器的输出有功功率P_g、无功功率Q_g；步骤(4)，根据输出有功功率P_g、无功功率Q_g，采用比例‑复系数积分调节器通过误差调节、采用基于电网电压矢量U_gdq的d轴分量的正序分量和负序分量、以及电网电压矢量U_gdq的q轴分量的正序分量和负序分量的电压解耦补偿算法计算得到虚拟同步旋转坐标系下的并网逆变器交流输出电压指令V_gdq；步骤(5)根据虚拟相位角θ对并网逆变器交流输出电压指令V_gdq进行Park反变换，得到静止α‑β坐标系下的并网逆变器交流输出电压指令V_gαβ，进而通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对并网逆变器进行电压控制；在步骤(4)中，通过误差调节解耦补偿算法计算并网逆变器交流输出电压指令V_gdq的具体方法如下：首先，使给定的目标功率指令P_ref和Q_ref分别减去输出有功功率P_g、无功功率Q_g，对应得到功率误差信号ΔP_g和ΔQ_g；然后，采用比例‑复系数积分调节器对功率误差信号ΔP_g和ΔQ_g进行调节，得到虚拟同步旋转坐标系下的电压调节矢量V′_gdq；最后，对电压调节矢量V′_gdq进行解耦补偿，得到虚拟同步旋转坐标系下的并网逆变器交流输出电压指令V_gdq；根据以下算式，采用比例‑复系数积分调节器对功率误差信号ΔP_g和ΔQ_g进行调节：v'_gd＝C_P+I(s)ΔP_g+C_I(s)ΔQ_gv'_gq＝C_P+I(s)ΔQ_g+C_I(s)ΔP_g其中：v′_gd和v′_gq分别为比例‑复系数积分调节器输出矢量V′_gdq的d轴分量和q轴分量，K_p为比例系数，K_i为积分系数，s为拉普拉斯算子；根据以下算式对电压调节矢量V′_gdq进行计算解耦补偿：其中：u_gd和u_gq分别为电网电压矢量U_gdq的d轴分量和q轴分量，v′_gd和v′_gq分别为比例‑复系数积分调节器输出矢量V′_gdq的d轴分量和q轴分量，v_gd和v_gq分别为并网逆变器交流输出电压指令V_gdq的d轴分量和q轴分量，u_gd⁺表示在虚拟同步旋转坐标系中电网电压矢量U_gdq的d轴分量，u_gq⁺表示在虚拟同步旋转坐标系中电网电压矢量U_gdq的q轴分量。