[发明专利]基于主从式控制的逆变器光伏虚拟同步控制方法

摘要

本发明公开了基于主从式控制的逆变器光伏虚拟同步控制方法。该方法将光伏电站的光伏逆变器设置为主从控制模式，主逆变器执行最大功率追踪控制方法，从逆变器执行光伏虚拟同步控制方法，在主逆变器获得最大功率点的功率和电压通过通信发送给从逆变器，使从逆变器调整功率追踪的步长和调频参数。本发明改进原有光伏虚拟同步控制方法，使从逆变器始终处于调频状态，对电网频率有更好的调节效果。

主权项

1.一种基于主从式控制的逆变器光伏虚拟同步控制方法，本控制方法所涉及的逆变器台数为n，n为整数且n≥2，其特征在于，将逆变器分为主逆变器和从逆变器，所有逆变器之间采用通讯方式连接，主逆变器编号为#1，从逆变器编号为#i，i∈[2,n]且i为正整数，主逆变器采用最大功率追踪控制方法，从逆变器采用光伏虚拟同步控制方法；从逆变器采用的光伏虚拟同步控制方法的步骤如下：步骤1、采样主逆变器#1光伏电池板最大功率点的功率P_MPP及该光伏电池板最大功率点的电压U_MPP和开路电压U_OC，并经通讯下发给从逆变器；步骤2、采样从逆变器#i输出相电压U_oai,U_obi,U_oci，并经输出相电压坐标变换方程得到输出电压dq轴分量U_odi,U_oqi；采样从逆变器#i网侧电感电流I_oai,I_obi,I_oci，并经网侧电感电流坐标变换方程得到网侧电感电流dq轴分量I_odi,I_oqi；采样从逆变器#i桥臂电感电流I_Lai,I_Lbi,I_Lci，并经桥臂电感电流坐标变换方程得到桥臂电感电流dq轴分量I_Ldi,I_Lqi，其中d轴为有功轴，q轴为无功轴；通过锁相环获得电网频率ω_g，采样从逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电流I_pvi(k)和从逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压U_pvi(k)；步骤3、设置电网角频率基准值ω_ref和从逆变器#i上层有功功率指令P_ref0i，并根据步骤1得到的最大功率点的功率P_MPP和步骤2得到的电网频率ω_g，通过功率叠加方程获得功率指令其表达式为：其中，J_i为从逆变器#i的虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子，k_i为从逆变器#i的预设定平均有功功率输出值占当前最大功率点功率P_MPP的百分比，π为圆周率；步骤4、根据步骤3中得到的功率指令通过拉格朗日插值预测法得到期望参考功率指令步骤5、根据步骤2中得到的输出电压dq轴分量U_odi,U_oqi和网侧电感电流dq轴分量I_odi,I_oqi，通过功率计算方程获得平均有功功率P_oi；步骤6、根据步骤2中得到的从逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电流I_pvi(k)和从逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压U_pvi(k)、步骤4中得到的期望参考功率指令和步骤5中得到的平均有功功率P_oi，通过基于多项式拟合的功率跟踪法获得直流侧参考电压U_refi，其基于多项式拟合的功率跟踪法包括以下步骤：步骤6.1，求电压步长U_step，其计算公式为：当时，取U_step＝0；当时，取U_step＝U_{threshold_high}；当时，取其中，为未限幅电压步长，U_step为电压步长，U_{threshold_low}为低电压步长阈值，U_{threshold_high}为高电压步长阈值；步骤6.2，计算从逆变器#i在k时刻光伏电池板的功率P_pvi(k)，其计算公式为：P_pvi(k)＝U_pvi(k)·I_pvi(k)其中，k为时刻标志；步骤6.3，计算从逆变器#i的符号标志flag_i，其计算公式为：flag_i＝sign(P_pvi(k)‑P_pvi(k‑1))×sign(U_pvi(k)‑U_pvi(k‑1))其中，flag_i为从逆变器#i的符号标志，P_pvi(k)为从逆变器#i在k时刻光伏电池板的功率，P_pvi(k‑1)为从逆变器#i在k‑1时刻光伏电池板的功率，U_pvi(k)为从逆变器#i在k时刻直流侧光伏输出电压，U_pvi(k‑1)为从逆变器#i在k‑1时刻直流侧光伏输出电压，sign为符号函数数学运算符，其含义如下：其中，x为自变量；步骤6.4，求直流侧参考电压U_refi；当期望参考功率指令大于平均有功功率P_oi时，执行U_refi＝U_pvi(k)+U_step×flag_i；当期望参考功率指令小于等于平均有功功率P_oi时，如果flag_i大于等于零，执行U_refi＝U_pvi(k)+U_step，如果flag_i小于零，执行U_refi＝U_pvi(k)‑U_step×flag_i；步骤7、根据步骤2中得到的从逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压U_pvi(k)和步骤6中得到的直流侧参考电压U_refi，经过电压环获得光伏板参考功率P_refi；步骤8、根据步骤7中得到的光伏板参考功率P_refi和步骤5中得到的平均有功功率P_oi，经过功率外环得到d轴有功功率指令P_drefi；设置指令电压E_dref和从逆变器#i上层无功功率指令Q_ref0i，并根据步骤2中得到的输出电压d轴分量U_odi，通过一次调压方程获得无功功率指令Q_drefi；步骤9、根据步骤2中得到的输出电压d轴分量U_odi和步骤8中得到的d轴有功功率指令P_drefi、无功功率指令Q_drefi，经过电流计算方法得到电流d轴指令I_cdrefi和电流q轴指令I_cqrefi；步骤10、将步骤9中得到的电流d轴指令I_cdrefi和步骤2中得到的桥臂电感电流d轴分量I_Ldi，经过d轴电流闭环控制方程，得到d轴输出信号U_idi；将步骤9中得到的电流q轴指令I_cqrefi与步骤2中得到的桥臂电感电流q轴分量I_Lqi，经过q轴电流闭环控制方程，得到q轴输出信号U_iqi；步骤11、将步骤2中得到的输出电压d轴分量U_odi和输出电压q轴分量U_oqi分别加上步骤10中得到的d轴输出信号U_idi和q轴输出信号U_iqi，得到dq坐标系下的调制波U_mdi和U_mqi，其表达式分别为：步骤12、将步骤11中得到的dq坐标系下的调制波U_mdi和U_mqi经坐标反变换方程得到从逆变器桥臂电压的三相调制波U_mai,U_mbi,U_mci，经PWM调制后作为IGBT电路的驱动信号。