[发明专利]一种基于扰动观测的虚拟并网同步逆变器控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及三相电力电子逆变器控制方法，尤其涉及基于扰动观测器的虚拟并网同步逆变器控制方法。

背景技术

随着环境问题的日益凸显与化石能源的逐渐枯竭，新能源发电受到越来越多的关注，基于可再生能源的发电单元将会成为电力系统中最重要的电源之一。逆变器作为其中的主要接口装置，存在的最主要的电能质量问题就是电压和频率的偏移问题。低性能的逆变器会危及负载设备的安全和影响用户用电的正常使用。早期接入电网的分布式电源容量较小，对电力系统的影响较弱，因此当时的并网标准并不要求分布式电源参与电力系统的功率调节。随着分布式电源接入电网的容量越来越大，上述控制方式会对电力系统的稳定性、安全性造成较大影响。

根据同步发电机理论提出的虚拟同步发电机概念，当负载发生突变的情况时，功率的输出会跟着负载进行突然的变化，这大大影响了系统的稳定性。尤其在干扰严重的环境下，上述问题更为突出，难以满足电网稳定运行的控制要求。

扰动观测技术是通过将外部扰动及模型摄动造成的实际对象和标称模型(名义模型)输出的差异等效到控制输入端,然后在控制中引入等效补偿，实现对干扰的抑制。从已有文献来看，扰动观测方法作为一种抑制扰动的工具，在直流伺服电机控制、磁盘驱动、机器人、数控等领域得到了广泛的应用。同时，扰动观测技术由于计算量小、不需要安装额外的传感器等特点，非常适用于提高控制系统的抗干扰能力。然而此方法在系统的运行过程中遇到突变扰动时，例如突加负载，基于虚拟同步设计的并网逆变器电路很难保证输出电压跟踪的精确性，且恢复到期望值需要较长时间。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于扰动观测的虚拟并网同步逆变器控制方法，其包括以下步骤：

S1：从接有三相逆变器的三相电路实时采集三相电压和电流；

S2：将所述三相电压和电流进行坐标的3/2变换，通过功率的计算公式得出有功功率和无功功率；

S3：从所述有功功率和无功功率通过VSG控制算法得出三相调制波信号；

S4：通过所述三相电压和电流计算干扰补偿量；

S5：所述三相调制信号减去所述干扰补偿量得到补偿后的控制信号；

S6：将所述补偿后的控制信号与三角载波进行比较，产生SPWM波控制所述三相逆变器的工作状态。

进一步地，S2中所述的功率计算公式为

其中，v_α和v_β为逆变器滤波后αβ坐标系下的的电压表达式，i_α和i_β为滤波后在αβ坐标系下的电流表达式。

进一步地，S3中所述VSG控制算法将模拟同步发电机特性，其其数学方程为

P_set、Q_set为有功和无功功率给定；D_p、D_q为有功-频率和无功-电压下垂系数；Δω为电角速度差，Δω＝ω_n-ω；ω_n、ω为额定电角速度和实际电角速度；Δ_u为输出电压差，Δ_u＝u_n-u_o；u_n、u_o为额定电压有效值和输出电压有效值；J为转动惯量；K为惯性系数；

进一步地，所述干扰补偿量通过将Gd^-1(s)*Q(s)的输出信号和Q(s)的输出信号求和得到，Gd(s)＝G_n(s)＝K_pwm/LCs²+Ls/R+1，Q(s)＝1/(Ts+1)²,T＝10^-5，其中K_pwm为PWM增益，L为滤波电感，C为滤波电容，R为负载电阻，T为时间常数。

本发明还提供了一种基于扰动观测的虚拟并网同步逆变器控制系统，其包括采集模块、功率计算模块、VSG控制算法模块、扰动观测器模块、PWM调制模块；

所述采集模块采集三相电压和电流，并将所述三相电压和电流传递给功率计算模块；

所述功率计算模块所述三相电压和电流进行坐标的3/2变换，通过功率的计算公式得出有功功率和无功功率；

所述VSG控制算法模块从所述有功功率和无功功率通过VSG控制算法得出三相调制波信号；

所述扰动观测器模块所述三相调制信号减去所述干扰补偿量得到补偿后的控制信号；