[发明专利]基于SPF-PLL带本地负荷的自同步虚拟同步逆变器并网控制器及方法

说明书

本发明公开了基于SPF‑PLL带本地负荷的自同步虚拟同步逆变器并网控制器及方法，由逆变器输出电压电流信息采集模块、网侧电压信息采集模块、虚拟同步逆变器控制模块、离/并网切换模块、PWM驱动器组成；解决了虚拟同步逆变器在孤岛模式和并网模式切换过程中产生的冲击电流等问题，实现带负载虚拟同步逆变器从孤岛模式到并网模式的无缝切换。

技术领域

本发明属于微电网逆变器控制技术领域，涉及一种基于SPF-PLL带本地负荷的自同步虚拟同步逆变器并网控制器及其并网方法。

背景技术

随着传统化石能源的日益枯竭与日渐增加的环境压力，能源结构正经历着从传统能源为主向可再生能源充分利用的调整过渡期。我国幅员辽阔，风能资源、海洋能量资源及生物能资源丰富，这为我国的能源结构调整提供了基本的前提。新能源的自身分散的特性使其更适用于作为分布式电源以微电网的形式向负载供电。

一般情况下，微电网可以以并网模式或孤岛模式运行。处于孤岛模式时，分布式电源(DG)为局部负载供电。微电网通常在电网故障条件下切换到孤岛模式，故障清除后恢复并网模式。然而，如果微电网通过并网逆变器重新连接到电网时没有预同步，则将会产生巨大的冲击电流，对电网本身造成严重的威胁。这在一定程度上制约了微电网的进一步推广。因此，提出一种微电网控制策略以保证两种工作模式之间的无缝切换非常重要。

目前，微电网中典型的逆变器控制方法主要有：下垂控制、PQ控制、VF控制和虚拟同步控制等。其中“虚拟同步控制”是一种由钟庆昌教授提出的模拟同步发电机特性的逆变器控制策略。其使得没有机械惯性的电力电子逆变器具备了等同于同步发电机惯性的特性，极大的改善了逆变器的动态性能，使得逆变器能像同步发电机一样进行发电的同时抑制电网中的高频纹波。因此，相对于其他控制策略，虚拟同步逆变器更适合在并网模式和孤岛模式下的灵活运行。然而，与其他逆变器相同，为了实现并网模式的无缝切换，虚拟同步逆变器输出电压的频率和相位也需要与电网同步。

目前已有的控制方法在切换过渡过程对电网和本地负荷的影响已经能够显著降低。然而，所有这些方法不仅需要独立的PLL(锁相环)单元，而且还需要其它的补偿控制器以及通信单元。致使系统调控结构略为复杂，且一般都不太适用于虚拟同步逆变器。

目前，具备锁相环单元的预同步控制策略应用广泛。有部分学者提出用于电压同步的线性积分方法和适用于下垂控制的分布式电源孤岛-并网模式无缝切换策略，两种方法在切换过渡过程中对电网和本地负荷的影响都显著减小。然而，这些方法不仅需要独立的PLL单元，而且还需要增加额外的补偿控制器和通信环节，致使系统调控结构较为复杂，且都不能直接适用于虚拟同步逆变器。

有学者提出另一种使用虚拟阻抗而非增加锁相环PLL同步单元的自同步逆变器。在孤岛模式和并网模式之间的无缝切换可以通过该同步器实现。但是，这一新型的自同步器的概念是基于无任何本地负荷的并网逆变器提出，不能适用于带本地负荷的微电网。

因此，在简化同步控制系统降低成本的前提下，研究一种普遍适用于带负载与不带负载的虚拟同步逆变器，实现同步并网的控制策略具有重要意义。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种基于SPF-PLL带本地负荷的自同步虚拟同步逆变器并网控制器及其并网方法，解决了虚拟同步逆变器在孤岛模式和并网模式切换过程中产生的冲击电流等问题，实现带负载虚拟同步逆变器从孤岛模式到并网模式的无缝切换。

本发明所采用的技术方案是，基于SPF-PLL带本地负荷的自同步虚拟同步逆变器并网控制器，由逆变器输出电压电流信息采集模块、网侧电压信息采集模块、虚拟同步逆变器控制模块、离/并网切换模块、PWM驱动器组成；

所述逆变器输出电压电流信息采集模块，用于采集逆变器输出端电压信号、逆变器输出端电流信号；