[发明专利]级联型逆变器有功备用式变惯性虚拟同步控制方法

权利要求书

1.一种级联型逆变器有功备用式变惯性虚拟同步控制方法，所述的级联型逆变器为单相级联H桥光伏逆变器，由N个带有光伏组件的H桥单元和电感L_S组成，其特征在于，本控制方法包括直流侧电压控制、变惯性虚拟同步控制和网侧电流控制，步骤如下：

步骤1，直流侧电压控制

步骤1.1，对每个H桥单元的直流侧电压采样并依次经过100Hz陷波器滤波，得到N个H桥单元的直流侧电压实际值并记为V_PVi，i＝1,2,3...N；采样N个H桥单元的直流侧电流实际值并记为I_PVi，i＝1,2,3...N；采样电网电压实际值并记为V_grid；采样电网电流实际值并记为I_grid；

步骤1.2，通过对每个H桥单元直流侧进行最大功率点跟踪控制，得到N个H桥单元的直流侧电压指令值并记为V_PVi^*，i＝1,2,3...N；

步骤1.3，根据步骤1.1得到的N个H桥单元的直流侧电压实际值V_PVi和步骤1.2得到的N个H桥单元的直流侧电压指令值V_PVi^*，通过电压调节器，计算得到每个H桥单元的有功功率P_i，i＝1,2,3...N，其计算式为：

其中，K_VPi为电压调节器比例系数，i＝1,2,3...N；K_VIi为电压调节器积分系数，i＝1,2,3...N；s为拉普拉斯算子；

步骤2，变惯性虚拟同步控制

步骤2.1，对步骤1.1中采样的电网电压实际值V_grid进行锁相得到电网电压的相位θ、电网电压的角频率ω_g和电网电压有功分量U_od，计算得到一次调频功率P_w，其计算式为：

其中，m为有功下垂系数；ω₀为电网同步角频率；

步骤2.2，根据步骤1.3得到的每个H桥单元的有功功率P_i，选取第N个H桥单元为有功备用单元，计算得到有功备用单元在备用工作点的有功功率指令值P_{N_R}，其计算式为：

P_{N_R}＝λP_N-(1-λ)(P₁+P₂+…+P_N-1)

其中，λ为有功备用系数；P_N为第N个H桥单元的有功功率；

步骤2.3，根据步骤1.3得到的第N个H桥单元的有功功率P_N、步骤2.1得到的一次调频功率P_w和步骤2.2得到的有功备用单元在备用工作点的有功功率指令值P_{N_R}，计算得到有功备用单元的最大虚拟惯性功率P_{N_J}，其计算式为：

P_{N_J}＝P_N-(P_{N_R}+P_w)

步骤2.4，根据步骤2.1得到的电网电压的角频率ω_g和步骤2.3得到的有功备用单元的最大虚拟惯性功率P_{N_J}，计算得到虚拟转动惯量J，其计算式为：

sω_g＜0且s(sω_g)≤0时，

sω_g＜0且s(sω_g)0时，J＝J₀

sω_g≥0时，J＝J_min

其中，ε为补偿系数；J₀为sω_g＜0且s(sω_g)＝0时的虚拟转动惯量J的值；J_min为最小虚拟转动惯量；

步骤2.5，根据步骤2.1得到的电网电压的角频率ω_g，一次调频功率P_w和步骤2.4得到的虚拟转动惯量J，计算得到调频有功功率P_VSG，其计算式为：

P_VSG＝P_w-Jω₀sω_g

步骤2.6，根据步骤2.2得到的有功备用单元在备用工作点的有功功率指令值P_{N_R}和步骤2.5得到的调频有功功率P_VSG，计算得到第N个H桥单元的有功功率指令值P_{N_VSG}，其计算式为：

P_{N_VSG}＝P_{N_R}+P_VSG

步骤2.7，根据步骤1.3得到的每个H桥单元的有功功率P_i和步骤2.6得到的第N个H桥单元的有功功率指令值P_{N_VSG}，计算并网有功功率指令值P_ref，其计算式为：

P_ref＝P₁+P₂+…+P_N-1+P_{N_VSG}

步骤2.8，根据步骤2.1得到的电网电压有功分量U_od，计算并网无功功率指令值Q_ref，其计算式为：

其中，Q_ref0为上层给定无功功率指令；n为无功下垂系数，E₀为参考电动势；

步骤3，网侧电流控制

步骤3.1，通过二阶广义积分器将步骤1.1中采样的电网电流实际值I_grid转换成两相静止坐标系下的电网电流有功分量I_α和电网电流无功分量I_β，其计算式为：

其中，k为二阶广义积分器增益系数；

步骤3.2，根据步骤2.1得到的电网电压的相位θ和步骤3.1得到的两相静止坐标系下的电网电流有功分量I_α和电网电流无功分量I_β，计算得到两相同步旋转坐标系下的电网电流有功分量I_d和电网电流无功分量I_q，其计算式为：

步骤3.3，根据步骤2.1得到的电网电压有功分量U_od，步骤2.7得到的并网有功功率指令值P_ref和步骤2.8得到的并网无功功率指令值Q_ref，通过电流计算方程得到电网有功电流的指令值I_d^*和电网无功电流的指令值I_q^*，其计算式为：

步骤3.4，根据步骤3.2得到的两相同步旋转坐标系下的电网电流有功分量I_d和电网电流无功分量I_q，步骤3.3得到的电网有功电流的指令值I_d^*和电网无功电流的指令值I_q^*，分别通过有功电流调节器和无功电流调节器，计算得到d轴PI调节值E_d和q轴PI调节值E_q，其计算式分别为：

其中，K_iP为电流调节器比例系数，K_iI为电流调节器积分系数；

步骤3.5，根据步骤2.1得到的电网电压有功分量U_od和步骤3.4得到的d轴PI调节值E_d和q轴PI调节值E_q，计算得到逆变器调制波电压幅值V_r和逆变器调制波电压相位θ_r，其计算式为：

其中，sqrt表示开根号函数，arctan表示反正切函数；

步骤3.6，根据步骤1.3得到的每个H桥单元的有功功率P_i和步骤2.6得到的第N个H桥单元的有功功率指令值P_{N_VSG}，计算每个H桥单元的功率分配系数Factor_i，i＝1,2,3...N，其计算式为：

i＝1,2,3...N-1时，

i＝N时，

步骤3.7，根据步骤1.1得到的每个H桥单元的直流侧电压实际值V_PVi、步骤2.1得到的电网电压的相位θ、步骤3.5得到的逆变器调制波电压幅值V_r和逆变器调制波电压相位θ_r、步骤3.6得到的每个H桥单元的功率分配系数Factor_i，计算每个H桥单元的调制信号m_i，i＝1,2,3...N，其计算式为：