[发明专利]基于双曲正切函数下垂的新能源变流器控制方法

权利要求书

1.一种基于双曲正切函数下垂的新能源变流器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、设系统中变流器台数为N，N台变流器容量相同且输出并联在一起共同接入电网，将其中任意一台变流器标记为变流器#i，即i∈[1，N]，N≥2；

步骤2、采样变流器#i的三相输出相电压U_oai，U_obiU_oci和变流器#i的变流器侧电感电流I_L1ai，I_L1bi，I_L1ci；

步骤3、根据步骤2中得到的变流器#i的三相输出相电压U_oai，U_obi，U_oci、变流器#i的变流器侧电流I_L1ai，I_L1bi，I_L1ci，计算得出变流器#i输出有功功率P_oi和变流器#i输出无功功率Q_oi，并分别经过低通滤波器滤除高频谐波，得到变流器#i输出平均有功功率和变流器#i输出平均无功功率

变流器#i输出平均有功功率和变流器#i输出平均无功功率的计算公式分别为：

其中G_LF(s)为低通滤波器的传递函数，s为拉普拉斯算子；

步骤4、设有功功率的指令为P_refi，将有功功率的指令P_refi与步骤3中得到的变流器#i输出平均有功功率作差后得到功率偏差ΔP_oi，再经过有功外环控制得到变流器#i角频率指令ω_refi，变流器#i角频率指令ω_refi经积分运算得到变流器#i的相角指令θ_refi；所述积分运算的计算公式为：

式中，ω₀为变流器#i输出电压的额定角频率，ω_Δ为变流器#i输出额定容量有功功率时其角频率允许的稳态偏差，tanh为双曲正切函数，λ为变流器#i的有功功率调整系数，π为圆周率，P_Ni为变流器#i的额定功率；

步骤5、根据步骤3中得到的变流器#i输出平均无功功率经过无功外环控制算法得到变流器#i的d轴电压闭环指令U_drefi，其计算式为：

其中，U₀为变流器#i额定输出相电压幅值，n_i为变流器#i的无功功率下垂系数；

步骤6、根据步骤2中得到的变流器#i的三相输出相电压U_oai，U_obi，U_oci、变流器#i的变流器侧电流I_L1ai，I_L1bi，I_L1ci和步骤4得出的变流器#i的相角指令θ_refi，经同步旋转坐标变换后分别得到变流器#i的输出相电压dq轴分量U_odi，U_oqi和变流器#i的变流器侧电感电流dq轴分量I_L1di，I_L1qi，其中d轴为有功轴，q轴为无功轴；

步骤7、设变流器#iq轴的电压闭环指令U_qrefi＝0，将该变流器#i的q轴电压闭环指令U_qrefi与步骤6中得到的变流器#i的输出相电压q轴分量U_oqi，经过q轴电压闭环控制，得到变流器#iq轴变流器侧电感电流闭环指令I_L1qrefi；将步骤5中得到的变流器#i的d轴电压闭环指令U_drefi与步骤6中得到的变流#i的输出相电压d轴分量U_odi，经过d轴电压闭环控制，得到变流器#i的d轴变流器侧电感电流闭环指令I_L1drefi；

d轴电压闭环控制方程和q轴电压闭环控制方程分别为：

I_L1drefi＝(U_drefi-U_odi)G_V(s)

I_L1qrefi＝(U_qrefi-U_oqi)G_V(s)

其中，G_V(s)为输出相电压闭环比例积分调节器，其表达式为：

G_V(s)＝k_pv+k_iv/s

k_pv为输出相电压闭环比例调节器系数，k_iv为输出相电压闭环积分调节器系数；

步骤8，将步骤7中得到的变流器#i的d轴变流器侧电感电流闭环指令I_L1drefi与步骤6中得到的变流器#i的d轴变流器侧电感电流分量I_L1di，经过d轴变流器侧电感电流闭环控制得到变流器#i的d轴输出信号U_idi；将步骤7中得到的变流器#i的q轴变流器侧电感电流闭环指令I_L1qrefi与步骤6中得到的变流器#i的q轴变流器侧电感电流分量I_L1qi，经过q轴变流器侧电感电流闭环控制得到q轴输出信号U_iqi；

d轴变流器侧电感电流闭环控制方程和q轴变流器侧电感电流闭环控制方程分别为：

U_idi＝(I_L1drefi-I_L1di)G_I(s)

U_iqi＝(I_L1qrefi-I_L1qi)G_I(s)

其中，G_I(s)为变流器侧电感电流闭环比例积分调节器，其表达式为：

G_I(s)＝k_pi+k_ii/s

k_pi为变流器侧电感电流闭环比例调节器系数，k_ii为变流器侧电感电流闭环积分调节器系数；

步骤9、将变流器#i的d轴电压闭环指令U_drefi和变流器#i的q轴电压闭环指令U_qrefi作为电压指令前馈，分别加上变流器#i的d轴输出信号U_idi和变流器#i的q轴输出信号U_iqi，得到dq坐标系下的调制波U_mdi，U_mqi；

U_mdi＝U_idi+U_drefi

U_mqi＝U_iqi+U_qrefi

步骤10、将步骤9中得到的dq坐标系下的调制波U_mdi，U_mqi和步骤4得出的变流器#i的相角指令θ_refi，变换得到abc静止坐标系下的调制波U_mai，U_mbi，U_mci，经调制后作为IGBT/MOSFET组成的三相桥式功率电路的驱动信号；

2.根据权利要求1所述的一种基于双曲正切函数下垂的新能源变流器控制方法，其特征在于，权利要求1步骤4所述的有功外环控制采用双曲正切函数下垂控制算法，具体实现方式包括以下两种：

(1)通过双曲正切函数实现，其表达式为：

式中，e为自然对数的底数；

(2)通过泰勒级数展开形式实现，其表达式为：