[发明专利]一种弱电网下单相级联H桥并网逆变器控制方法

摘要

本发明公开了一种弱电网下单相级联H桥并网逆变器控制方法，其目的是实现级联型光伏逆变器在极弱电网下的稳定运行。该方法包括如下步骤：(1)直流侧电压控制，实现各H桥单元直流侧电压跟踪其最大功率点电压；(2)下垂控制，通过下垂控制方程和交流电压环得到网侧电流控制指令；(3)网侧电流控制，能够实现有功电流和无功电流的独立控制，同时产生逆变器调制信号。该控制方法结合了下垂控制策略和最大功率跟踪两种方法的优点，不但能够扩大级联H桥光伏并网逆变器稳定运行范围，而且能够实现各H桥单元的最大功率跟踪。

主权项

1.一种弱电网下单相级联H桥并网逆变器控制方法，所述的单相级联H桥并网逆变器由N个带有光伏组件的H桥单元、滤波电感L_S和滤波电容C_f组成，其特征在于，本控制方法包括直流侧电压控制、下垂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；采样滤波电感电流实际值并记为I_L；采样滤波电容电压实际值并记为V_o；采样电网电流实际值并记为I_S；步骤1.2，通过对每个H桥单元直流侧电压实际值V_PVi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^*，其中，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^*，通过直流电压调节器，计算得到每个H桥单元的有功功率P_i，其中i＝1,2,3...N，其计算式为：其中，K_VP为直流电压调节器比例系数，K_VI为直流电压调节器积分系数，i＝1,2,3...N，s为拉普拉斯算子；步骤1.4，根据步骤1.3得到的N个H桥单元的有功功率P_i计算得到N个H桥单元的有功功率之和并记为P_T，其计算式为：步骤2，下垂控制步骤2.1，将步骤1.1中采样得到的滤波电容电压实际值V_o通过虚拟同步旋转坐标变换转换成旋转坐标系下的滤波电容电压有功分量V_od和滤波电容电压无功分量V_oq；步骤2.2，将步骤1.1中采样得到的电网电流实际值I_S通过虚拟同步旋转坐标变换转换成旋转坐标系下的电网电流有功分量I_Sd和电网电流无功分量I_Sq；步骤2.3，根据步骤2.1得到的滤波电容电压有功分量V_od、滤波电容电压无功分量V_oq和步骤2.2得到的电网电流有功分量I_Sd、电网电流无功分量I_Sq，通过计算并经一阶低通滤波器滤波，得到逆变器输出平均有功功率P_o和平均无功功率Q_o，其计算式为：其中，τ为一阶低通滤波器时间常数；步骤2.4，根据步骤1.4得到的N个H桥单元的有功功率之和P_T和步骤2.3得到的逆变器输出平均有功功率P_o经有功功率‑频率下垂控制方程计算得到逆变器的输出角频率ω_o，输出角频率ω_o经过积分得到逆变器的输出相角θ_o，其有功功率‑频率下垂控制方程为：ω_o＝ω^*+m(P_T‑P_o)其中ω^*为电网同步角频率，m为有功下垂系数；步骤2.5，根据步骤2.3得到的逆变器输出平均有功功率Q_o经无功功率‑电压下垂控制方程计算得到滤波电容电压有功分量参考值和滤波电容电压无功分量参考值其无功功率‑电压下垂控制方程为：其中E为参考电动势，n为无功下垂系数，Q^*为上层给定无功功率指令；步骤2.6，根据步骤2.1得到的滤波电容电压有功分量V_od、滤波电容电压无功分量V_oq和步骤2.5得到的滤波电容电压有功分量参考值滤波电容电压无功分量参考值分别通过有功交流电压调节器和无功交流电压调节器，计算得到滤波电感电流有功分量参考值和滤波电感电流无功分量参考值其计算式为：其中，K_VP1为交流电压调节器比例系数，K_VI1为交流电压调节器积分系数；步骤3，网侧电流控制步骤3.1，将步骤1.1中采样得到的滤波电感电流实际值I_L通过虚拟同步旋转坐标变换转换成旋转坐标系下的滤波电感电流有功分量I_Ld和滤波电感电流无功分量I_Lq；步骤3.2，根据步骤2.6得到的滤波电感电流有功分量参考值滤波电感电流无功分量参考值和步骤3.1得到的滤波电感电流有功分量I_Ld、滤波电感电流无功分量I_Lq，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3.3，根据步骤3.2得到的d轴PI调节值E_d和q轴PI调节值E_q通过虚拟同步旋转反坐标变换得到逆变器总调制波电压V_r；步骤3.4，根据步骤1.3得到的N个H桥单元的有功功率P_i和步骤1.4得到的N个H桥单元的有功功率之和P_T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：步骤3.5，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，步骤3.3得到的逆变器总调制波电压V_r和步骤3.4得到的N个H桥单元功率分配系数Factor_i，计算每个H桥单元的调制波电压V_ri，i＝1,2,3...N，其计算式为：