[发明专利]基于电压闭环的级联型逆变器双模式无缝切换控制方法

摘要

本发明公开了一种基于电压闭环的级联型逆变器双模式无缝切换控制方法，该方法包括电流源模式与电压源模式互相切换控制方法。电流源模式切换电压源模式时，通过幅值同步和相位同步完成调制波电压的闭环跟踪，在此基础上采用电流前馈控制实现逆变器由电流源模式到电压源模式的无缝切换。电压源模式切换电流源模式时，通过调制波电压同步调节器完成调制波电压的闭环跟踪，在此基础上采用电流前馈控制实现逆变器由电压源模式到电流源模式的无缝切换。该方法能实现两种控制模式的无缝切换，还能实现光伏发电功率的最大跟踪。

主权项

1.一种基于电压闭环的级联型逆变器双模式无缝切换控制方法，所述的级联型逆变器由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，本控制方法包括电流源模式无缝切换电压源模式控制方法和电压源模式无缝切换电流源模式控制方法：所述电流源模式无缝切换电压源模式控制方法包括以下步骤：步骤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3，根据步骤1得到的N个H桥单元的直流侧电压实际值V_PVi和步骤2得到的N个H桥单元的直流侧电压指令值V_PVi^*，通过电流源模式下直流电压调节器，计算得到电流源模式下每个H桥单元的有功功率P_Ci，其中i＝1,2,3...N，其计算式为：其中，K_CVP为电流源模式下直流电压调节器比例系数，K_CVI为电流源模式下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4，根据步骤3得到的电流源模式下N个H桥单元的有功功率P_Ci计算得到电流源模式下N个H桥单元的有功功率之和并记为P_CT，其计算式为：步骤5，对步骤1中采样的滤波电容电压实际值V_o进行锁相获得电网电压幅值V_m和相位θ_g；通过虚拟同步旋转坐标变换将步骤1中采样得到的滤波电容电压实际值V_o转换成旋转坐标系下的电流源模式滤波电容电压有功分量V_Cod和电流源模式滤波电容电压无功分量V_Coq；通过虚拟同步旋转坐标变换将步骤1中采样得到的滤波电感电流实际值I_L转换成旋转坐标系下的电流源模式滤波电感电流有功分量I_CLd和电流源模式滤波电感电流无功分量I_CLq；步骤6，根据步骤4得到的电流源模式下N个H桥单元的有功功率之和P_CT和步骤5得到的电网电压幅值V_m计算得到电流源模式下滤波电感电流有功分量参考值其计算式为：步骤7，根据步骤5得到的电流源模式滤波电感电流有功分量I_CLd、电流源模式滤波电感电流无功分量I_CLq和步骤6得到的电流源模式下滤波电感电流有功分量参考值分别通过电流源模式下有功电流调节器和电流源模式下无功电流调节器，计算得到电流源模式下d轴PI调节值E_Cd和电流源模式下q轴PI调节值E_Cq，其计算式分别为：其中，K_CiP为电流源模式下电流调节器比例系数，K_CiI为电流源模式下电流调节器积分系数；步骤8，根据步骤7得到的电流源模式下d轴PI调节值E_Cd、电流源模式下q轴PI调节值E_Cq和步骤5得到的电流源模式滤波电容电压有功分量V_Cod、电流源模式滤波电容电压无功分量V_Coq通过虚拟同步旋转反坐标变换得到电流源模式下逆变器总调制波电压V_Cr；步骤9，根据步骤3得到的电流源模式下N个H桥单元的有功功率P_Ci和步骤4得到的电流源模式下N个H桥单元的有功功率之和P_CT计算电流源模式下每个H桥单元的功率分配系数Factor_Ci，i＝1,2,3...N，其计算式为：步骤10，根据步骤1得到的N个H桥单元的直流侧电压实际值V_PVi，步骤8得到的电流源模式下逆变器总调制波电压V_Cr和步骤9得到的电流源模式下N个H桥单元功率分配系数Factor_Ci，计算电流源模式下每个H桥单元的调制波电压V_Cri，i＝1,2,3...N，其计算式为：步骤11，切换前，锁存上一周期电流源模式下滤波电感电流有功分量参考值记为锁存上一周期电流源模式下N个H桥单元功率分配系数记为Factor_Cmi，计算得到每个电压源模式下直流电压调节器前馈控制量I_VFeedi，i＝1,2,3...N，其计算式为：步骤12，切换前，根据步骤7得到的电流源模式下d轴PI调节值E_Cd、电流源模式下q轴PI调节值E_Cq和步骤5得到的电流源模式滤波电容电压有功分量V_Cod计算得到电流源模式下逆变器总调制波电压的幅值V_Crm和相位θ_Cr，其计算式为：步骤13，将步骤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电压源模式滤波电容电压有功分量V_Vod和电压源模式滤波电容电压无功分量V_Voq；步骤14，将步骤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压源模式电网电流有功分量I_VSd和电压源模式电网电流无功分量I_VSq；步骤15，根据步骤13得到的电压源模式滤波电容电压有功分量V_Vod、电压源模式滤波电容电压无功分量V_Voq和步骤14得到的电压源模式电网电流有功分量I_VSd、电压源模式电网电流无功分量I_VSq，通过计算并经一阶低通滤波器滤波，得到电压源模式下逆变器输出平均有功功率P_Vo和平均无功功率Q_Vo，其计算式为：其中，τ为一阶低通滤波器时间常数；步骤16，根据步骤1得到的N个H桥单元的直流侧电压实际值V_PVi，步骤2得到的N个H桥单元的直流侧电压指令值V_PVi^*和步骤11得到的N个电压源模式下直流电压调节器前馈控制量I_VFeedi，通过电压源模式下直流电压调节器，计算得到电压源模式下每个H桥单元的有功功率P_Vi，其中i＝1,2,3...N，其计算式为：其中，K_VVP为电压源模式下直流电压调节器比例系数，K_VVI为电压源模式下直流电压调节器积分系数，i＝1,2,3...N；步骤17，根据步骤16得到的电压源模式下N个H桥单元的有功功率P_Vi计算得到电压源模式下N个H桥单元的有功功率之和并记为P_VT，其计算式为：步骤18，根据步骤17得到的电压源模式下N个H桥单元的有功功率之和P_VT和步骤15得到的电压源模式下逆变器输出平均有功功率P_Vo经有功功率‑频率下垂控制方程计算得到电压源模式下逆变器的输出角频率ω_Vo，电压源模式下输出角频率ω_Vo经过积分得到电压源模式下逆变器的输出相角θ_Vo，其有功功率‑频率下垂控制方程为：ω_Vo＝ω^*+m(P_VT‑P_Vo)其中ω^*为电网同步角频率，m为有功下垂系数；步骤19，根据步骤15得到的电压源模式下逆变器输出平均无功功率Q_Vo经无功功率‑电压下垂控制方程计算得到电压源模式下滤波电容电压有功分量参考值和电压源模式下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20，根据步骤12得到的电流源模式下逆变器总调制波电压的幅值V_Crm和相位θ_Cr，步骤18得到的电压源模式下逆变器的输出相角θ_Vo以及步骤19得到的电压源模式下滤波电容电压有功分量参考值分别通过电压源模式下相位同步调节器和幅值同步调节器，计算得到切换时电压源模式下逆变器总调制波电压的幅值V_Vrm和相位θ_Vr，其计算式为：其中，K_VSP1为电压源模式下幅值同步调节器比例系数，K_VSI1为电压源模式下幅值同步调节器积分系数，K_VSP2为电压源模式下相位同步调节器比例系数，K_VSI2为电压源模式下相位同步调节器积分系数；步骤21，根据步骤16得到的电压源模式下N个H桥单元的有功功率P_Vi和步骤17得到的电压源模式下N个H桥单元的有功功率之和P_VT计算电压源模式下每个H桥单元的功率分配系数Factor_Vi，i＝1,2,3...N，其计算式为：步骤22，根据步骤1得到的N个H桥单元的直流侧电压实际值V_PVi，步骤20得到的切换时电压源模式下逆变器总调制波电压的幅值V_Vrm和相位θ_Vr以及步骤21得到的电压源模式下N个H桥单元功率分配系数Factor_Vi，计算得到切换时电压源模式下每个H桥单元的调制波电压V_Vri，i＝1,2,3...N，其计算式为：所述电压源模式无缝切换电流源模式控制方法包括：首先，切换前，启动调制波电压同步调节器，将步骤19得到的电压源模式下滤波电容电压有功分量参考值步骤7得到的上一周期电流源模式下d轴PI调节值和步骤5得到的电流源模式滤波电容电压有功分量V_Cod通过调制波电压同步调节器得到切换前电流源模式下滤波电感电流有功分量参考值其计算式为：其中，K_CSP为电流源模式下调制波电压同步调节器比例系数，K_CSI为电流源模式下调制波电压同步调节器积分系数；其次，调制波电压同步完成后，锁存上一周期电压源模式下滤波电感电流有功分量参考值记为锁存上一周期电压源模式下N个H桥单元功率分配系数记为Factor_Vmi，计算得到每个电流源模式下直流电压调节器前馈控制量I_CFeedi，i＝1,2,3...N，其计算式为：最后，将电流源模式下直流电压调节器前馈控制量I_CFeedi叠加在每个电流源模式下直流电压调节器的输出，计算得到切换时电流源模式下每个H桥单元的有功功率P_C′_i，其中i＝1,2,3...N，其计算式为：