基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統(tǒng)，包括逆變器主電路，以及分別與其相連的電網(wǎng)Grid、電流、電壓采集模塊，還包括功率計算模塊、幅值檢測模塊、MPPT模塊、頻率-有功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊、電壓-無功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊等，還公開了基于該系統(tǒng)的一種逆變器控制方法，采用虛擬同步機特性與MPPT協(xié)調(diào)控制技術(shù)，使光伏發(fā)電系統(tǒng)像發(fā)電機組一樣參與頻率和電壓的調(diào)節(jié)過程，降低了單純光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的不利影響，特別是當微電網(wǎng)或配電網(wǎng)發(fā)生電壓頻率異常事件時，能有效地為電網(wǎng)提供必要的有功和無功支撐，極大提高了分布式發(fā)電系統(tǒng)和微電網(wǎng)的運行可靠性。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)設(shè)及一種S相逆變器控制系統(tǒng)及方法，具體設(shè)及一種基于MPPT和虛擬同步 機特性的逆變器控制系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
近年來，隨著新能源發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，基于電力電子接口的分布式電源在電 力系統(tǒng)的滲透率不斷提升，大型光伏電站數(shù)量大幅增加。但傳統(tǒng)逆變電源大多采用下垂控 制法，在控制過程當中有一些弊端，不具有同步發(fā)電機慣性大和輸出阻抗大等優(yōu)點，不能完 全滿足電網(wǎng)穩(wěn)定運行的要求。 光伏發(fā)電系統(tǒng)缺乏慣量，不具備短時過載能力，與此同時，傳統(tǒng)集中式一次能源逐 漸減少，導致電網(wǎng)的轉(zhuǎn)動慣量逐漸減小，頻率波動變大，尤其是W光伏發(fā)電為主的供電系 統(tǒng)，其能源的間歇性和不可調(diào)度性更加劇了電網(wǎng)的頻率波動，使得系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性問題 日趨嚴峻，在電網(wǎng)故障情況下將不能提供短時功率甚至脫機，導致電力系統(tǒng)難W獲得足夠 的時間W恢復電網(wǎng)，進而導致電網(wǎng)穩(wěn)定性急劇下降。 此外，隨著光伏發(fā)電電網(wǎng)滲透率的提高，其在電網(wǎng)中的角色發(fā)生變化，光伏發(fā)電系 統(tǒng)將不再只是向電網(wǎng)提供電能，還應(yīng)能具備電壓源特性、能量存儲和旋轉(zhuǎn)備用功能，即能組 建光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)，具備一定的電網(wǎng)電壓和頻率支撐能力，向負載提供優(yōu)質(zhì)電能。然而，目 前基于電流源并網(wǎng)控制方式的光伏發(fā)電系統(tǒng)并不具備電壓支撐能力，且并入不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 時其穩(wěn)定性和動穩(wěn)態(tài)性能有較大差異，電網(wǎng)適應(yīng)性較差。 目前，最新發(fā)展的發(fā)電機模擬控制(GEC)技術(shù)實現(xiàn)了兩級式光伏逆變器的同步機 特性模擬，但在大型微電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的=相單級變換型光伏逆變器中，虛擬同步機與 MPPT協(xié)調(diào)控制的相關(guān)研究尚未開展。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于MPPT和虛擬同 步機特性的逆變器控制系統(tǒng)及方法，改進傳統(tǒng)逆變器控制方法，使其像發(fā)電機組一樣具有 調(diào)頻調(diào)壓能力，解決光伏分布式電源大規(guī)模并網(wǎng)的技術(shù)瓶頸。 為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用技術(shù)方案如下：[000引基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統(tǒng)，包括逆變器主電路，W及分別與 其相連的光伏陣列和電網(wǎng)Grid,其特征在于，還包括與光伏陣列相連的直流電流采集模塊 和直流電壓采集模塊、連接在逆變器主電路與電網(wǎng)Grid之間的交流電流采集模塊和交流電 壓采集模塊，還包括功率計算模塊、幅值檢測模塊、MPPT模塊、頻率-有功功率下垂控制調(diào)節(jié) 模塊、電壓-無功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊、虛擬轉(zhuǎn)動慣量模塊、積分調(diào)節(jié)模塊、逆變器相位生 成模塊、電壓參考信號生成模塊、電流環(huán)參考信號生成模塊、電流環(huán)調(diào)節(jié)模塊、調(diào)制波生成 模塊和脈寬調(diào)制模塊；所述功率計算模塊根據(jù)交流電流采集模塊采集到的逆變器輸出電流和交流電壓 采集模塊采集到的逆變器輸出電壓計算逆變器輸出的有功功率和無功功率； 所述幅值檢測模塊根據(jù)逆變器輸出電壓計算逆變器主電路輸出的電壓幅值； 所述MPPT模塊根據(jù)直流電流采集模塊輸出的電流、所述直流電壓采集模塊輸出的 電壓和幅值檢測模塊輸出的電壓幅值，計算有功功率給定值； 所述頻率-有功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊根據(jù)虛擬轉(zhuǎn)動慣量模塊輸出的電壓參考信 號角頻率和電網(wǎng)電壓額定角頻率，計算有功功率下垂給定值； 所述電壓-無功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊根據(jù)幅值檢測模塊輸出的電壓幅值和電網(wǎng) 電壓額定幅值，計算無功功率下垂給定值； 所述虛擬轉(zhuǎn)動慣量模塊根據(jù)頻率-有功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊輸出的有功功率下 垂給定值、功率計算模塊輸出的有功功率和MPPT模塊輸出的有功功率給定值，生成電壓參 考信號角頻率； 所述積分調(diào)節(jié)模塊根據(jù)電壓-無功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊輸出的無功功率下垂給 定值、功率計算模塊輸出的無功功率和無功功率給定值，生成電壓參考信號幅值信息； 所述逆變器相位生成模塊根據(jù)虛擬轉(zhuǎn)動慣量模塊輸出的電壓參考信號角頻率生 成相位信息； 所述電壓參考信號生成模塊根據(jù)積分調(diào)節(jié)模塊輸出的電壓參考信號幅值信息和 逆變器相位生成模塊輸出的相位信息生成=相電壓參考信號； 所述電流環(huán)參考信號生成模塊根據(jù)電壓參考信號生成模塊輸出的=相電壓參考 信號和交流電壓采集模塊輸出的逆變器輸出電壓生成=相電流參考信號； 所述電流環(huán)調(diào)節(jié)模塊和調(diào)制波生成模塊根據(jù)電流環(huán)參考信號生成模塊輸出的= 相電流參考信號、交流電流采集模塊輸出的逆變器輸出電流和交流電壓采集模塊輸出的逆 變器輸出電壓生成逆變器調(diào)制信號； 所述脈寬調(diào)制模塊根據(jù)調(diào)制波生成模塊輸出的逆變器調(diào)制信號和載波信號生成 控制逆變器功率開關(guān)的控制信號。 基于前述的基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于:包括如下步驟： 步驟一，將通過交流電壓采集模塊獲得的逆變器輸出電壓UdABC送入幅值檢測模塊 計算逆變器主電路輸出的電壓幅值V。； 步驟二，將電壓幅值V。和采集到的光伏陣列的電流和電壓送入MPPT模塊計算獲得 有功功率給定值Pref，將采集到的逆變器輸出電流iABC和逆變器輸出電壓UoABC送入功率計算 模塊計算獲得逆變器輸出的有功功率P。和無功功率q。，同時，將電壓參考信號角頻率和 電網(wǎng)電壓額定角頻率《。送入頻率-有功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊計算有功功率下垂給定值 Pd,將電壓幅值V。和電網(wǎng)電壓額定幅值Vn送入電壓-無功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊計算無功功 率下垂給定值Qd; 步驟立，將有功功率下垂給定值Pd、有功功率給定值Pref和有功功率P。送入虛擬轉(zhuǎn) 動慣量模塊計算角頻率，即計算電壓參考信號角頻率《。，同時，將無功功率下垂給定值Qd、 無功功率給定值Qref和無功功率q。送入積分調(diào)節(jié)模塊計算電壓參考信號幅值信息Vref; 步驟四，將電壓參考信號角頻率送入到逆變器相位生成模塊生成相位信息0。； 步驟五，將相位信息0。和電壓參考信號幅值信息Vref送入電壓參考信號生成模塊 生成S相電壓參考信號VrefABC ; 步驟六，將S相電壓參考信號VrefABC和逆變器輸出電壓UoABC送入電流環(huán)參考信號 生成模塊生成S相電流參考信號irefABC ;[002引步驟屯，將S相電流參考信號irefABC和逆變器輸出電流iABC送入電流環(huán)調(diào)節(jié)模塊， 并將該模塊的計算結(jié)果和逆變器輸出電壓UdABC-同送入到調(diào)制波生成模塊生成逆變器調(diào) 制f胃號VmABC; 步驟八，將逆變器調(diào)制信號VmABe和載波信號V。送入到脈寬調(diào)制模塊生成控制逆變 器功率開關(guān)的控制信號d。 前述的基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于： 所述步驟二中，有功功率下垂給定值Pd和無功功率下垂給定值Qd計算公式如下： Pd= ( CO JJ-CO。）? kf 式中kf為頻率-有功下垂系數(shù)， Qd=(Vn-Vo) ? kv 式中kv為電壓-無功下垂系數(shù)。 前述的基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述步驟=中，電壓參考信號角頻率《。和電壓參考信號幅值信息Vref計算公式如下：式中J為虛擬轉(zhuǎn)動慣量， 式中K為積分系數(shù)。 前述的基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于： 所述步驟四中，相位信息0。計算公式當前第1頁1 2 3 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
基于MPPT和虛擬同步機特性的逆變器控制系統(tǒng)，包括逆變器主電路，以及分別與其相連的光伏陣列和電網(wǎng)Grid，其特征在于，還包括與光伏陣列相連的直流電流采集模塊(2)和直流電壓采集模塊(3)、連接在逆變器主電路與電網(wǎng)之間Grid的交流電流采集模塊(4)和交流電壓采集模塊(5)，還包括功率計算模塊(6)、幅值檢測模塊(7)、MPPT模塊(8)、頻率?有功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊(9)、電壓?無功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊(10)、虛擬轉(zhuǎn)動慣量模塊(11)、積分調(diào)節(jié)模塊(12)、逆變器相位生成模塊(13)、電壓參考信號生成模塊(14)、電流環(huán)參考信號生成模塊(15)、電流環(huán)調(diào)節(jié)模塊(16)、調(diào)制波生成模塊(17)和脈寬調(diào)制模塊(18)；所述功率計算模塊(6)根據(jù)交流電流采集模塊(4)采集到的逆變器輸出電流和交流電壓采集模塊(5)采集到的逆變器輸出電壓計算逆變器輸出的有功功率和無功功率；所述幅值檢測模塊(7)根據(jù)逆變器輸出電壓計算逆變器主電路輸出的電壓幅值；所述MPPT模塊(8)根據(jù)直流電流采集模塊(2)輸出的電流、所述直流電壓采集模塊(3)輸出的電壓和幅值檢測模塊(7)輸出的電壓幅值，計算有功功率給定值；所述頻率?有功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊(9)根據(jù)虛擬轉(zhuǎn)動慣量模塊(11)輸出的電壓參考信號角頻率和電網(wǎng)電壓額定角頻率，計算有功功率下垂給定值；所述電壓?無功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊(10)根據(jù)幅值檢測模塊(7)輸出的電壓幅值和電網(wǎng)電壓額定幅值，計算無功功率下垂給定值；所述虛擬轉(zhuǎn)動慣量模塊(11)根據(jù)頻率?有功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊(9)輸出的有功功率下垂給定值、功率計算模塊(6)輸出的有功功率和MPPT模塊(8)輸出的有功功率給定值，生成電壓參考信號角頻率；所述積分調(diào)節(jié)模塊(12)根據(jù)電壓?無功功率下垂控制調(diào)節(jié)模塊(10)輸出的無功功率下垂給定值、功率計算模塊(6)輸出的無功功率和無功功率給定值，生成電壓參考信號幅值信息；所述逆變器相位生成模塊(13)根據(jù)虛擬轉(zhuǎn)動慣量模塊(11)輸出的電壓參考信號角頻率生成相位信息；所述電壓參考信號生成模塊(14)根據(jù)積分調(diào)節(jié)模塊(12)輸出的電壓參考信號幅值信息和逆變器相位生成模塊(13)輸出的相位信息生成三相電壓參考信號；所述電流環(huán)參考信號生成模塊(15)根據(jù)電壓參考信號生成模塊(14)輸出的三相電壓參考信號和交流電壓采集模塊(5)輸出的逆變器輸出電壓生成三相電流參考信號；所述電流環(huán)調(diào)節(jié)模塊(16)和調(diào)制波生成模塊(17)根據(jù)電流環(huán)參考信號生成模塊(15)輸出的三相電流參考信號、交流電流采集模塊(4)輸出的逆變器輸出電流和交流電壓采集模塊(5)輸出的逆變器輸出電壓生成逆變器調(diào)制信號；所述脈寬調(diào)制模塊(18)根據(jù)調(diào)制波生成模塊(17)輸出的逆變器調(diào)制信號和載波信號生成控制逆變器功率開關(guān)的控制信號。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：茹心芹，韋徵，王彤，宋飛，
申請(專利權(quán))人：南京南瑞太陽能科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32