CN107257140A - 基于逆下垂控制的光伏微网系统离/并网控制方法 - Google Patents

Abstract

基于逆下垂控制的光伏微网系统离/并网控制方法，涉及离/并网切换领域。本发明是为了解决传统下垂控制无法对逆变器输出电流进行直接控制，并网状态下注入电网中的电能质量不可控，并网电流波形无法达到理想状态的问题。离并网状态下均采用统一的电流型控制器，离网恒功率输出模块用来驱动开关管T₀，从而使前级变换器输出功率等于后级逆变器输入的功率，离网逆变电压输出模块用来驱动全桥逆变电路，从而稳定直流母线电压并输出正弦交流电压；并网功率最大化输出模块用来驱动开关管T₀，从而实现逆变器最大功率的输出，并网电流输出模块用以驱动全桥逆变电路，从而稳定直流母线电压并使输出电流单位功率因数并网。用于逆变器的离并网无缝切换。

Description

基于逆下垂控制的光伏微网系统离/并网控制方法

技术领域

本发明涉及光伏微网系统离/并网控制方法。属于离/并网切换领域。

背景技术

光伏微网具有两种工作模态：并网运行和离网运行。并网运行时，光伏单元将太阳能转化为电能，在为用电负荷供电的同时将多余的电能馈入到电网中。离网运行指光伏逆变器通过静态开关断开与大电网的连接，光伏单元的能量全部供给本地负荷，保证本地用电负荷的正常运行。对应于微网的两种运行模式，需要在控制层面设计相应的控制策略，实现在两种运行状态下及切换瞬态的稳定运行。传统控制系统在离并网分别采用了电压型和电流型两套控制策略，对应了静态开关的导通和关断状态，控制策略的不同以及静态开关动作的延迟会导致严重的切换冲击。

针对传统切换控制的缺点，有学者提出了在传统切换控制策略基础上的电压电流加权控制。然而，该控制器结构复杂，且仍然是基于传统的离网电压型控制和并网电流型控制，从本质上未实现控制器在离并网状态下的统一，仍然存在一定程度的离并网切换瞬态冲击。还有学者提出了间接电流控制，其控制思想源自于对逆变器输出端的稳态电压平衡关系。该方法对于稳定状态下运行的离并网光伏逆变器具有良好的控制效果，然而间接电流控制应用于动态系统时响应速度较慢。在控制过程中引入了非线性运算，对控制器的处理速度要求较高，从一定程度上反而增加了系统的控制成本并降低了系统的可靠性。

下垂控制是广泛应用于逆变器并联系统中的一种控制方法，其基本思想源自于同步电机的下垂外特性，引入下垂方程建立了逆变器输出电压幅值频率和有功无功功率的线性关系。但是，传统下垂控制在应用于并网控制中存在诸多缺陷。其中，由于下垂方程入口参数包括逆变器输出的有功和无功功率，因而控制速度被限制在了工频周期，最外环的控制速度较慢，对瞬态的网侧电压波动及直流输入侧的波动无法实现良好的动态补偿。甚至，传统下垂控制仍然无法对逆变器输出电流进行直接控制，并网状态下注入电网中的电能质量不可控，并网电流波形无法达到理想状态。

发明内容

本发明是为了解决传统下垂控制无法对逆变器输出电流进行直接控制，并网状态下注入电网中的电能质量不可控，并网电流波形无法达到理想状态的问题。现提供基于逆下垂控制的光伏微网系统离/并网控制方法。

基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法，所述光伏微网系统包括电容C₁、电容C_ac、电容C₂、二极管D、全桥逆变电路VD、开关管T₀、电感L和电感Lac；

电容C₁的两端连接光伏阵列PV的输出端，电容C₁的一端连接电感L的一端，电感L的另一端同时连接开关管T₀的集电极和二极管D的正极，开关管T₀的发射极、电容C₁的另一端和电容C₂的一端均连接全桥逆变电路VD的一个输入端，电容C₂的另一端同时连接二极管D的负极和全桥逆变电路VD的另一个输入端；

全桥逆变电路VD的一个输出端连接电感L_ac的一端，电感L_ac的另一端连接电容C_ac的一端，全桥逆变电路VD的另一个输出端连接电容C_ac的另一端，电容C_ac的两端与负载相并联；

所述离网控制方法基于离网恒功率输出模块1和离网逆变电压输出模块2实现；

所述方法包括以下过程：

步骤一、实时采集电容C₁两端电压U_PV、光伏阵列PV输出电流I_PV和电容C_ac两端电压U，离网恒功率输出模块1对采集的U_PV、I_PV和U进行处理，生成开关管T₀驱动调制信号，然后进行PWM调制，调制后的信号，用来驱动开关管T₀，从而使前级变换器输出功率等于后级逆变器输入的功率；

步骤二、离网逆变电压输出模块2实时采集电容C_ac两端电压U、全桥逆变电路输出电流i_ac、电感L_ac电流i_L和电容C₂两端电压U_DC，U_DCref与U_DC作差后进行电压PI调节，生成全桥逆变电路输出电流参考幅值I_ref；

步骤三、离网逆变电压输出模块2对U、i_ac、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号，该信号用来驱动全桥逆变电路的开关管工作，从而稳定直流母线电压并输出正弦交流电压。

步骤一中，生成开关管T₀驱动的调制信号的具体过程为：

采用逆下垂方程对电容C_ac两端电压U进行处理，获得光伏阵列输出的参考功率P，光伏阵列输出的参考功率P除以电容C₁两端电压U_PV，得到I_PVref，与光伏阵列PV输出电流I_PV作差后进行PI调节，生成开关管T₀驱动调制信号。

步骤三中，由离网逆变电压输出模块2对U、i_ac、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号的具体过程为：

步骤三一、根据i_ac和U得到全桥逆变电路输出的无功功率Q，采用下垂方程对全桥逆变电路输出的无功功率Q进行处理，获得全桥逆变电路输出参考角频率ω_ref；

步骤三二、I_ref和ω_ref通过参考电流生成模块，生成全桥逆变电路输出电流参考i_acref；

步骤三三、根据i_acref与i_L作差后进行PR控制并进行SPWM调制，生成全桥逆变器的驱动信号。

基于逆下垂控制的光伏微网系统并网控制方法，所述光伏微网系统包括电容C₁、电容C_ac、电容C₂、二极管D、全桥逆变电路VD、开关管T₀、电感L和电感Lac。

电容C₁的两端连接光伏阵列PV的输出端，电容C₁的一端连接电感L的一端，电感L的另一端同时连接开关管T₀的集电极和二极管D的正极，开关管T₀的发射极、电容C₁的另一端和电容C₂的一端均连接全桥逆变电路VD的一个输入端，电容C₂的另一端同时连接二极管D的负极和全桥逆变电路VD的另一个输入端；

全桥逆变电路VD的一个输出端连接电感L_ac的一端，电感L_ac的另一端连接电容C_ac的一端，全桥逆变电路VD的另一个输出端连接电容C_ac的另一端，电容C_ac的两端与负载和电网的公共耦合点相并联；

所述并网控制方法基于并网功率最大化输出模块3和并网电流输出模块4实现；

所述方法包括以下过程：

步骤1、实时采集电容C₁两端电压U_PV和光伏阵列PV输出电流I_PV，并网功率最大化输出模块3对采集的U_PV和I_PV进行处理，生成开关管T₀驱动调制信号，然后进行PWM调制，调制后的信号，用来驱动开关管T₀，从而实现光伏逆变器最大功率的输出；

步骤2、并网电流输出模块4实时采集电容C₂两端电压U_DC，U_DCref与U_DC作差后进行电压PI调节，生成全桥逆变电路输出电流参考幅值I_ref；

步骤3、并网电流输出模块4实时采集电容C_ac两端电压U_grid和电感L_ac的电流i_L，并对U_grid、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号，用以驱动全桥逆变电路，从而输出并网电流并稳定直流母线电压。

步骤1中，生成开关管T₀驱动调制信号的具体过程为：

采用MPPT控制器对U_PV和I_PV进行处理，获得电容C₁两端电压参考U_PVref，U_PVref与U_PV作差后进行电压PI调节，得到开关管T₀驱动调制信号。

步骤3中，并网电流输出模块4实时采集电容C_ac两端电压U_grid和电感L_ac电流i_L，并对U_grid、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号的具体过程为：

步骤A1、电容C_ac两端的电压U_grid经过锁相环的处理，得到全桥逆变电路输出参考相位θ_ref；

步骤A2、全桥逆变电路输出电流参考幅值I_ref和逆变器输出参考相位θ_ref通过参考电流生成模块，生成全桥逆变电路输出电流参考i_acref；

步骤A3、根据全桥逆变电路输出电流参考i_acref与i_L作差后进行PR控制并进行SPWM调制，生成全桥逆变电路的驱动信号，用以驱动全桥逆变电路的开关管，从而实现直流母线电压的稳定和输出电流满足单位功率因数并网的要求。

步骤一中，生成开关管T₀驱动调制信号的具体过程为：

采用逆下垂方程对电容C_ac两端电压U进行处理，获得全桥逆变器输出的参考功率P，全桥逆变器输出的参考功率P除以电容C₁两端电压U_PV，得到I_PVref，与光伏阵列PV输出电流I_PV作差后进行PI调节，生成开关管T₀驱动调制信号。

步骤三中，由离网逆变电压输出模块2对U、i_ac、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变器的驱动信号的具体过程为：

步骤三一、根据i_ac和U得到全桥逆变电路输出的无功功率Q，采用下垂方程对全桥逆变电路输出的无功功率Q进行处理，获得全桥逆变电路输出参考角频率ω_ref；

步骤三二、I_ref和ω_ref通过参考电流生成模块，生成全桥逆变电路输出电流参考i_acref；

步骤三三、i_acref与i_L作差后进行PR控制，然后进行SPWM调制，生成全桥逆变电路的驱动信号。

基于逆下垂控制的光伏微网系统并网控制方法，所述光伏微网系统包括电容C₁、电容C_ac、电容C₂、二极管D、全桥逆变电路VD、开关管T₀、电感L和电感Lac。

电容C₁的两端连接光伏阵列PV的输出端，电容C₁的一端连接电感L的一端，电感L的另一端同时连接开关管T₀的集电极，开关管T₀的发射极、电容C₁的另一端、电容C₂的一端同时连接全桥逆变电路VD的一个输入端，电容C₂的另一端连接全桥逆变电路VD的另一个输入端；

全桥逆变电路VD的一个输出端连接电感Lac的一端，电感Lac的另一端连接电容C_ac的一端，全桥逆变电路VD的另一个输出端连接电容C_ac的另一端，电容C_ac的两端与负载和电网的公共耦合点相并联；

所述并网控制方法基于并网功率最大化输出模块3和并网电流输出模块4实现；

所述方法包括以下过程：

步骤1、实时采集电容C₁两端电压U_PV和光伏阵列PV输出电流I_PV，并网功率最大化输出模块3对采集的U_PV和I_PV进行处理，生成开关管T₀驱动调制信号，然后对开关管T₀驱动调制信号进行PWM调制，调制后的信号，用来驱动开关管T₀，从而实现逆变器最大功率的输出；

步骤2、并网电流输出模块4实时采集电容C₂两端电压U_DC，U_DCref与U_DC作差后进行电压PI调节，生成全桥逆变器输出电流参考幅值I_ref；

步骤3、并网电流输出模块4实时采集电容C_ac两端电压U_grid和全桥逆变器输出电流i_L，并对U_grid、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号，用以驱动全桥逆变电路开关管，从而稳定直流母线电压。

步骤1中，生成开关管T₀驱动调制信号的具体过程为：

采用MPPT控制器对U_PV和I_PV进行处理，获得电容C₁两端电压参考U_PVref，U_PVref与U_PV作差后进行电压PI调节，得到开关管T₀驱动调制信号。

步骤3中，并网电流输出模块4实时采集电容C_ac两端电压U_grid和电感电流i_L，并对U_grid、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号的具体过程为：

步骤A1、电容C_ac两端的电压U_grid经过锁相环的处理，得到全桥逆变电路输出参考相位θ_ref；

步骤A2、全桥逆变电路输出电流参考幅值I_ref和逆变电路输出参考相位θ_ref通过参考电流生成模块，生成全桥逆变电路输出电流参考i_acref；

步骤A3、全桥逆变电路输出电流参考i_acref与i_L作差后进行PR控制，然后进行SPWM调制，生成全桥逆变电路的驱动信号，用以驱动全桥逆变电路开关管，从而实现直流母线电压的稳定和输出电流满足单位功率因数并网的要求。

本发明的有益效果：

本申请在离并网状态下均采用统一的电流型控制器，实现了模式切换的顺滑过渡，从根本上消除了切换冲击，保证了系统的稳定运行。

直流母线电压在离网和并网状态下均由后级进行稳定，直流母线环与内环的准PR控制器在离并网状态下保证了控制结构的高度一致性。对于离网和并网的前级控制差异仅在于有功功率参考：离网时由逆变器输出电压经过逆下垂方程产生，并网时由MPPT控制输出最大功率，本质上均属于恒功率控制。对于离网和并网的后级控制差异仅在于逆变器输出电流的相位参考：离网时由无功下垂方程产生，并网时采用锁相环获得电网的相位。同时，离并网切换瞬态前的预同步过程将保证逆变器输出相位和电网相位保持一致。因此，本申请最大程度地保证逆变器的离并网无缝切换。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法的原理示意图；

图2为具体实施方式一所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统并网控制方法的原理示意图；

图3为并联逆变器离网到并网切换瞬间实验波形图；

图4为并联逆变器并网到离网切换瞬间实验波形图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1体说明本实施方式，本实施方式所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法，所述光伏微网系统包括电容C₁、电容C_ac、电容C₂、二极管D、全桥逆变电路VD、开关管T₀、电感L和电感Lac；

电容C₁的两端连接光伏阵列PV的输出端，电容C₁的一端连接电感L的一端，电感L的另一端同时连接开关管T₀的集电极和二极管D的正极，开关管T₀的发射极、电容C₁的另一端和电容C₂的一端均连接全桥逆变电路VD的一个输入端，电容C₂的另一端同时连接二极管D的负极和全桥逆变电路VD的另一个输入端；

全桥逆变电路VD的一个输出端连接电感L_ac的一端，电感L_ac的另一端连接电容C_ac的一端，全桥逆变电路VD的另一个输出端连接电容C_ac的另一端，电容C_ac的两端与负载相并联；

所述离网控制方法基于离网恒功率输出模块1和离网逆变电压输出模块2实现；

所述方法包括以下过程：

步骤一、实时采集电容C₁两端电压U_PV、光伏阵列PV输出电流I_PV和电容C_ac两端电压U，离网恒功率输出模块1对采集的U_PV、I_PV和U进行处理，生成开关管T₀驱动调制信号，然后进行PWM调制，调制后的信号，用来驱动开关管T₀，从而使前级变换器输出功率等于后级逆变器输入的功率；

步骤二、离网逆变电压输出模块2实时采集电容C_ac两端电压U、全桥逆变电路输出电流i_ac、电感L_ac电流i_L和电容C₂两端电压U_DC，U_DCref与U_DC作差后进行电压PI调节，生成全桥逆变电路输出电流参考幅值I_ref；

步骤三、离网逆变电压输出模块2对U、i_ac、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号，该信号用来驱动全桥逆变电路的开关管工作，从而稳定直流母线电压并输出正弦交流电压。

本实施方式中，由图1和图2可以看到，图1和图2采用统一的电流控制器，满足了无缝切换控制的技术前提。同时，直流母线电压在离网和并网状态下均由后级进行稳定，直流母线环与内环的准PR控制器在离并网状态下保证了控制结构的高度一致性。由切换前后的控制策略比较可以看出，前级控制差异仅在于有功功率参考：离网时由逆变器输出电压经过逆下垂方程产生，并网时由MPPT控制输出最大功率，本质上均属于恒功率控制。后级控制差异仅在于逆变器输出电流的相位参考：离网时由无功下垂方程产生，并网时采用锁相环获得电网的相位。同时，离并网切换瞬态前的预同步过程将保证逆变器输出相位和电网相位保持一致。因此，从理论分析角度而言，本文提出的电流型无缝切换控制策略可以最大程度地保证逆变器的离并网无缝切换。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法作进一步说明，本实施方式中，步骤一中，生成开关管T₀驱动调制信号的具体过程为：

采用逆下垂方程对电容C_ac两端电压U进行处理，获得全桥逆变器输出的参考功率P，全桥逆变器输出的参考功率P除以电容C₁两端电压U_PV，得到I_PVref，与光伏阵列PV输出电流I_PV作差后进行PI调节，生成开关管T₀驱动调制信号。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法作进一步说明，本实施方式中，步骤三中，由离网逆变电压输出模块2对U、i_ac、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变器的驱动信号的具体过程为：

步骤三一、根据i_ac和U得到全桥逆变电路输出的无功功率Q，采用下垂方程对全桥逆变电路输出的无功功率Q进行处理，获得全桥逆变电路输出参考角频率ω_ref；

步骤三二、I_ref和ω_ref通过参考电流生成模块，生成全桥逆变电路输出电流参考i_acref；

步骤三三、i_acref与i_L作差后进行PR控制，然后进行SPWM调制，生成全桥逆变电路的驱动信号。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法作进一步说明，本实施方式中，采用下垂方程对全桥逆变电路输出的无功功率Q进行处理，获得全桥逆变电路输出参考角频率ω_ref的过程为：

将全桥逆变电路输出的无功功率Q输入到下垂方程：f＝f₀+k_q(Q-Q₀)，获得全桥逆变器生成的实际输出频率f；

式中，f₀为参考频率，k_q为无功下垂系数，Q₀为全桥逆变电路的无功参考功率，

再根据全桥逆变电路生成的实际输出频率f获得全桥逆变电路输出参考角频率ω_ref。

本实施方式中，当光伏微网系统中采用n个并联的全桥逆变器时，下垂方程为：

f_n＝f_0n+k_qn(Q_n-Q_0n)，

式中，f_0n为第n个全桥逆变器的参考频率，k_qn为第n个全桥逆变器的无功下垂系数，Q_0n为第n个全桥逆变器的无功参考功率，Q_n为第n个全桥逆变器实际输出的无功功率。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式二所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法作进一步说明，本实施方式中，采用逆下垂方程对电容C_ac两端的电压U进行处理，获得全桥逆变电路输出的参考功率P的过程为：

将电容C_ac两端的电压U输入到逆下垂方程：P＝P₀-k_p(U-U₀)，获得全桥逆变电路输出的参考功率P；

式中，P₀为光伏/全桥逆变器的装机容量，k_p为全桥逆变器逆下垂电压幅值系数，U₀为全桥逆变器的输出参考电压有效值。

本实施方式中，当光伏微网系统中采用n个并联的全桥逆变器时，逆下垂方程为：

P_n＝P_0n-k_pn(U_n-U_0n)，

式中，P_n为第n个全桥逆变器逆下垂方程生成的输出参考功率，P_0n为第n个全桥逆变器光伏/全桥逆变器的装机容量，U_n为第n个全桥逆变器的实际输出电压有效值，U_0n为第n个全桥逆变器输出参考电压有效值。

具体实施方式六：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统并网控制方法，所述光伏微网系统包括电容C₁、电容C_ac、电容C₂、二极管D、全桥逆变电路VD、开关管T₀、电感L和电感Lac。

电容C₁的两端连接光伏阵列PV的输出端，电容C₁的一端连接电感L的一端，电感L的另一端同时连接开关管T₀的集电极和二极管D的正极，开关管T₀的发射极、电容C₁的另一端和电容C₂的一端均连接全桥逆变电路VD的一个输入端，电容C₂的另一端同时连接二极管D的负极和全桥逆变电路VD的另一个输入端；

全桥逆变电路VD的一个输出端连接电感Lac的一端，电感Lac的另一端连接电容C_ac的一端，全桥逆变电路VD的另一个输出端连接电容C_ac的另一端，电容C_ac的两端与负载和电网的公共耦合点相并联；

所述并网控制方法基于并网功率最大化输出模块3和并网电流输出模块4实现；

所述方法包括以下过程：

步骤1、实时采集电容C₁两端电压U_PV和光伏阵列PV输出电流I_PV，并网功率最大化输出模块3对采集的U_PV和I_PV进行处理，生成开关管T₀驱动调制信号，然后对开关管T₀驱动调制信号进行PWM调制，调制后的信号，用来驱动开关管T₀，从而实现逆变器最大功率的输出；

步骤2、并网电流输出模块4实时采集电容C₂两端电压U_DC，U_DCref与U_DC作差后进行电压PI调节，生成全桥逆变器输出电流参考幅值I_ref；

步骤3、并网电流输出模块4实时采集电容C_ac两端电压U_grid和全桥逆变器输出电流i_L，并对U_grid、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号，用以驱动全桥逆变电路开关管，从而稳定直流母线电压。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式六所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统并网控制方法作进一步说明，本实施方式中，步骤1中，生成开关管T₀驱动调制信号的具体过程为：

采用MPPT控制器对U_PV和I_PV进行处理，获得电容C₁两端电压参考U_PVref，U_PVref与U_PV作差后进行电压PI调节，得到开关管T₀驱动调制信号。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式六所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统并网控制方法作进一步说明，本实施方式中，步骤3中，并网电流输出模块4实时采集电容C_ac两端电压U_grid和电感电流i_L，并对U_grid、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号的具体过程为：

步骤A1、电容C_ac两端的电压U_grid经过锁相环的处理，得到全桥逆变电路输出参考相位θ_ref；

步骤A2、全桥逆变电路输出电流参考幅值I_ref和逆变电路输出参考相位θ_ref通过参考电流生成模块，生成全桥逆变电路输出电流参考i_acref；

步骤A3、全桥逆变电路输出电流参考i_acref与i_L作差后进行PR控制，然后进行SPWM调制，生成全桥逆变电路的驱动信号，用以驱动全桥逆变电路开关管，从而实现直流母线电压的稳定和输出电流满足单位功率因数并网的要求。

为了验证本发明方法的实用性，在光伏微网系统中采用两级式光伏逆变器拓扑结构，设计了两台额定功率1kW的实验样机。光伏输入电压为200V～300V，逆变器输出额定电压为220V AC、50Hz，开关频率为10kHz。

图3为并联逆变器离网到并网切换瞬间实验波形图。1号逆变器和2号逆变器本地负载分别为500Ω和120Ω，2.06s之前两逆变器离网并联运行，共同分担500W本地负载功率。同时，两逆变器通过软件锁相环启动电网预同步程序，使并联系统相位逐渐与电网保持一致。锁相成功后触发并网动作，并网静态开关吸合，同时两逆变器上位机控制策略同时转变为电流型并网控制策略。两逆变器前级光伏最大功率点输出功率均为700W，并网运行状态下将多余的900W有功功率输入到电网中。由实验结果可以看到，两逆变器输出侧在并网瞬间均没有产生电流冲击，模式切换平滑过渡。并网之后两逆变器输出电流和迅速达到最大输出3.1A，经过两个周波的调节过程后，电流正弦度良好。并网电流在2.06s切换点之后迅速增加，在约三个周波的调节过程后达到稳态输出，并网电流正弦度良好，幅值约为4A。

图4为并联逆变器并网到离网切换瞬间实验波形图。在5.06s之前两逆变器处于并网状态，5.06s处由上位机控制并网静态开关断开，同时上位机控制两逆变器转变为离网控制策略。由实验结果可以看出，在切换点之后的三个周波调节过程后，两逆变器迅速恢复稳态并联运行，输出电流正弦度良好且实现本地负载功率均分。由此可以验证控制策略在微网级别的并联逆变器系统控制中，可以保证离并网运行模式的无缝切换。

图3和图4中的U_ac1为1号逆变器输出电压瞬时值，I_load1为1号逆变器负载电流瞬时值，I_ac1为1号逆变器输出电流瞬时值，U_ac2为2号逆变器输出电压瞬时值，I_load2为2号逆变器负载电流瞬时值，I_ac2为2号逆变器输出电流瞬时值，U_grid为电网电压瞬时值，I_grid为逆变器并网总电流瞬时值。

Claims (8)

1.基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法，所述光伏微网系统包括电容C₁、电容C_ac、电容C₂、二极管D、全桥逆变电路VD、开关管T₀、电感L和电感Lac；

电容C₁的两端连接光伏阵列PV的输出端，电容C₁的一端连接电感L的一端，电感L的另一端同时连接开关管T₀的集电极和二极管D的正极，开关管T₀的发射极、电容C₁的另一端和电容C₂的一端均连接全桥逆变电路VD的一个输入端，电容C₂的另一端同时连接二极管D的负极和全桥逆变电路VD的另一个输入端；

全桥逆变电路VD的一个输出端连接电感L_ac的一端，电感L_ac的另一端连接电容C_ac的一端，全桥逆变电路VD的另一个输出端连接电容C_ac的另一端，电容C_ac的两端与负载相并联；

其特征在于，

所述离网控制方法基于离网恒功率输出模块(1)和离网逆变电压输出模块(2)实现；

所述方法包括以下过程：

步骤一、实时采集电容C₁两端电压U_PV、光伏阵列PV输出电流I_PV和电容C_ac两端电压U，离网恒功率输出模块(1)对采集的U_PV、I_PV和U进行处理，生成开关管T₀驱动调制信号，然后进行PWM调制，调制后的信号，用来驱动开关管T₀，从而使前级变换器输出功率等于后级逆变器输入的功率；

步骤二、离网逆变电压输出模块(2)实时采集电容C_ac两端电压U、全桥逆变电路输出电流i_ac、电感L_ac电流i_L和电容C₂两端电压U_DC，U_DCref与U_DC作差后进行电压PI调节，生成全桥逆变电路输出电流参考幅值I_ref；

步骤三、离网逆变电压输出模块(2)对U、i_ac、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号，该信号用来驱动全桥逆变电路的开关管工作，从而稳定直流母线电压并输出正弦交流电压。

2.根据权利要求1所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法，其特征在于，步骤一中，生成开关管T₀驱动调制信号的具体过程为：

采用逆下垂方程对电容C_ac两端电压U进行处理，获得全桥逆变器输出的参考功率P，全桥逆变器输出的参考功率P除以电容C₁两端电压U_PV，得到I_PVref，与光伏阵列PV输出电流I_PV作差后进行PI调节，生成开关管T₀驱动调制信号。

3.根据权利要求1所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法，其特征在于，步骤三中，由离网逆变电压输出模块(2)对U、i_ac、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变器的驱动信号的具体过程为：

步骤三一、根据i_ac和U得到全桥逆变电路输出的无功功率Q，采用下垂方程对全桥逆变电路输出的无功功率Q进行处理，获得全桥逆变电路输出参考角频率ω_ref；

步骤三二、I_ref和ω_ref通过参考电流生成模块，生成全桥逆变电路输出电流参考i_acref；

步骤三三、i_acref与i_L作差后进行PR控制，然后进行SPWM调制，生成全桥逆变电路的驱动信号。

4.根据权利要求3所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法，其特征在于，采用下垂方程对全桥逆变电路输出的无功功率Q进行处理，获得全桥逆变电路输出参考角频率ω_ref的过程为：

将全桥逆变电路输出的无功功率Q输入到下垂方程：f＝f₀+k_q(Q-Q₀)，获得全桥逆变器生成的实际输出频率f；

式中，f₀为参考频率，k_q为无功下垂系数，Q₀为全桥逆变电路的无功参考功率，

再根据全桥逆变电路生成的实际输出频率f获得全桥逆变电路输出参考角频率ω_ref。

5.根据权利要求2所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统离网控制方法，其特征在于，采用逆下垂方程对电容C_ac两端的电压U进行处理，获得全桥逆变电路输出的参考功率P的过程为：

将电容C_ac两端的电压U输入到逆下垂方程：P＝P₀-k_p(U-U₀)，获得全桥逆变电路输出的参考功率P；

式中，P₀为光伏/全桥逆变器的装机容量，k_p为全桥逆变器逆下垂电压幅值系数，U₀为全桥逆变器的输出参考电压有效值。

6.基于逆下垂控制的光伏微网系统并网控制方法，所述光伏微网系统包括电容C₁、电容C_ac、电容C₂、二极管D、全桥逆变电路VD、开关管T₀、电感L和电感Lac。

电容C₁的两端连接光伏阵列PV的输出端，电容C₁的一端连接电感L的一端，电感L的另一端同时连接开关管T₀的集电极和二极管D的正极，开关管T₀的发射极、电容C₁的另一端和电容C₂的一端均连接全桥逆变电路VD的一个输入端，电容C₂的另一端同时连接二极管D的负极和全桥逆变电路VD的另一个输入端；

全桥逆变电路VD的一个输出端连接电感Lac的一端，电感Lac的另一端连接电容C_ac的一端，全桥逆变电路VD的另一个输出端连接电容C_ac的另一端，电容C_ac的两端与负载和电网的公共耦合点相并联；

其特征在于，

所述并网控制方法基于并网功率最大化输出模块(3)和并网电流输出模块(4)实现；

所述方法包括以下过程：

步骤1、实时采集电容C₁两端电压U_PV和光伏阵列PV输出电流I_PV，并网功率最大化输出模块(3)对采集的U_PV和I_PV进行处理，生成开关管T₀驱动调制信号，然后对开关管T₀驱动调制信号进行PWM调制，调制后的信号，用来驱动开关管T₀，从而实现逆变器最大功率的输出；

步骤2、并网电流输出模块(4)实时采集电容C₂两端电压U_DC，U_DCref与U_DC作差后进行电压PI调节，生成全桥逆变器输出电流参考幅值I_ref；

步骤3、并网电流输出模块(4)实时采集电容C_ac两端电压U_grid和全桥逆变器输出电流i_L，并对U_grid、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号，用以驱动全桥逆变电路开关管，从而稳定直流母线电压。

7.根据权利要求6所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统并网控制方法，其特征在于，步骤1中，生成开关管T₀驱动调制信号的具体过程为：

采用MPPT控制器对U_PV和I_PV进行处理，获得电容C₁两端电压参考U_PVref，U_PVref与U_PV作差后进行电压PI调节，得到开关管T₀驱动调制信号。

8.根据权利要求6所述的基于逆下垂控制的光伏微网系统并网控制方法，其特征在于，步骤3中，并网电流输出模块(4)实时采集电容C_ac两端电压U_grid和电感电流i_L，并对U_grid、i_L和I_ref进行处理，生成全桥逆变电路的驱动信号的具体过程为：

步骤A1、电容C_ac两端的电压U_grid经过锁相环的处理，得到全桥逆变电路输出参考相位θ_ref；

步骤A2、全桥逆变电路输出电流参考幅值I_ref和逆变电路输出参考相位θ_ref通过参考电流生成模块，生成全桥逆变电路输出电流参考i_acref；

步骤A3、全桥逆变电路输出电流参考i_acref与i_L作差后进行PR控制，然后进行SPWM调制，生成全桥逆变电路的驱动信号，用以驱动全桥逆变电路开关管，从而实现直流母线电压的稳定和输出电流满足单位功率因数并网的要求。