CN113629761B - 带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器 - Google Patents
带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113629761B CN113629761B CN202110869516.XA CN202110869516A CN113629761B CN 113629761 B CN113629761 B CN 113629761B CN 202110869516 A CN202110869516 A CN 202110869516A CN 113629761 B CN113629761 B CN 113629761B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- control
- synchronous motor
- power
- virtual synchronous
- control module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 135
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 40
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 16
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 15
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 241000135164 Timea Species 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000010485 coping Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000819 phase cycle Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/22—The renewable source being solar energy
- H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/22—The renewable source being solar energy
- H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
- H02J2300/26—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin involving maximum power point tracking control for photovoltaic sources
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本申请提供了一种带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器，包括：直流‑直流变换器、直流‑交流变换器及与它们相对应的直流‑直流变换器控制单元和直流‑交流变换器控制单元；所述直流‑直流变换器和所述直流‑交流变换器通过直流母线相连接，并且在所述直流母线上并联一个直流母线电容。本发明通过将直流母线电压控制设置在直流‑直流变换器控制单元，将最大功率追踪控制、光伏电压控制和虚拟同步电机控制设置在直流‑交流变换器控制单元，并利用虚拟同步电机的切换功能，通过两个数字开关，有效地解决了在传统光伏逆变器控制结构下，很难实现光伏逆变器的模式切换运行，或者需要非常复杂的控制算法和控制结构来实现模式切换运行的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于光伏发电及控制领域，具体涉及一种带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器。
背景技术
随着时代的发展与科技的进步，对构建现代能源体系有了新的要求，以实现能源低碳转型及碳中和。光伏发电是一种非常有效的新能源发电方式，能够极大的帮助缓解碳排放及环境问题。
一个典型的光伏逆变器包含一个前级的直流-直流变换器(DC-DC Converter) 和一个后极的直流-交流变换器(DC-AC Converter)。在传统的光伏逆变器控制中，往往都是采用最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的方式，将最大的光伏发电功率注入到电网中。最大功率追踪控制一般由前级的直流 -直流变换器控制来实现，而在后极的直流-交流变换器控制中，采用直流母线电压控制+交流电流电网注入的控制方式来实现光伏逆变器的并网。由于采用最大功率追踪和交流电流电网注入的控制方式，在光伏发电功率大于电网、微电网或者智能电网的承受范围以内的时候，比如发电功率大于负载消耗，往往会引起电网、微电网或者智能电网的过压或者过频问题，进而引起火灾或者电网系统的不稳定运行等各种风险，并且基于传统控制的光伏逆变器的直流-交流变换器由于需要将等量的由直流-直流变换器结合最大功率追踪控制产生的光伏发电量注入到电网中，以保持直流母线电压的稳定。因此，在传统的光伏逆变器控制中，过渡发电功率注入电网的问题很难被解决。而且伴随光伏发电的在电网系统占比率的提高，该问题将会被因一部放大，因此亟需一种可实现模式切换的光伏逆变器。在电网、微电网或者智能电网有足够容纳能力的时候，采用最大功率追踪方式运行，以最大利用太阳能；在电网、微电网或者智能电网容纳能力不足(如负载消耗较小)或不稳定运行的时候，光伏逆变器则需运行在电网稳定模式，用以帮助稳定电网、微电网或者智能电网的电压与频率。并且由于传统的光伏逆变器往往都是采用前级直流-直流变换器的最大功率追踪运行，后极直流-交流变换器的直流母线电压控制+交流电流电网注入运行，其前级直流-直流变换器的控制与后极直流-交流变换器存在强耦合关系。因此，在传统光伏逆变器控制结构下，很难实现光伏逆变器模式切换运行，或者需要非常复杂的控制算法和控制结构来实现模式切换运行。
另一方面，虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术或者虚拟同步电机(Virtual Synchronous Machine,VSM)技术是针对于下一代智能电网的功率电子器件(或者逆变器)控制技术，它是由克劳斯塔尔工业大学的 Hans-Peter Beck教授，及伊利诺伊理工大学的钟庆昌(Qing-Chang Zhong)教授等人提出。该项技术能够提供分布式新兴能源的智能电网并网的接口，而且能够主动参与电网、微电网或者智能电网系统的频率调整及电压调整，并且能够主动设计的系统惯量及不需要锁相环回路(Phase-LockedLoop,PLL)来测量电网的频率。从而实现未来电网系统的稳定、安全和可靠运行。与常规的基于通讯和信息系统的智能电网技术相比，该技术在控制层面上不依赖于通讯系统，这样在控制层面上能够避免网络攻击，进一步增加电控系统及电网系统的可靠性。虚拟同步电机非常适合用于光伏逆变器后极直流-交流变换器的控制，但是目前还缺乏相关的虚拟同步电机技术来实现光伏逆变器的模式切换运行。因此，虚拟同步电机技术需要进一步改进以帮助实现光伏逆变器的模式切换运行。
发明内容
有鉴于此，为解决现有光伏逆变器技术中的不足，本发明提出一种带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器，其包括：直流-直流变换器、直流-交流变换器、与所述直流-直流变换器相对应的直流-直流变换器控制单元以及与所述直流-交流变换器相对应的直流-交流变换器控制单元；其中，
所述直流-直流变换器的输入端连接光伏组件，用以光伏发电的输入；所述直流-交流变换器的输出端连接电网、微电网或者智能电网，用以光伏发电的最终输出；所述直流-直流变换器和所述直流-交流变换器通过直流母线相连接，并且在所述直流母线上并联直流母线电容；
所述直流-直流变换器控制单元用于稳定直流母线上的电压，以便于在所述直流-交流变换器控制单元中实现不同运行模式的运行及运行模式的切换；所述直流-交流变换器控制单元用于运行模式检测，并控制所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的运行模式及模式切换；
所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的运行模式包括：最大功率追踪运行模式和电网支撑运行模式；在所述电网、微电网或者智能电网容纳能力充足时，采用所述最大功率追踪模式运行，以最大化利用太阳能；在电网、微电网或者智能电网容纳能力不足或不稳定运行时，采用所述电网支撑模式运行，以帮助稳定电网、微电网或者智能电网的电压与频率。
进一步的，在上述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器中，所述直流-直流变换器控制单元包括：直流母线电压控制模块，所述直流母线电压控制模块用于稳定所述直流母线上的电压。
进一步的，在上述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器中，所述直流-交流变换器控制单元包括：模式检测模块、最大功率追踪控制模块、光伏电压控制模块以及虚拟同步电机控制模块；其中，
所述模式检测模块用于检测所述电网、微电网或者智能电网的运行状态，并根据检测结果，送出模式检测信号，决定所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的运行模式；
所述虚拟同步电机控制模块用于根据所述模式检测模块送出的模式检测信号实现所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器不同运行模式的运行及运行模式的切换；
所述最大功率追踪控制模块用于实时优化所述直流-交流变换器的最大输出有功功率；
所述光伏电压控制模块用于建立光伏电压与所述输出有功功率的联系，并连接所述最大功率追踪控制模块与所述虚拟同步电机控制模块。
进一步的，在上述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器中，所述虚拟同步电机控制模块的运行模式包括：功率控制模式及下垂控制模式；其中，所述功率控制模式对应所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的最大功率追踪运行模式，所述下垂控制模式对应所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的电网支撑运行模式；
所述虚拟同步电机控制模块包括：有功/无功功率计算、有功控制、无功控制、有功下垂控制、无功下垂控制、交流电压参考生成器以及两个分别设在所述直流-交流变换器控制单元的有功通道和无功通道上的数字开关；所述数字开关在所述模式检测模块的控制下控制所述虚拟同步电机控制模块运行功率控制模式或下垂控制模式，并执行所述功率控制模式和所述下垂控制模式之间的切换。
进一步的，在上述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器中，所述数字开关在所述模式检测模块送出的所述模式检测信号的控制下通过同时连通所述有功控制和所述无功控制，控制所述虚拟同步电机控制模块运行所述功率控制模式，即所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的最大功率追踪运行模式；或
所述数字开关在所述模式检测模块送出的所述模式检测信号的控制下通过同时连通所述有功下垂控制和所述无功下垂控制，实现所述虚拟同步电机控制模块运行所述下垂控制模式，即所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的电网支撑运行模式。
进一步的，在上述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器中，所述虚拟同步电机控制模块运行所述功率控制模式时：
所述直流-交流变换器控制单元的有功通道包含三个级联的控制模块:最大功率追踪控制模块、光伏电压控制模块以及有功控制模块；其中，所述最大功率追踪控制模块的输入输出分别为所述直流-交流变换器输出有功功率和光伏电压参考；所述光伏电压控制模块的输入输出分别为所述光伏电压信息和所述直流- 交流变换器输出有功功率参考；所述有功控制模块用于控制所述直流-交流变换器的输出有功功率，其输入输出分别为所述直流-交流变换器输出有功功率信息和所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出频率；
所述直流-交流变换器控制单元的无功通道为单一无功控制模块，所述无功控制模块用于控制所述直流-交流变换器的输出无功功率，其输入输出分别为所述直流-交流变换器的输出无功功率信息和所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出电压。
进一步的，在上述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器中，所述虚拟同步电机控制模块运行所述下垂控制模式时：
所述直流-交流变换器控制单元的有功通道为单一所述有功下垂控制模块，所述有功下垂控制模块用于参与电网、微电网或者智能电网系统的频率调整，其输入输出分别为所述直流-交流变换器的输出有功功率信息和所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出频率；
所述直流-交流变换器控制单元的无功通道包含两个级联的控制模块：无功下垂控制模块与无功控制模块；其中，所述无功下垂控制模块用于参与电网、微电网或者智能电网系统的电压调整，其输入输出分别为所述电网、微电网或者智能电网系统的电压信息和所述直流-交流变换器输出无功功率参考；所述无功控制模块用于控制所述直流-交流变换器的输出无功功率，其输入输出分别为直流- 交流变换器的输出无功功率信息和所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出电压。
进一步的，在上述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器中，所述直流母线电压控制模块在稳定所述直流母线上的电压时可叠加光伏电流或所述直流-直流变换器输入电感电流的共振控制、重复性控制或者模型预测控制等控制算法，以避免交流侧谐波影响光伏组件的运行，提高所述光伏组件运行的可靠性与效率。
进一步的，在上述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器中，所述模式检测模块送出模式检测信号用于控制开启或者关闭最大功率追踪控制模块、光伏电压控制模块和有功控制模块，以适应所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器工作在不同的运行模式。
进一步的，在上述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器中，所述有功下垂控制和所述无功下垂控制的下垂系数均由所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的容量决定。
与现有技术相比，本发明提供的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器具有如下有益效果：
1)本发明提供的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器具备应对不同工作模式的能力，其包含了两种运行模式：最大功率追踪模式和电网支撑模式；在电网、微电网或者智能电网有足够容纳能力的时候，采用最大功率追踪模式运行，以最大化的利用太阳能；在电网、微电网或者智能电网容纳能力不足(如负载消耗较小)或不稳定运行的时候，采用电网支撑模式运行，以帮助稳定电网、微电网或者智能电网的电压与频率。
2)本发明提供的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器通过将直流母线电压控制模块设置在直流-直流变换器控制单元中，将最大功率追踪控制模块、光伏电压控制模块和虚拟同步电机控制模块设置在直流-交流变换器控制单元中，实现了直流-直流变换器与直流-交流变换器的解耦性控制及运行，从而可以轻易的在直流-交流变换器控制单元中通过设置虚拟同步电机不同的工作模式来实现光伏逆变器同时兼备最大功率追踪运行模式和电网支撑运行模式。
3)本发明提供的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器通过利用新的控制结构设计和虚拟同步电机不同的工作模式运行，将光伏逆变器最大功率追踪运行模式和电网支撑运行模式融合到一个统一的控制系统中，极大地简化了同时兼备两种工作模式运行的控制系统的复杂性。
4)本发明提供的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器仅仅通过两个数字开关来实现光伏逆变器的模式切换运行，使模式切换过程简单可靠，从而达到无缝模式切换的效果。
5)本发明提供的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器通过引入改进的虚拟同步电机控制模块，将光伏逆变器控制成电压源，而非电流源，从而不需要锁相环回路来测量电网的频率，有效地提高了光伏逆变器运行的稳定性、安全性和可靠性。
6)本发明提供的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器由于直流母线电压控制模块一直设置在直流-直流变换器控制单元中，即使在不同工作模式下，也不需要对直流-直流变换器控制单元进行工作切换，从而可以将高级的谐波控制算法叠加到直流母线电压控制中，从而避免交流侧谐波影响光伏组件的运行，显著地提高了光伏组件运行的可靠性与效率。
7)本发明提供的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器在最大功率追踪方式运行下，由于是针对整个光伏逆变器系统的输出有功功率进行最大功率追踪，从而有效地提高了系统的发电效率。
附图说明
图1为本发明提供的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
本发明中带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器包含两种运行模式：最大功率追踪运行模式和电网支撑运行模式。在最大功率追踪运行模式下，该光伏逆变器能够追踪整个光伏逆变器系统的最大输出有功功率，实现太阳能的最大化利用；在电网支撑运行模式下，该光伏逆变器能够参与电网、微电网或者智能电网的电压与频率调节，用以帮助稳定电网、微电网或者智能电网的电压与频率。本发明的核心部分为与所述直流-直流变换器和所述直流-交流变换器相对应的控制系统，其包含两个控制单元：直流-直流变换器控制单元和直流-交流变换器控制单元。
参阅图1所示，本发明提供的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器包括：一个直流-直流变换器和一个直流-交流变换器及与它们相对应的直流-直流变换器控制单元和直流-交流变换器控制单元。其中，所述直流-直流变换器的输入端连接光伏组件，用以光伏发电的输入；所述直流-交流变换器的输出端连接电网、微电网或者智能电网，用以光伏发电的最终输出；所述直流-直流变换器和所述直流-交流变换器通过直流母线相连接，并且在直流母线上并联一个直流母线电容。
所述直流-直流变换器控制单元包含直流母线电压控制模块，用于稳定直流母线上的电压。这样如同给直流-交流变换器提供了一个输入电压稳定的直流电源，进而可以方便的在直流-交流变换器控制单元中实现模式切换运行。所述直流母线电压控制模块可以采用传统的比列-积分控制(Proportional-Integral Controller)方法，也可以采用高级的鲁棒性控制方法，视不同的使用要求而定。由于直流母线电压控制一直设计在直流-直流变换器控制单元内，即使在不同工作模式下，也不需要对直流-直流变换器控制单元进行工作切换，从而可以将高级的谐波控制算法叠加在直流母线电压控制中，如共振控制(Resonance Controller)、重复性控制(Repetitive Controller)或者模型预测控制(Model Predict Controller)等，从而避免交流侧谐波影响光伏组件的运行，提高光伏组件运行的可靠性与效率。
本实施例中，所述直流母线电压控制模块采用比列-积分控制+基于共振控制的谐波电流抑制的控制方法调节所述直流母线上的电压及光伏的谐波电流，其控制算法如下：
其中,u为控制器输出，为直流母线电压参考，/>为采样的直流母线电压平均值，kpdc>0和kidc>0分别为比列-积分控制的控制增益,/>为拉普拉斯反变换，*为卷积运算，为共振滤波器，主要针对二次的交流谐波电流，ξ>0为共振滤波器的极化系数，ω为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的交流工作频率，Kr>0为共振控制器的控制增益，iL为光伏输出电流或所述直流-直流变换器输入电感电流。
所述直流-交流变换器控制单元包括：模式检测模块、最大功率追踪控制模块、光伏电压控制模块及虚拟同步电机控制模块。其中，所述虚拟同步电机控制模块用于实现光伏逆变器不同模式的运行及运行模式的切换，所述模式检测模块决定光伏逆变器的运行模式，所述最大功率追踪控制和光伏电压控制用于配合所述虚拟同步电机控制实现所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的最大功率追踪模式运行。
继续参阅图1所示，所述虚拟同步电机控制模块包括：有功/无功功率计算、有功控制、无功控制、有功下垂控制、无功下垂控制、交流电压参考生成器。同时，所述虚拟同步电机控制模块包含两种运行模式：功率控制模式及下垂控制模式，分别对应所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的最大功率追踪运行模式和电网支撑运行模式。所述虚拟同步电机控制模块中两个数字开关Sω， SQ用于控制光伏逆变器的模式切换；该两个数字开关Sω，SQ由所述模式检测模块送出的模式检测信号MCC触发。
所述模式检测模块用于检测电网、微电网或者智能电网的运行状态，一旦发现电网、微电网或者智能电网出现过压、过频、欠压、欠频、或者电压与频率不稳定的情况，所述模式检测模块将触发模式检测信号MCC控制所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器工作在电网支撑运行模式，并送出不同的模式检测信号MCC。
所述MCC信号控制的数字开关Sω，SQ对应的所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器不同的工作模式如下表所示：
继续参阅图1所示，当所述数字开关Sω，SQ置于位置1时，所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器工作于最大功率追踪运行模式。在此模式下，所述直流-交流变换器控制单元的有功通道包含三个级联的控制模块:所述最大功率追踪控制模块、所述光伏电压控制模块及所述有功控制模块；所述直流-交流变换器控制单元的无功通道为单一所述无功控制模块。
所述最大功率追踪控制模块的输入输出分别为直流-交流变换器输出有功功率和光伏电压参考，用于实时优化直流-交流变换器的最大输出有功功率，实现整个光伏逆变器系统的最优工作运行并输出最大的系统输出有功功率；所述最大功率追踪控制可以采用极值寻找法(Extremum Seeking Algorithm)或其他最大功率寻优方法，视不同的使用要求而定。本实施例中，所述最大功率追踪控制模块采用极值寻找法，其算法如下：
其中，Pg为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出有功功率，asin(Ωpt)为极值寻找法所需的扰动频率，为高通滤波器，/>为低通滤波器，Kes为极值寻找法的积分控制增益，/>为所述基于极值寻找法的最大功率追踪控制的控制模块输出。本实施例中，所述模式检测模块产生的模式检测信号MCC能够开启或者关闭最大功率追踪控制模块，以适应所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器工作在不同的工作模式。
所述光伏电压控制的输入输出分别为光伏电压信息和直流-交流变换器输出有功功率参考，用于建立光伏电压与输出有功功率的联系，桥接所述最大功率追踪控制与所述有功控制。所述光伏电压控制模块可以采用传统的比列-积分控制方法，也可以采用高级的鲁棒性控制方法，视不同的使用要求而定。本实施例中，所述光伏电压控制模块采用比列-积分控制方法，其控制算法如下：
其中，为所述光伏电压控制的控制模块输出，/>为来自最大功率追踪控制模块的光伏组件电压参考，/>为采样的光伏组件电压平均值，Kppv>0和 Kipv>0分别为比列-积分控制的控制增益。本实施例中，所述模式检测模块产生的模式检测信号MCC能够开启或者关闭光伏电压控制模块，以适应所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器工作在不同的工作模式。
所述有功控制的输入输出分别为直流-交流变换器输出有功功率信息和光伏逆变器的输出频率，用于控制直流-交流变换器的输出有功功率。所述有功控制可以采用传统的比列-积分控制方法，也可以采用高级的鲁棒性控制方法，视不同的使用要求而定。本实施例中，所述有功控制模块采用比列-积分控制方法，其控制算法如下：
其中，ω为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的频率输出,ω*为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的交流额定频率，为来自光伏电压控制模块的输出有功功率参考，Pg为所述有功/无功功率计算模块得到的所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出有功功率， Kpp>0和Kip>0分别为比列-积分控制的控制增益。本实施例中，所述模式检测模块产生的模式检测信号MCC能够开启或者关闭有功控制模块，以适应所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器工作在不同的工作模式。
所述无功控制的输入输出分别为直流-交流变换器输出无功功率信息和光伏逆变器的输出电压，用于控制直流-交流变换器的输出无功功率。所述无功控制可以采用传统的比列-积分控制方法，也可以采用高级的鲁棒性控制方法，视不同的使用要求而定。本实施例中，所述无功控制模块采用比列-积分控制方法，其控制算法如下：
其中，E为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的电压输出,E*为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的额定交流电压， Kpq>0和Kiq>0分别为比列-积分控制的控制增益；在最大功率追踪运行模式下，可以配置成光伏逆变器功率容量以内的任意值Qset,通常Qset可以设置成0 以满足所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的统一功率因数运行， Qg为所述有功/无功功率计算模块得到的所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出无功功率。
继续参阅图1所示，当所述数字开关Sω，SQ置于位置2时，所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器工作于电网支撑运行模式。在此模式下，所述直流-交流变换器控制单元的有功通道为单一所述有功下垂控制模块，所述直流-交流变换器控制单元的无功通道包含两个级联的控制模块：所述无功下垂控制模块及所述无功控制模块。
所述有功下垂控制模块的输入输出分别为直流-交流变换器输出有功功率信息和光伏逆变器的输出频率，用于参与电网、微电网或者智能电网系统的频率调整。所述有功下垂控制的下垂系数由光伏逆变器的容量决定。本实施例中，所述有功下垂控制模块的控制算法如下：
ω＝ω*-mPg
其中，ω为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的频率输出,ω*为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的额定交流频率，Pg为所述有功/无功功率计算模块得到的所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出有功功率，m为有功下垂系数，由光伏逆变器的容量决定。
所述无功下垂控制模块的输入输出分别为电网的电压信息和直流-交流变换器无功功率参考，用于参与电网、微电网或者智能电网系统的电压调整。所述无功下垂控制的下垂系数由光伏逆变器的容量决定。本实施例中，所述无功下垂控制模块的控制算法如下：
其中，为所述下垂控制的控制模块输出,E*为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的额定交流电压,Ug为采样的电网、微电网或者智能电网系统电压ug的有效值,n为无功下垂系数，由光伏逆变器的容量决定。
所述无功控制模块在电网支撑模式下的运行原理与最大功率追踪运行模式下无功控制模块一致。本实施例中，所述无功控制模块采用比列-积分控制方法，其控制算法如下：
其中，E为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的电压输出,E*为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的额定交流电压， Kpq>0和Kiq>0分别为比列-积分控制的控制增益；在电网支撑运行模式下，来自无功下垂控制模块的输出无功功率参考；Qg为所述有功/无功功率计算模块得到的所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出无功功率。
上述实施例中，不论所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器运行在何种模式下，所述有功/无功功率计算模块均能够用于计算光伏逆变器输出的有功功率及无功功率，帮助实现光伏逆变器的控制。
具体的，针对单相系统，有功功率及无功功率计算公式为：
其中，ig为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器输出的交流电流；ug为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器输出的交流电压；T 为定积分的计算周期，T为秒或者/>秒，ω为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的工作频率；ugq为ug延时/>秒的单相电压；其他有功功率及无功功率计算公式也可以适用于所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器。
具体的，针对三相系统，考虑到可能的三相不平衡，采用如下精确的有功功率及无功功率计算公式：
其中，iga，igb，igc分别为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器输出的三相交流电流；uga，ugb，ugc分别为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器输出的三相交流电压；T为定积分的计算周期，T为秒或者/>秒，ω为所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的工作频率； ugaq，ugbq，ugcq分别为uga，ugb，ugc延时秒的三相电压；在三相系统中，/>其他有功功率及无功功率计算公式也可以适用于所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器。
上述实施例中，不论所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器运行在何种模式下，所述交流电压参考生成器结合有功通道得到的输出频率和无功通道得到的输出电压，计算出所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器最终的控制电压参考信号，实现光伏逆变器的最终控制。
具体的，针对单相系统，交流电压参考生成器计算公式为：
具体的，针对三相系统，交流电压参考生成器计算公式为：
或/>
其中，加减符号的使用视三相电压相序的情况而定，为三相电压参考。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器，其特征在于，包括：直流-直流变换器、直流-交流变换器、与所述直流-直流变换器相对应的直流-直流变换器控制单元以及与所述直流-交流变换器相对应的直流-交流变换器控制单元；其中，
所述直流-直流变换器的输入端连接光伏组件，用以光伏发电的输入；所述直流-交流变换器的输出端连接电网、微电网或者智能电网，用以光伏发电的最终输出；所述直流-直流变换器和所述直流-交流变换器通过直流母线相连接，并且在所述直流母线上并联直流母线电容；
所述直流-直流变换器控制单元用于稳定直流母线上的电压，以便于在所述直流-交流变换器控制单元中实现不同的模式运行及运行模式切换；所述直流-交流变换器控制单元用于运行模式检测，并控制所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的不同运行模式的运行及运行模式的切换；
所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的运行模式包括：最大功率追踪运行模式和电网支撑运行模式；在所述电网、微电网或者智能电网容纳能力充足时，采用所述最大功率追踪模式运行，以最大化利用太阳能；在电网、微电网或者智能电网容纳能力不足或不稳定运行时，采用所述电网支撑运行模式运行，以帮助稳定电网、微电网或者智能电网的电压与频率；
所述直流-直流变换器控制单元包括：直流母线电压控制模块，所述直流母线电压控制模块用于稳定所述直流母线上的电压；
所述直流-交流变换器控制单元包括：模式检测模块、最大功率追踪控制模块、光伏电压控制模块以及虚拟同步电机控制模块；其中，
所述模式检测模块用于检测所述电网、微电网或者智能电网的运行状态，并根据检测结果，送出模式检测信号，决定所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的运行模式；
所述虚拟同步电机控制模块用于根据所述模式检测模块送出的模式检测信号实现所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器不同运行模式的运行及运行模式的切换；
所述最大功率追踪控制模块用于实时优化所述直流-交流变换器的最大输出有功功率；
所述光伏电压控制模块用于建立光伏电压与所述输出有功功率的联系，并连接所述最大功率追踪控制模块与所述虚拟同步电机控制模块。
2.根据权利要求1所述的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器，其特征在于，
所述虚拟同步电机控制模块的运行模式包括：功率控制模式及下垂控制模式；其中，所述功率控制模式对应所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的最大功率追踪运行模式，所述下垂控制模式对应所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的电网支撑运行模式；
所述虚拟同步电机控制模块包括：有功/无功功率计算、有功控制、无功控制、有功下垂控制、无功下垂控制、交流电压参考生成器以及分别设在所述直流-交流变换器控制单元的有功通道和无功通道上的数字开关；所述数字开关在所述模式检测模块的控制下控制所述虚拟同步电机控制模块运行所述功率控制模式或所述下垂控制模式，并执行所述功率控制模式和所述下垂控制模式之间的切换。
3.根据权利要求2所述的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器，其特征在于，
所述数字开关在所述模式检测模块送出的所述模式检测信号的控制下通过同时连通所述有功控制和所述无功控制，控制所述虚拟同步电机控制模块运行所述功率控制模式；或
所述数字开关在所述模式检测模块送出的所述模式检测信号的控制下通过同时连通所述有功下垂控制和所述无功下垂控制，实现所述虚拟同步电机控制模块运行所述下垂控制模式。
4.根据权利要求2或3所述的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器，其特征在于，所述虚拟同步电机控制模块运行所述功率控制模式时：
所述直流-交流变换器控制单元的有功通道包含三个级联的控制模块:最大功率追踪控制模块、光伏电压控制模块以及有功控制模块；其中，所述最大功率追踪控制模块的输入输出分别为所述直流-交流变换器输出有功功率和光伏电压信息；所述光伏电压控制模块的输入输出分别为所述光伏电压信息和所述直流-交流变换器输出有功功率参考；所述有功控制模块用于控制所述直流-交流变换器的输出有功功率，其输入输出分别为所述直流-交流变换器输出有功功率信息和所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出频率；
所述直流-交流变换器控制单元的无功通道为单一无功控制模块，所述无功控制模块用于控制所述直流-交流变换器的输出无功功率，其输入输出分别为所述直流-交流变换器的输出无功功率信息和所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出电压。
5.根据权利要求2或3所述的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器，其特征在于，所述虚拟同步电机控制模块运行所述下垂控制模式时：
所述直流-交流变换器控制单元的有功通道为单一有功下垂控制模块，所述有功下垂控制模块用于参与电网、微电网或者智能电网系统的频率调整，其输入输出分别为所述直流-交流变换器的输出有功功率信息和所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出频率；
所述直流-交流变换器控制单元的无功通道包含两个级联的控制模块：无功下垂控制模块与无功控制模块；其中，所述无功下垂控制模块用于参与电网、微电网或者智能电网系统的电压调整，其输入输出分别为所述电网、微电网或者智能电网系统的电压信息和所述直流-交流变换器输出无功功率参考；所述无功控制模块用于控制所述直流-交流变换器的输出无功功率，其输入输出分别为直流-交流变换器的输出无功功率信息和所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的输出电压。
6.根据权利要求1所述的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器，其特征在于，所述直流母线电压控制模块在稳定所述直流母线电压的同时叠加光伏电流或所述直流-直流变换器输入电感电流的共振控制、重复性控制或者模型预测控制算法，以避免交流侧谐波影响光伏组件的运行，提高所述光伏组件运行的可靠性与效率。
7.根据权利要求1所述的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器，其特征在于，所述模式检测模块送出模式检测信号用于控制开启或者关闭最大功率追踪控制模块、光伏电压控制模块和有功控制模块，以适应所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器工作在不同的运行模式。
8.根据权利要求5所述的带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器，其特征在于，所述有功下垂控制和所述无功下垂控制的下垂系数均由所述带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器的容量决定。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110869516.XA CN113629761B (zh) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | 带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110869516.XA CN113629761B (zh) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | 带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113629761A CN113629761A (zh) | 2021-11-09 |
| CN113629761B true CN113629761B (zh) | 2023-10-03 |
Family
ID=78381690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110869516.XA Active CN113629761B (zh) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | 带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113629761B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105762829A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-07-13 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法 |
| CN107196341A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-09-22 | 华北电力大学（保定） | 变功率点跟踪的两级式无储能光伏虚拟同步机控制方法 |
| CN107591834A (zh) * | 2017-08-01 | 2018-01-16 | 华北电力大学（保定） | 基于虚拟同步机的组串式无储能光伏发电系统控制方法 |
| CN108233415A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-06-29 | 合肥工业大学 | 两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106655272B (zh) * | 2017-01-16 | 2018-12-04 | 湖南大学 | 抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法 |
-
2021
- 2021-07-30 CN CN202110869516.XA patent/CN113629761B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105762829A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-07-13 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法 |
| CN107196341A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-09-22 | 华北电力大学（保定） | 变功率点跟踪的两级式无储能光伏虚拟同步机控制方法 |
| CN107591834A (zh) * | 2017-08-01 | 2018-01-16 | 华北电力大学（保定） | 基于虚拟同步机的组串式无储能光伏发电系统控制方法 |
| CN108233415A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-06-29 | 合肥工业大学 | 两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 两级式光伏发电系统低电压穿越控制策略研究;郭勇等;《电力工程技术》;第第36卷卷(第第6期期);第7-13页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113629761A (zh) | 2021-11-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108616141B (zh) | 微电网中lcl并网逆变器功率非线性的控制方法 | |
| CN101582592B (zh) | 无变压器光伏并网逆变装置及其控制方法 | |
| CN109066684B (zh) | 一种基于lcl滤波的三相有源电力滤波器及其控制方法 | |
| CN103904677B (zh) | 一种vsc-hvdc在联网与孤岛运行方式间的切换控制方法 | |
| CN103312140B (zh) | 多支路两级式三相光伏并网逆变器的启动方法 | |
| CN102307004B (zh) | 一种基于lcl滤波的可控整流器参数辨识方法 | |
| CN106571643B (zh) | 一种光储微电网系统控制方法 | |
| CN111740454B (zh) | 一种基于母线接口变换器的混合微电网交直流电压统一控制方法 | |
| Zhong et al. | PWM-controlled rectifiers without the need of an extra synchronisation unit | |
| He et al. | Switching-Cycle-Based Startup for Grid-tied Inverters | |
| CN108448923B (zh) | 一种实现三相逆变器软开关的变频控制方法 | |
| CN104539181A (zh) | 基于llc谐振变换的微型光伏并网逆变器 | |
| Wei et al. | Second harmonic ripple voltage suppression for single-phase ISOP solid-state transformer by active power decoupling | |
| CN103532423A (zh) | 一种静止坐标系下复合控制电流源型并网逆变器 | |
| CN113629761B (zh) | 带无缝模式切换的虚拟同步电机型光伏逆变器 | |
| CN107124009A (zh) | 一种逆变型地铁再生能量回馈装置 | |
| CN109873487B (zh) | 一种用于三相三电平vienna整流器的主从备份方法 | |
| CN114498643B (zh) | 一种基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法 | |
| CN114793073A (zh) | 燃料电池发电系统和燃料电池发电电路及其控制方法 | |
| Tang et al. | Power decoupling control for single-stage on-board chargers | |
| Kumar et al. | Implementation of grid interactive and islanded controlled PV system for residential applications | |
| CN113036810B (zh) | 一种光伏并网逆变器零电压穿越的锁相控制方法及装置 | |
| CN113541522B (zh) | 一种实现三相逆变器四象限运行全范围软开关的控制方法 | |
| CN115441765B (zh) | 一种关键负载稳压装置 | |
| KR102627065B1 (ko) | 전해 캐패시터를 직접 대체하는 모듈형 플러그인 전력디커플링 회로 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |