CN120855552B - 自同步电压源组串式光伏逆变器系统及控制方法 - Google Patents

自同步电压源组串式光伏逆变器系统及控制方法

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CN120855552B CN202511374410.7A CN202511374410A CN120855552B CN 120855552 B CN120855552 B CN 120855552B CN 202511374410 A CN202511374410 A CN 202511374410A CN 120855552 B CN120855552 B CN 120855552B
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Abstract

本发明提供了一种自同步电压源组串式光伏逆变器系统及控制方法，包括：内电势频率控制模块、功角快速调整控制模块、内电势幅值控制模块、双模并行‑竞争主导控制模块、桥臂调制电压控制模块与内电势幅值限幅控制模块；所述双模并行‑竞争主导控制模块分别连接内电势频率控制模块、功角快速调整控制模块与桥臂调制电压控制模块；所述桥臂调制电压控制模块连接内电势幅值限幅控制模块；所述内电势幅值限幅控制模块连接内电势幅值控制模块。本发明在限功率工作模式和最大功率跟踪工作模式的无缝平滑切换，从而在全运行模式下实现组串式光伏逆变器的自同步电压源控制。

Description

自同步电压源组串式光伏逆变器系统及控制方法
技术领域
本发明属于可再生能源并网技术领域，具体地，涉及自同步电压源组串式光伏逆变器系统及控制方法。更具体是一种双模并行-竞争主导的自同步电压源组串式光伏逆变器系统及方法。
背景技术
强电网环境下，基于锁相环的电流源模式，因其功率控制快速性和稳定性而被广泛应用；然而，在高比例新能源接入的弱电网中，其缺陷日益凸显：锁相环对电网阻抗变化敏感，易引发失稳振荡，且无法为电网提供电压和频率支撑。
为增强系统稳定性，电压源模式，即构网型控制应运而生，其通过模拟同步发电机特性，主动构建电网电压与频率，支撑系统惯性，但存在动态响应慢、最大功率点跟踪效率受限等问题。
近年来，双模式混合控制成为研究热点，通过将部分电流源模式逆变器切换为电压源模式，形成混合并网结构，兼顾稳定性与快速性。然而，现有双模式方案依赖外部调度指令触发模式切换，动态响应滞后，且暂态故障下支撑能力不足，难以适应高渗透率场景中电网短路比大幅波动的复杂工况。
现有技术存在关键的技术缺陷。
其一，传统双模式控制依赖集中式调度或外部判据触发模式切换，切换过程存在功率突变和相角跳变，导致并网点电压振荡。同时，电流源与电压源模式的内生控制目标在暂态过程中易发生冲突，缺乏自主协调机制；
其二，电压源模式虽具备惯量支撑特性，但光伏逆变器直流侧无储能单元，故障期间直流电压剧烈波动导致内电势幅值失稳，现有限幅控制动态响应慢，难以实现故障穿越期间的主动电流支撑；
其三，弱电网下锁相环易受谐波干扰，而自同步电压源的频率生成仅依赖单一路径，难以兼容光伏系统MPPT与限功率运行的双重要求，导致模式切换后同步稳定性下降。
专利文献CN103259266A公开了一种基于自频率同步的电压矢量稳定器及控制方法，该方案并未解决构网型组串式光伏逆变器在限功率工作模式和最大功率跟踪工作模式的无法无缝平滑切换的技术问题。
综上所述，此问题亟须解决。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自同步电压源组串式光伏逆变器系统及控制方法。
根据本发明提供的一种自同步电压源组串式光伏逆变器系统，包括：内电势频率控制模块、功角快速调整控制模块、内电势幅值控制模块、双模并行-竞争主导控制模块、桥臂调制电压控制模块与内电势幅值限幅控制模块；
所述双模并行-竞争主导控制模块分别连接内电势频率控制模块、功角快速调整控制模块与桥臂调制电压控制模块；所述桥臂调制电压控制模块连接内电势幅值限幅控制模块；所述内电势幅值限幅控制模块连接内电势幅值控制模块。
优选地，所述内电势频率控制模块包括：内电势第一频率控制模块与内电势第二频率控制模块。
优选地，所述内电势第一频率控制模块能够生成内电势第一频率值，数学表达式为：
其中，表示频域下光伏逆变器输出电压与并网点电压的角频率偏差；其中，表示拉普拉斯算子；表示并网点电压的额定角频率在频域的信号；其中，表示时间；表示光伏逆变器的调频系数；表示场站控制器给出的有功功率指令值在频域的信号；表示光伏逆变器前端捕获的最大有功功率值在频域的信号；表示光伏逆变器输出有功功率的实际值在频域的信号；表示光伏逆变器输出有功功率用一阶低通滤波器的滤波时间常数；表示并网点电压的实际角频率在频域的信号；表示功率控制模式下输出的内电势第一频率值在频域的信号，简称内电势第一频率值；表示功率控制模式的阻尼系数；表示光伏逆变器的惯性时间常数，符号“·”表示乘法运算；
所述内电势第二频率控制模块能够生成内电势第二频率值，数学表达式为：
；
其中，表示电压控制模式下输出的内电势第二频率值在频域的信号；表示光伏逆变器直流电压控制指令值在频域的信号；表示频域下光伏逆变器直流电压实际值在频域的信号；表示直流电压控制器的比例系数；表示光伏逆变器直流电压控制用超前滞后环节的超前环节的时间常数；表示光伏逆变器直流电压控制用超前滞后环节的时间常数；
优选地，所述功角快速调整控制模块的数学表达式为：
；
其中，表示光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角度；表示光伏逆变器直流电压在频域的信号；表示光伏逆变器直流电压的保护上限值在频域的信号；表示频域下光伏逆变器直流电压的保护下限值在频域的信号；a表示光伏逆变器直流电压上限保护控制环节的比例系数；b表示光伏逆变器直流电压上限保护控制环节的积分系数；c表示光伏逆变器直流电压下限保护控制环节的比例系数；d表示光伏逆变器直流电压下限保护控制环节的积分系数；表示拉普拉斯反变换。
优选地，所述双模并行-竞争主导控制模块，能够调节系统的运行模式得到光伏逆变器内电势角频率进而得到内电势旋转角度；所述运行模式包括模式一与模式二；
所述双模并行-竞争主导控制模块，默认系统开始工作于模式一，内电势频率选择模式一的输出；在模式一运行情况下，判断是否大于与预设频率偏差值之和，结果为是，则运行模式选择为模式二，内电势频率选择模式一的输出；结果为否，则运行模式选择为模式一，内电势频率选择模式一的输出；
在所述模式二的运行情况下，判断是否大于与预设频率偏差值之和，结果为是，则运行模式采用模式一，内电势频率选择模式一的输出；结果为否，则运行模式选择为模式二，内电势频率选择模式一的输出；其中，当运行模式选择为模式一时，内电势频率选择为模式一频率值；当运行模式选择为模式二时，内电势频率选择为模式二频率值；内电势频率输入至积分器并附加补偿功角数据得到内电势相角数据。
所述模式一频率值的数学表达式为：
；
其中，表示运行模式一与模式二之间的转换时间；表示时域下模式一的频率值；其中，表示时间；表示时域下功率控制模式下输出的内电势第一频率值；表示时域下电压控制模式下输出的内电势第二频率值；
所述模式二频率值的数学表达式为：
；
其中，表示时域下模式二的频率值。
所述光伏逆变器内电势旋转角度的数学表达式为：
；
其中，表示光伏逆变器内电势旋转角度；表示积分运算符；表示光伏逆变器内电势角频率。
优选地，所述功角快速调整控制模块输出光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角给所述双模并行-竞争主导控制模块；所述双模并行-竞争主导控制模块包括：内电势相角发生器与内电势频率计算单元；所述内电势相角发生器能够根据内电势频率计算单元提供的内电势频率与所述光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角，生成内电势相角数据。
优选地，所述内电势幅值控制模块能够提供内电势幅值数据；所述内电势幅值数据的数学表达式为：
；
其中，表示光伏逆变器内电势幅值在频域的信号；表示频域下并网点额定电压幅值在频域的信号；表示光伏逆变器无功功率控制的比例系数；表示光伏逆变器无功功率的指令值在频域的信号；表示光伏逆变器无功功率实际值用滤波器的时间常数；表示光伏逆变器无功功率的实际值在频域的信号；表示光伏逆变器并网点电压控制的比例系数；表示光伏逆变器并网点电压的指令值在频域的信号；表示光伏逆变器并网点电压实际值用滤波器的时间常数；表示光伏逆变器并网点电压的实际值在频域的信号。
优选地，所述内电势幅值数据减去所述内电势幅值限幅控制模块提供的内电势幅值补偿数据，得出桥臂电压幅值数据；
所述内电势幅值限幅控制模块的数学表达式为：
；
其中，表示时域下光伏逆变器三相电流绝对值的最大值；表示时域下光伏逆变器a相并网电流的实时值；表示时域下光伏逆变器b相并网电流的实时值；表示时域下光伏逆变器c相并网电流的实时值；表示时域下光伏逆变器暂态控制用电流值；表示时域下光伏逆变器最大输出电流的幅值；表示时域下光伏逆变器暂态电流抑制控制值；表示时域下光伏逆变器暂态控制补偿电压的d轴分量；表示时域下光伏逆变器暂态控制补偿电压的q轴分量；表示光伏逆变器暂态控制虚拟阻抗的电阻值；表示光伏逆变器暂态控制虚拟阻抗的电抗值；表示指数函数；表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的幅值，即桥臂电压幅值数据。
优选地，所述桥臂调制电压控制模块能够根据所述内电势幅值限幅控制模块提供的桥臂电压幅值数据、所述双模并行-竞争主导控制模块提供的内电势相角数据与所述功角快速调整控制模块提供的光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角，得到三相桥臂电压在旋转坐标系分量数据进而得到三相桥臂的调制波电压；
所述三相桥臂电压在旋转坐标系分量数据的计算公式如下式所示：
；
其中，表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的d轴分量；表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的d轴分量；表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的幅值；表示时域下光伏逆变器用于暂态电流稳定控制的补偿角。
所述三相桥臂的调制波电压的数学表达式为：
；
其中，、与分别表示时域下光伏逆变器a相桥臂调制电压、光伏逆变器b相桥臂调制电压与光伏逆变器c相桥臂调制电压。
根据本发明提供的一种自同步电压源组串式光伏逆变器控制方法，基于自同步电压源组串式光伏逆变器系统实现，包括：
所述内电势频率控制模块生成内电势第一频率值与内电势第二频率值；将所述内电势第一频率值与内电势第二频率值输入所述双模并行-竞争主导控制模块，进而生成内电势相角与内电势频率；进而令所述桥臂调制电压控制模块结合所述内电势幅值限幅控制模块提供的桥臂电压幅值数据与所述功角快速调整控制模块提供的光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角，生成三相桥臂的调制波电压。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中提出的双模并行-竞争主导控制模块实现了构网型组串式光伏逆变器在限功率工作模式和最大功率跟踪工作模式的无缝平滑切换，从而在全运行模式下实现组串式光伏逆变器的自同步电压源控制。
2、本发明中方法能够有限解决暂态控制时直流母线出现的越限保护问题，当构网型组串式光伏逆变器的直流电压向上越限和向下越限时，由功角快速调整控制模块直接调制桥臂电压的相位实现对有功功率的快速控制，从而实现机-网侧功率的快速平衡，有效避免直流电压越限导致的逆变器保护停机问题。
3、本发明能够有效解决构网型组串式光伏逆变器在暂态故障时出现的过电流问题，设计的内电势幅值限幅控制模块可根据相电流超出限制电流的程度快速降低桥臂电压的幅值以及调整桥臂电压的相位，在限制暂态电流大小的同时给并网点无功支撑。
4、本发明实现了组串式光伏逆变器系统呈现电压源特性，提升了组串式光伏逆变器的交流电压控制性能，使其可自主同步电网稳定发电运行，具有自主惯量响应和一次调频能力，电网故障时可提供短路电流支撑，具备带负荷并网转孤岛的稳定构网运行能力，可自主建立电压，具备黑启动功能，实现零起升压并对外供电。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的组串式光伏逆变器拓扑示意图；
图2为本发明提供的组串式光伏逆变器控制示意框图；
图3为本发明提供的内电势第一频率控制模块示意图；
图4为本发明提供的内电势第二频率控制模块示意图；
图5为本发明提供的功角快速调整控制模式示意图；
图6为本发明提供的双模并行-竞争主导控制模块示意图；
图7为本发明提供的控制模式选择示意图；
图8为本发明提供的内电势幅值控制模块示意图；
图9为本发明提供的内电势幅值限幅控制模块示意图；
图10为本发明提供的调制电压控制模块示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本申请提出一种组串式光伏逆变器的双模并行-竞争主导自同步电压源控制系统和方法，参照图1所示，所述自同步电压源组串式光伏逆变器系统包括光伏板阵列、DC/DC直流变换器、直流电容池、DC/AC并网变换器、LC滤波器、并网开关以及电网，所述光伏板阵列一般由多簇光伏板组成，每簇光伏板的直流输出端子与所述DC/DC直流变换器的低压侧直流连接，上述每一簇DC/DC直流变换器的高压侧正负输出端子连接在一起与所述直流电容池的正负输出端子连接，所述直流电容池的正负输出端子与所述并网变换器的正负输出端子连接，所述并网变换器三相交流端子分别与所述交流滤波器的三相输入交流端子连接，所述交流滤波器的三相输出交流端子通过并网电气开关与所述电网相连。实时检测系统的直流电容池电压信号U dc(t)、三相交流电压信号u gabc(t)和三相交流电流信号i gabc(t)，通过信号计算得到并网变换器的有功功率p g(t)、无功功率q g(t)以及电网电压幅值信号u m(t)，通过锁相环（PLL）检测电网频率信号ω g(t)，上述检测信号作为并网变换器的运行状态信号被送入组串式光伏逆变器的自同步电压源控制模块；将有功功率第一指令值p g1(t)、有功功率第二指令值p g2(t)、无功功率指令值q g1(t)、交流电压幅值直流值u mr(t)、直流电压指令值u dcr(t)、直流电压保护上限值u dch(t)、直流电压保护上限值u dcl(t)以及交流电流允许输出的最大电流的幅值作为指令控制信号送入组串式光伏逆变器的自同步电压源控制模块，组串式光伏逆变器的自同步电压源控制模块执行双模并行-竞争主导自同步电压源控制算法输出光伏逆变器三桥臂调制电压u ma(t)、u mb(t)和u mc(t)经过PWM单元产生驱动脉冲控制光伏并网变换器工作。
图1所示的组串式光伏逆变器的自同步电压源控制模块包括：基于双模并行-竞争主导的内电势相位控制模块、内电势幅值控制模块、并网电流参考值控制模块以及并网电流实时控制模块，各控制模块的数据联络关系如下所示：
通过对有功功率的控制生成内电势第一频率，对直流电压的控制生成内电势第二频率，内电势第一频率和第二频率输入至双模并行-竞争主导模块生成内电势频率和相角；通过对并网点电压和无功功率的双重控制产生内电势幅值，并由内电势幅值限幅控制模块实现内电势幅值调整以应对电网暂态故障。控制方法可使组串式光伏逆变器在限功率控制模式，即控制模式一和最大功率跟踪控制模式，即控制模式二，两种工作模式下自由平滑切换，全运行模式下均具备自主同步电网、自主阻尼电网频率和电压波动、暂态故障下限电流主动支撑和黑启动等电压源特性。
根据本发明提供的一种双模并行-竞争主导的组串式光伏逆变器自同步电压源控制方法，包括内电势第一频率控制模块、内电势第二频率控制模块、功角快速调整控制模块、双模并行-竞争主导控制模块、内电势幅值控制模块、内电势幅值限幅控制模块和调制电压控制模块，各控制模块的数据联络关系，如图2所示。
各控制模块的具体描述如下所示：
1）内电势第一频率控制模块，将频域下有功功率第一指令值、有功功率第二指令值、有功功率实际值、并网点频率指令值和并网点频率实际值通过数学运算得到有功功率误差值，所述内电势第一频率控制模块的第一频率控制器将有功功率指令与有功功率实际值的误差值和并网点电压的实际角频率通过数学计算得到第一频率数据，即内电势第一频率值，进而送至内电势相角发生单元；
内电势第一频率控制模块的计算公式如下式所示：
；
其中，表示有功功率指令与有功功率实际值的误差值在频域的信号；其中，表示拉普拉斯算子；表示场站控制器给出的有功功率指令值在频域的信号；表示光伏逆变器前端捕获的最大有功功率值在频域的信号；表示光伏逆变器输出有功功率的实际值在频域的信号；表示光伏逆变器输出有功功率用一阶低通滤波器的滤波时间常数；表示频域下光伏逆变器输出电压与并网点电压的角频率偏差；表示并网点电压的额定角频率在频域的信号；表示光伏逆变器的调频系数；表示并网点电压的实际角频率在频域的信号；表示功率控制模式下输出的内电势第一频率值在频域的信号，简称内电势第一频率值；表示功率控制模式的阻尼系数；表示光伏逆变器的惯性时间常数，符号“·”表示乘法运算。
时域信号变换到频域信号的变换公式为：
；
其中，表示信号在时域中的表达式，t表示时间；表示时域信号在频域中的表达式，s表示拉普拉斯算法；表示时域信号到频域信号的拉普拉斯运算，即拉普拉斯变换；表示频域信号到时域信号的拉普拉斯运算，即拉普拉斯反变换。
2）内电势第二频率控制模块，将频域下光伏逆变器直流电压控制的指令值与光伏逆变器直流电压的实际值的偏差输入至一阶超前-滞后环节，并网点频率额定值减去一阶超前-滞后环节的输出得到第二频率数据，即内电势第二频率值，将其送至内电势相角发生单元；
内电势第二频率控制模块的计算公式如下式所示：
；
其中，表示电压控制模式下输出的内电势第二频率值在频域的信号，简称内电势第二频率值；表示光伏逆变器直流电压控制的指令值在频域的信号；表示频域下光伏逆变器直流电压的实际值在频域的信号；表示直流电压控制器的比例系数；表示光伏逆变器直流电压控制用超前滞后环节的超前环节的时间常数；表示光伏逆变器直流电压控制用超前滞后环节的时间常数；表示拉普拉斯算子。
内电势第一频率控制模块的实现框图如图4所示：
3）功角快速调整控制模块，包括补偿功角计算单元以及开关模式选择单元；所述补偿功角计算单元将直流电压实际值与直流电压高阈值的偏差经过第一电压偏差控制器得到直流电压超出高电压阈值后的第一补偿功角；将直流电压实际值与直流电压低阈值的偏差经过第二电压偏差控制器得到直流电压低于低电压阈值后的第二补偿功角；开关模式选择单元根据直流电压实际值、直流电压高阈值和直流电压低阈值给出，当直流电压实际值大于直流电压高阈值时，开关模式选择单元输出为1；当直流电压实际值小于直流电压低阈值时，开关模式选择单元输出为2；其他情况开关模式选择单元输出为0；当开关模式选择单元输出为0时，功角快速调整控制模块输出为0；当开关模式选择单元输出为1时，功角快速调整控制模块输出为第一补偿功角；当开关模式选择单元输出为2时，功角快速调整控制模块输出为第二补偿功角。补偿功角数据送至双模并行-竞争主导控制模块。
第一电压偏差控制器的表达式如下式所示：
；
其中，a表示光伏逆变器直流电压上限保护控制环节的比例系数；b表示光伏逆变器直流电压上限保护控制环节的积分系数。
第一补偿功角的计算公式如下式所示：
；
其中，表示光伏逆变器直流电压的保护上限值在频域的信号。
电压偏差控制器2的表达式如下式所示：
；
其中，表示光伏逆变器直流电压下限保护控制环节的比例系数；表示光伏逆变器直流电压下限保护控制环节的积分系数。
第二补偿功角的计算公式如下式所示：
；
其中，表示频域下光伏逆变器直流电压的保护下限值在频域的信号；
功角快速调整控制模块的计算公式如下式所示：
；
其中，表示光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角，简称补偿功角数据；表示直流电压超出高电压阈值后的第一补偿功角在时域的表达式，简称补偿功角1；表示直流电压低于低电压阈值后的第二补偿功角在时域的表达式，简称补偿功角1；表示光伏逆变器直流电压的保护上限值；表示光伏逆变器直流电压的保护下限值。
换而言之，所述功角快速调整控制模块的数学表达式为：
；
其中，表示光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角；表示光伏逆变器直流电压在频域的信号；表示光伏逆变器直流电压的保护上限值在频域的信号；表示光伏逆变器直流电压的保护上限值在频域的信号；表示光伏逆变器直流电压的保护下限值在频域的信号；a表示光伏逆变器直流电压上限保护控制环节的比例系数；b表示光伏逆变器直流电压上限保护控制环节的积分系数；c表示光伏逆变器直流电压下限保护控制环节的比例系数；d表示光伏逆变器直流电压下限保护控制环节的积分系数。
4）双模并行-竞争主导控制模块，包括内电势频率选择单元、内电势频率计算单元以及内电势相角发生器；所述内电势频率计算单元根据时域第一频率数据，即内电势第一频率值、第二频率数据，即内电势第二频率值以及设定时间计算得出，当系统模式由运行模式一变为运行模式二时，计算模式一频率值，其计算公式如下所示：
；
其中，表示运行模式一与模式二之间的转换时间，简称设定时间；表示模式一的频率值；
当系统模式由运行模式二变为运行模式一时，计算模式二频率值，其计算公式如下所示：
；
其中，表示模式二频率值。
所述内电势频率选择单元根据第一频率数据、第二频率数据以及预设频率偏差值计算得出，默认系统开始工作于模式一；在模式一运行情况下，当第二频率数据大于第一频率数据与预设频率偏差值之和时，运行模式选择为2，即模式二；否则运行模式选择为1，即模式一；在模式二运行情况下，当第一频率数据大于第二频率数据与预设频率偏差值之和时，运行模式选择为1，即模式一；否则运行模式选择为2，即模式二；当运行模式选择为1，即模式一时，内电势频率选择为模式一频率值；当运行模式选择为2，即模式二时，内电势频率选择为模式二频率值。
将内电势频率选择单元的输出即光伏逆变器内电势角频率数值进行积分运算并附加光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角得到内电势旋转角度，所述光伏逆变器内电势旋转角度的数学表达式为：
；
其中，表示光伏逆变器内电势旋转角度；表示积分运算符；表示光伏逆变器内电势角频率。
双模并行-竞争主导控制模块的实现框图如图6所示；其中，sel表示多路开关的选择信号；n表示采样时刻；“&&”表示逻辑与；“·”表示乘法运算；
4）内电势幅值控制模块，包括：无功功率偏差控制单元、并网点电压偏差控制单元以及内电势幅值控制单元；所述无功功率偏差控制单元对光伏逆变器无功功率的指令值和无功功率实际值的偏差进行控制得到反映无功功率偏差的控制量Δu sq(t)；
所述并网点电压偏差控制单元对并网点电压指令值和并网点电压实际值的偏差进行控制得到反映并网点电压偏差的控制量Δu sv(t)；内电势幅值控制单元将反映无功功率偏差的控制量Δu sq(t)和反映并网点电压偏差的控制量Δu sv(t)的加和通过积分器得到内电势幅值数据；
内电势幅值数据的计算公式如下式所示：
；
其中，表示光伏逆变器内电势幅值在频域的信号，即内电势幅值数据；表示频域下并网点额定电压幅值在频域的信号；表示频域下反映并网点电压偏差的控制量；表示频域下反映无功功率偏差的控制量；表示光伏逆变器无功功率控制的比例系数；表示光伏逆变器无功功率的指令值在频域的信号；表示光伏逆变器无功功率实际值用滤波器的时间常数；表示光伏逆变器无功功率的实际值在频域的信号；表示光伏逆变器并网点电压控制的比例系数；表示光伏逆变器并网点电压的指令值在频域的信号；表示光伏逆变器并网点电压实际值用滤波器的时间常数；表示光伏逆变器并网点电压的实际值在频域的信号。
内电势幅值数据的计算框图，即内电势幅值控制模块示意图，如图8所示；图中双箭头的方形电气符号表示限幅环节；
6）内电势幅值限幅控制模块，包括相电流非线性控制器和内电势调整模块。所述相电流非线性控制器，通过实时检测光伏逆变器三相电流绝对值的最大值，将最大值与暂态电流限制幅的差值进行非线性计算得到暂态电流抑制控制值；将暂态电流抑制控制值分别乘以虚拟电阻Z R和虚拟感抗Z L得到旋转坐标下的补偿电压和，经过旋转坐标到极坐标变换得到内电势幅值补偿数据和内电势相角补偿数据，内电势幅值数据减去内电势幅值补偿数据得到桥臂调制电压的幅值。
内电势幅值限幅控制模块的计算公式如下式所示：
；
其中，表示时域下光伏逆变器三相电流绝对值的最大值；表示时域下光伏逆变器a相并网电流的实时值；表示时域下光伏逆变器b相并网电流的实时值；表示时域下光伏逆变器c相并网电流的实时值；表示时域下光伏逆变器暂态控制用电流值；表示时域下光伏逆变器最大输出电流的幅值；表示时域下光伏逆变器暂态电流抑制控制值；表示时域下光伏逆变器暂态控制补偿电压的d轴分量；表示时域下光伏逆变器暂态控制补偿电压的q轴分量；表示光伏逆变器暂态控制虚拟阻抗的电阻值；表示光伏逆变器暂态控制虚拟阻抗的电抗值；表示指数函数；表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的幅值，即桥臂电压幅值数据；
内电势幅值限幅控制模块的实现框图如图9所示；表示取绝对值函数；
6）桥臂调制电压控制模块，根据桥臂电压幅值数据、内电势相角数据以及内电势相角补偿数据通过极坐标到旋转坐标变换得到桥臂电压在旋转坐标系的数据，进而通过派克反变换得到三相桥臂的调制波电压。
三相桥臂电压在旋转坐标系分量数据的计算公式如下式所示：
；
其中，表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的d轴分量；表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的d轴分量；表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的幅值；表示时域下光伏逆变器用于暂态电流稳定控制的补偿角；
三相桥臂的调制波电压的计算公式如下式所示：
；
其中，、与分别表示时域下光伏逆变器a相桥臂调制电压、光伏逆变器b相桥臂调制电压与光伏逆变器c相桥臂调制电压；
三相桥臂调制电压控制模块的实现框图，如图10所示；其中，dq表示两相旋转坐标系；表示幅值-相位极坐标系。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种自同步电压源组串式光伏逆变器系统，其特征在于，包括：内电势频率控制模块、功角快速调整控制模块、内电势幅值控制模块、双模并行-竞争主导控制模块、桥臂调制电压控制模块与内电势幅值限幅控制模块；
所述双模并行-竞争主导控制模块分别连接内电势频率控制模块、功角快速调整控制模块与桥臂调制电压控制模块；所述桥臂调制电压控制模块连接内电势幅值限幅控制模块；所述内电势幅值限幅控制模块连接内电势幅值控制模块；
所述双模并行-竞争主导控制模块，能够调节系统的运行模式得到光伏逆变器内电势角频率进而得到内电势旋转角度；所述运行模式包括模式一与模式二；
所述双模并行-竞争主导控制模块，默认系统开始工作于模式一，内电势频率选择模式一的输出；在模式一运行情况下，判断是否大于与预设频率偏差值之和，结果为是，则运行模式选择为模式二，内电势频率选择模式一的输出；结果为否，则运行模式选择为模式一，内电势频率选择模式一的输出；
在所述模式二的运行情况下，判断是否大于与预设频率偏差值之和，结果为是，则运行模式采用模式一，内电势频率选择模式一的输出；结果为否，则运行模式选择为模式二，内电势频率选择模式一的输出；其中，当运行模式选择为模式一时，内电势频率选择为模式一频率值；当运行模式选择为模式二时，内电势频率选择为模式二频率值；内电势频率输入至积分器并附加补偿功角数据得到内电势相角数据；
所述模式一频率值的数学表达式为：
；
其中，表示运行模式一与模式二之间的转换时间；表示模式一的频率值；
所述模式二频率值的数学表达式为：
；
其中，表示模式二的频率值；
所述光伏逆变器内电势旋转角度的数学表达式为：
；
其中，表示光伏逆变器内电势旋转角度；表示积分运算符；表示光伏逆变器内电势角频率。
2.根据权利要求1所述的自同步电压源组串式光伏逆变器系统，其特征在于，所述内电势频率控制模块包括：内电势第一频率控制模块与内电势第二频率控制模块。
3.根据权利要求2所述的自同步电压源组串式光伏逆变器系统，其特征在于，所述内电势第一频率控制模块能够生成内电势第一频率值，数学表达式为：
其中，表示频域下光伏逆变器输出电压与并网点电压的角频率偏差；其中，表示拉普拉斯算子；表示并网点电压的额定角频率在频域的信号；其中，表示时间；表示光伏逆变器的调频系数；表示场站控制器给出的有功功率指令值在频域的信号；表示光伏逆变器前端捕获的最大有功功率值在频域的信号；表示光伏逆变器输出有功功率的实际值在频域的信号；表示光伏逆变器输出有功功率用一阶低通滤波器的滤波时间常数；表示并网点电压的实际角频率在频域的信号；表示功率控制模式下输出的内电势第一频率值在频域的信号，简称内电势第一频率值；表示功率控制模式的阻尼系数；表示光伏逆变器的惯性时间常数，符号“·”表示乘法运算；
所述内电势第二频率控制模块能够生成内电势第二频率值，数学表达式为：
；
其中，表示电压控制模式下输出的内电势第二频率值在频域的信号表示光伏逆变器直流电压控制的指令值在频域的信号；表示频域下光伏逆变器直流电压的实际值在频域的信号；表示直流电压控制器的比例系数；表示光伏逆变器直流电压控制用超前滞后环节的超前环节的时间常数；表示光伏逆变器直流电压控制用超前滞后环节的时间常数。
4.根据权利要求1所述的自同步电压源组串式光伏逆变器系统，其特征在于，所述功角快速调整控制模块的数学表达式为：
；
其中，表示光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角；表示光伏逆变器直流电压在频域的信号；表示光伏逆变器直流电压的保护上限值在频域的信号；表示频域下光伏逆变器直流电压的保护下限值在频域的信号；a表示光伏逆变器直流电压上限保护控制环节的比例系数；b表示光伏逆变器直流电压上限保护控制环节的积分系数；c表示光伏逆变器直流电压下限保护控制环节的比例系数；d表示光伏逆变器直流电压下限保护控制环节的积分系数；表示拉普拉斯反变换。
5.根据权利要求4所述的自同步电压源组串式光伏逆变器系统，其特征在于，所述功角快速调整控制模块输出光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角给所述双模并行-竞争主导控制模块；所述双模并行-竞争主导控制模块包括：内电势相角发生器与内电势频率计算单元；所述内电势相角发生器能够根据内电势频率计算单元提供的内电势频率与所述光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角，生成内电势相角数据。
6.根据权利要求1所述的自同步电压源组串式光伏逆变器系统，其特征在于，所述内电势幅值控制模块能够提供内电势幅值数据；所述内电势幅值数据的数学表达式为：
；
其中，表示光伏逆变器内电势幅值在频域的信号；表示频域下并网点额定电压幅值在频域的信号；表示光伏逆变器无功功率控制的比例系数；表示光伏逆变器无功功率的指令值在频域的信号；表示光伏逆变器无功功率实际值用滤波器的时间常数；表示光伏逆变器无功功率的实际值在频域的信号；表示光伏逆变器并网点电压控制的比例系数；表示光伏逆变器并网点电压的指令值在频域的信号；表示光伏逆变器并网点电压实际值用滤波器的时间常数；表示光伏逆变器并网点电压的实际值在频域的信号。
7.根据权利要求6所述的自同步电压源组串式光伏逆变器系统，其特征在于，所述内电势幅值数据减去所述内电势幅值限幅控制模块提供的内电势幅值补偿数据，得出桥臂电压幅值数据；
所述内电势幅值限幅控制模块的数学表达式为：
；
其中，表示时域下光伏逆变器三相电流绝对值的最大值；表示时域下光伏逆变器a相并网电流的实时值；表示时域下光伏逆变器b相并网电流的实时值；表示时域下光伏逆变器c相并网电流的实时值；表示时域下光伏逆变器暂态控制用电流值；表示时域下光伏逆变器最大输出电流的幅值；表示时域下光伏逆变器暂态电流抑制控制值；表示时域下光伏逆变器暂态控制补偿电压的d轴分量；表示时域下光伏逆变器暂态控制补偿电压的q轴分量；表示光伏逆变器暂态控制虚拟阻抗的电阻值；表示光伏逆变器暂态控制虚拟阻抗的电抗值；表示指数函数；表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的幅值，即桥臂电压幅值数据；表示时域下光伏逆变器用于暂态电流稳定控制的补偿角。
8.根据权利要求1所述的自同步电压源组串式光伏逆变器系统，其特征在于，所述桥臂调制电压控制模块能够根据所述内电势幅值限幅控制模块提供的桥臂电压幅值数据、所述双模并行-竞争主导控制模块提供的内电势相角数据与所述功角快速调整控制模块提供的光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角，得到三相桥臂电压在旋转坐标系分量数据进而得到三相桥臂的调制波电压；
所述三相桥臂电压在旋转坐标系分量数据的计算公式如下式所示：
；
其中，表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的d轴分量；表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的d轴分量；表示时域下光伏逆变器桥臂调制电压的幅值；表示时域下光伏逆变器用于暂态电流稳定控制的补偿角；
所述三相桥臂的调制波电压的数学表达式为：
；
其中，、与分别表示时域下光伏逆变器a相桥臂调制电压、光伏逆变器b相桥臂调制电压与光伏逆变器c相桥臂调制电压；表示光伏逆变器内电势旋转角度。
9.一种自同步电压源组串式光伏逆变器控制方法，基于权利要求1至权利要求8任一所述的自同步电压源组串式光伏逆变器系统实现，其特征在于，包括：
所述内电势频率控制模块生成内电势第一频率值与内电势第二频率值；将所述内电势第一频率值与内电势第二频率值输入所述双模并行-竞争主导控制模块，进而生成内电势相角与内电势频率；进而令所述桥臂调制电压控制模块结合所述内电势幅值限幅控制模块提供的桥臂电压幅值数据与所述功角快速调整控制模块提供的光伏逆变器用于直流电压稳定控制的补偿角，生成三相桥臂的调制波电压。
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