一种构网型逆变器的虚拟惯量自适应调节方法

本发明属于构网型逆变器控制，具体涉及一种构网型逆变器的虚拟惯量自适应调节方法。

背景技术：

1、可再生能源和其他分布式能源的大规模普及给电力行业带来了重大的挑战。但新能源的大规模接入伴随着相应的同步发电机的退出和基于逆变器的电源的增加，系统的惯性大幅度减小，频率稳定性成为一个问题。于是构网型逆变器应运而生。

2、在现有的构网型逆变器的控制中，普遍存在着由于系统动力学未知的，虚拟惯量和阻尼参数优化困难而引起构网型逆变器功率输入的波动、频率振荡、输出响应速度和振荡不能同时满足的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中带有的缺陷，本发明提出一种构网型逆变器的虚拟惯量自适应调节方法，解决了现有技术中由于系统动力学未知的，虚拟惯量和阻尼参数优化困难而引起构网型逆变器功率输入的波动、频率振荡、输出响应速度和振荡不能同时满足的问题。

2、本发明运用如下的技术方案。

3、一种构网型逆变器的虚拟惯量自适应调节方法，包括：

4、步骤1：运用内环电压多重谐振控制器执行控制；

5、步骤2：运用虚拟惯量功率外环控制器执行控制；

6、步骤3：运用虚拟惯量自适应调节器对虚拟惯量执行调节。

7、优选地，所述运用内环电压多重谐振控制器执行控制的方法，包括：

8、内环电压多重谐振控制器首先将构网型逆变器的输出电压、输出电流与桥臂电流变换到同步旋转dq坐标系下，在电压环控制中输入参考电压与实际输出电压，再在多重谐振控制器的作用下输出桥臂电流的参考值；而后进入电流环控制，将桥臂电流的参考值与实际值通过比例积分控制以输出桥臂电压的dq轴分量，经反变换后通过调制模块生成构网型逆变器的6路开关器件的驱动信号,以驱使电压型三相桥式逆变器输出所需三相电压电流波形。

9、优选地，所述在电压环控制中输入参考电压与实际输出电压，再在多重谐振控制器的作用下输出桥臂电流的参考值；而后进入电流环控制，将桥臂电流的参考值与实际值通过比例积分控制以输出桥臂电压的dq轴分量的方法，包括：

10、在电压环控制中输入参考电压与作为实际输出电压的构网型逆变器的输出电压，构网型逆变器的输出电压的d轴分量通过多重谐振控制器跟踪d轴分量参考值，多重谐振控制器的输出值叠加输出电流的d轴分量与前馈输出电压的q轴补偿分量-ωcfuoq作为桥臂电流的d轴分量的参考值；桥臂电流通过比例积分控制器跟踪其d轴分量参考值，比例积分控制器的输出值叠加输出电压的d轴分量与前馈桥臂电流的q轴补偿分量-ωlfirq作为桥臂电压的d轴分量；

11、构网型逆变器的输出电压的q轴分量通过多重谐振控制器跟踪q轴分量参考值，多重谐振控制器的输出值叠加输出电流的q轴分量与前馈输出电压的d轴补偿分量-ωcfuod作为桥臂电流的q轴分量的参考值；桥臂电流通过比例积分控制器跟踪其q轴分量参考值，比例积分控制器的输出值叠加输出电压的q轴分量与前馈桥臂电流的d轴补偿分量-ωlfird作为桥臂电压的q轴分量；

12、桥臂电压的d轴分量与桥臂电压的q轴分量就形成了桥臂电压的dq分量；

13、其中，ω是工频频率，cf是与构网型逆变器的桥臂相连的lcl滤波器的等效电容值，lf是与构网型逆变器的桥臂相连的lcl滤波器的等效电感值，uoq是构网型逆变器的输出电压的q轴分量，uod是构网型逆变器的输出电压的d轴分量；irq是构网型逆变器的输出电流的q轴分量，ird是构网型逆变器的输出电流的d轴分量。

14、优选地，所述反变换就是将桥臂电压的dq分量变换到三相静止abc坐标下得到三相调制波。

15、优选地，所述多重谐振控制器为公式(1)所示：

16、

17、其中kp为比例项系数，krh为谐振系数，n为谐波次数，ω0表示谐振频率，同时为构网型逆变器所在的电网系统中的参考电压的频率，ωcn表示谐振角频率，s为jω，j是虚数单位。

18、优选地，所述比例积分控制器为公式(2)所示：

19、

20、其中kpc为比例项系数，kic为积分项系数。

21、优选地，所述运用虚拟惯量功率外环控制器执行控制的方法，包括：

22、在功率外环中，通过功率参考值与检测电路检测出构网型逆变器输出的实际电流电压计算出其输出功率实际值，经过虚拟惯量功率外环控制器算出频率，将该频率给入电流电压双环控制中作参考值，从而达到控制构网型逆变器的作用。

23、优选地，所述经过虚拟惯量功率外环控制器算出频率的方法，包括：

24、用公式(3)来算出频率ω：

25、

26、其中，在作为功率外环的有功控制环中，pref为功率参考值，p为构网型逆变器输出的功率实际值，由构网型逆变器的输出端子处测量的电压和电流信号计算得到，j为虚拟惯量，d为阻尼因子，ω0为构网型逆变器的虚拟转子的虚拟角速度的角速度额定值。

27、优选地，所述步骤3具体包括：

28、sigmoid函数表示为公式(9)式所示：

29、

30、其中，x为自变量；

31、对sigmoid函数进行伸缩平移变换，输入虚拟转子的虚拟角速度ω，输出对应的虚拟惯量j，坐标伸缩变换后的函数表达式可表示为公式(10)所示：

32、

33、其中ω0为角速度额定值即100π，jmax、jmin分别表示限定的虚拟惯量最大值与最小值。

34、一种构网型逆变器的虚拟惯量自适应调节装置，包括：

35、多重谐振控制模块，所述多重谐振控制模块用于运用内环电压多重谐振控制器执行控制；

36、虚拟惯量功率外环控制模块，所述虚拟惯量功率外环控制模块用于运用虚拟惯量功率外环控制器执行控制；

37、调节模块，所述调节模块用于运用虚拟惯量自适应调节器对虚拟惯量执行调节。

38、优选地，所述多重谐振控制模块还用于首先将构网型逆变器的输出电压、输出电流与桥臂电流变换到同步旋转dq坐标系下，在电压环控制中输入参考电压与实际输出电压，再在多重谐振控制器的作用下输出桥臂电流的参考值；而后进入电流环控制，将桥臂电流的参考值与实际值通过比例积分控制以输出桥臂电压的dq轴分量，经反变换后通过调制模块生成构网型逆变器的6路开关器件的驱动信号,以驱使电压型三相桥式逆变器输出所需三相电压电流波形。

39、优选地，所述多重谐振控制模块还用于在电压环控制中输入参考电压与作为实际输出电压的构网型逆变器的输出电压，构网型逆变器的输出电压的d轴分量通过多重谐振控制器跟踪d轴分量参考值，多重谐振控制器的输出值叠加输出电流的d轴分量与前馈输出电压的q轴补偿分量-ωcfuoq作为桥臂电流的d轴分量的参考值；桥臂电流通过比例积分控制器跟踪其d轴分量参考值，比例积分控制器的输出值叠加输出电压的d轴分量与前馈桥臂电流的q轴补偿分量-ωlfirq作为桥臂电压的d轴分量；

40、构网型逆变器的输出电压的q轴分量通过多重谐振控制器跟踪q轴分量参考值，多重谐振控制器的输出值叠加输出电流的q轴分量与前馈输出电压的d轴补偿分量-ωcfuod作为桥臂电流的q轴分量的参考值；桥臂电流通过比例积分控制器跟踪其q轴分量参考值，比例积分控制器的输出值叠加输出电压的q轴分量与前馈桥臂电流的d轴补偿分量-ωlfird作为桥臂电压的q轴分量；

41、桥臂电压的d轴分量与桥臂电压的q轴分量就形成了桥臂电压的dq分量；

42、其中，ω是工频频率，cf是与构网型逆变器的桥臂相连的lcl滤波器的等效电容值，lf是与构网型逆变器的桥臂相连的lcl滤波器的等效电感值，uoq是构网型逆变器的输出电压的q轴分量，uod是构网型逆变器的输出电压的d轴分量；irq是构网型逆变器的输出电流的q轴分量，ird是构网型逆变器的输出电流的d轴分量。

43、优选地，所述反变换就是将桥臂电压的dq分量变换到三相静止abc坐标下得到三相调制波。

44、优选地，所述多重谐振控制器为公式(1)所示：

45、

46、其中kp为比例项系数，krh为谐振系数，n为谐波次数，ω0表示谐振频率，同时为构网型逆变器所在的电网系统中的参考电压的频率，ωcn表示谐振角频率，s为jω，j是虚数单位。

47、优选地，所述比例积分控制器为公式(2)所示：

48、

49、其中kpc为比例项系数，kic为积分项系数。

50、优选地，所述虚拟惯量功率外环控制模块还用于在功率外环中，通过功率参考值与检测电路检测出构网型逆变器输出的实际电流电压计算出其输出功率实际值，经过虚拟惯量功率外环控制器算出频率，将该频率给入电流电压双环控制中作参考值，从而达到控制构网型逆变器的作用。

51、优选地，所述经过虚拟惯量功率外环控制器算出频率的方法，包括：

52、用公式(3)来算出频率ω：

53、

54、其中，在作为功率外环的有功控制环中，pref为功率参考值，p为构网型逆变器输出的功率实际值，由构网型逆变器的输出端子处测量的电压和电流信号计算得到，j为虚拟惯量，d为阻尼因子，ω0为构网型逆变器的虚拟转子的虚拟角速度的角速度额定值。

55、优选地，所述调节模块还用于对sigmoid函数进行伸缩平移变换，输入虚拟转子的虚拟角速度ω，输出对应的虚拟惯量j，坐标伸缩变换后的函数表达式可表示为公式(10)所示：

56、

57、其中ω0为角速度额定值即100π，jmax、jmin分别表示限定的虚拟惯量最大值与最小值。

58、一种终端，包括处理器及存储介质；

59、所述存储介质用于存储指令；

60、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述构网型逆变器的虚拟惯量自适应调节方法的步骤。

61、计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述构网型逆变器的虚拟惯量自适应调节方法的步骤。

62、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明提出的构网型逆变器的虚拟惯量自适应调节方法，相比于传统的电压比例积分控制，电压控制环中使用多重谐振控制器能够有效改善在逆变器接本地非线性负载时输出的电能质量问题；利用自适应控制原理，利用sigmoid函数构造出可以根据频率波动而更改的自适应虚拟惯量，以有效地激发了提高频率稳定性的潜力，并防止了系统不稳定的发生，改善系统的动态响应。