基于mppt和虚拟同步机特性的逆变器控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种S相逆变器控制系统及方法，具体设及一种基于MPPT和虚拟同步 机特性的逆变器控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着新能源发电技术的不断发展，基于电力电子接口的分布式电源在电 力系统的渗透率不断提升，大型光伏电站数量大幅增加。但传统逆变电源大多采用下垂控 制法，在控制过程当中有一些弊端，不具有同步发电机惯性大和输出阻抗大等优点，不能完 全满足电网稳定运行的要求。
[0003] 光伏发电系统缺乏惯量，不具备短时过载能力，与此同时，传统集中式一次能源逐 渐减少，导致电网的转动惯量逐渐减小，频率波动变大，尤其是W光伏发电为主的供电系 统，其能源的间歇性和不可调度性更加剧了电网的频率波动，使得系统的频率稳定性问题 日趋严峻，在电网故障情况下将不能提供短时功率甚至脱机，导致电力系统难W获得足够 的时间W恢复电网，进而导致电网稳定性急剧下降。
[0004] 此外，随着光伏发电电网渗透率的提高，其在电网中的角色发生变化，光伏发电系 统将不再只是向电网提供电能，还应能具备电压源特性、能量存储和旋转备用功能，即能组 建光伏微电网系统，具备一定的电网电压和频率支撑能力，向负载提供优质电能。然而，目 前基于电流源并网控制方式的光伏发电系统并不具备电压支撑能力，且并入不同电网结构 时其稳定性和动稳态性能有较大差异，电网适应性较差。
[0005] 目前，最新发展的发电机模拟控制(GEC)技术实现了两级式光伏逆变器的同步机 特性模拟，但在大型微电网中广泛应用的=相单级变换型光伏逆变器中，虚拟同步机与 MPPT协调控制的相关研究尚未开展。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于MPPT和虚拟同 步机特性的逆变器控制系统及方法，改进传统逆变器控制方法，使其像发电机组一样具有 调频调压能力，解决光伏分布式电源大规模并网的技术瓶颈。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用技术方案如下：
[000引基于MPPT和虚拟同步机特性的逆变器控制系统，包括逆变器主电路，W及分别与 其相连的光伏阵列和电网Grid,其特征在于，还包括与光伏阵列相连的直流电流采集模块 和直流电压采集模块、连接在逆变器主电路与电网Grid之间的交流电流采集模块和交流电 压采集模块，还包括功率计算模块、幅值检测模块、MPPT模块、频率-有功功率下垂控制调节 模块、电压-无功功率下垂控制调节模块、虚拟转动惯量模块、积分调节模块、逆变器相位生 成模块、电压参考信号生成模块、电流环参考信号生成模块、电流环调节模块、调制波生成 模块和脉宽调制模块；
[0009]所述功率计算模块根据交流电流采集模块采集到的逆变器输出电流和交流电压 采集模块采集到的逆变器输出电压计算逆变器输出的有功功率和无功功率；
[0010] 所述幅值检测模块根据逆变器输出电压计算逆变器主电路输出的电压幅值；
[0011] 所述MPPT模块根据直流电流采集模块输出的电流、所述直流电压采集模块输出的 电压和幅值检测模块输出的电压幅值，计算有功功率给定值；
[0012] 所述频率-有功功率下垂控制调节模块根据虚拟转动惯量模块输出的电压参考信 号角频率和电网电压额定角频率，计算有功功率下垂给定值；
[0013] 所述电压-无功功率下垂控制调节模块根据幅值检测模块输出的电压幅值和电网 电压额定幅值，计算无功功率下垂给定值；
[0014] 所述虚拟转动惯量模块根据频率-有功功率下垂控制调节模块输出的有功功率下 垂给定值、功率计算模块输出的有功功率和MPPT模块输出的有功功率给定值，生成电压参 考信号角频率；
[0015] 所述积分调节模块根据电压-无功功率下垂控制调节模块输出的无功功率下垂给 定值、功率计算模块输出的无功功率和无功功率给定值，生成电压参考信号幅值信息；
[0016] 所述逆变器相位生成模块根据虚拟转动惯量模块输出的电压参考信号角频率生 成相位信息；
[0017] 所述电压参考信号生成模块根据积分调节模块输出的电压参考信号幅值信息和 逆变器相位生成模块输出的相位信息生成=相电压参考信号；
[0018] 所述电流环参考信号生成模块根据电压参考信号生成模块输出的=相电压参考 信号和交流电压采集模块输出的逆变器输出电压生成=相电流参考信号；
[0019] 所述电流环调节模块和调制波生成模块根据电流环参考信号生成模块输出的= 相电流参考信号、交流电流采集模块输出的逆变器输出电流和交流电压采集模块输出的逆 变器输出电压生成逆变器调制信号；
[0020] 所述脉宽调制模块根据调制波生成模块输出的逆变器调制信号和载波信号生成 控制逆变器功率开关的控制信号。
[0021] 基于前述的基于MPPT和虚拟同步机特性的逆变器控制系统的控制方法，其特征在 于:包括如下步骤：
[0022] 步骤一，将通过交流电压采集模块获得的逆变器输出电压UdABC送入幅值检测模块 计算逆变器主电路输出的电压幅值V。；
[0023] 步骤二，将电压幅值V。和采集到的光伏阵列的电流和电压送入MPPT模块计算获得 有功功率给定值Pref，将采集到的逆变器输出电流iABC和逆变器输出电压UoABC送入功率计算 模块计算获得逆变器输出的有功功率P。和无功功率q。，同时，将电压参考信号角频率和 电网电压额定角频率《。送入频率-有功功率下垂控制调节模块计算有功功率下垂给定值 Pd,将电压幅值V。和电网电压额定幅值Vn送入电压-无功功率下垂控制调节模块计算无功功 率下垂给定值Qd;
[0024] 步骤立，将有功功率下垂给定值Pd、有功功率给定值Pref和有功功率P。送入虚拟转 动惯量模块计算角频率，即计算电压参考信号角频率《。，同时，将无功功率下垂给定值Qd、 无功功率给定值Qref和无功功率q。送入积分调节模块计算电压参考信号幅值信息Vref;
[0025] 步骤四，将电压参考信号角频率送入到逆变器相位生成模块生成相位信息0。；
[0026] 步骤五，将相位信息0。和电压参考信号幅值信息Vref送入电压参考信号生成模块 生成S相电压参考信号VrefABC ;
[0027] 步骤六，将S相电压参考信号VrefABC和逆变器输出电压UoABC送入电流环参考信号 生成模块生成S相电流参考信号irefABC ;
[002引步骤屯，将S相电流参考信号irefABC和逆变器输出电流iABC送入电流环调节模块， 并将该模块的计算结果和逆变器输出电压UdABC-同送入到调制波生成模块生成逆变器调 制f胃号VmABC;
[0029] 步骤八，将逆变器调制信号VmABe和载波信号V。送入到脉宽调制模块生成控制逆变 器功率开关的控制信号d。
[0030] 前述的基于MPPT和虚拟同步机特性的逆变器控制系统的控制方法，其特征在于： 所述步骤二中，有功功率下垂给定值Pd和无功功率下垂给定值Qd计算公式如下：
[0031] Pd= ( CO JJ-CO。）? kf
[0032] 式中kf为频率-有功下垂系数，
[003；3] Qd=(Vn-Vo) ? kv
[0034] 式中kv为电压-无功下垂系数。
[0035] 前述的基于MPPT和虚拟同步机特性的逆变器控制系统的控制方法，其特征在于， 所述步骤=中，电压参考信号角频率《。和电压参考信号幅值信息Vref计算公式如下：
[0037]式中J为虚拟转动惯量，
[0039] 式中K为积分系数。
[0040] 前述的基于MPPT和虚拟同步机特性的逆变器控制系统的控制方法，其特征在于： 所述步骤四中，相位信息0。计算公式