(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911308959.0
(22)申请日 2019.12.18
(71)申请人 合肥工业大学
地址 230009 安徽省合肥市屯溪路193号
(72)发明人 张兴 王杨 郭梓暄 李明
潘海龙 王继磊 李飞 刘晓玺
陈巧地
(74)专利代理机构 合肥和瑞知识产权代理事务
所(普通合伙) 34118
代理人 王挺
(51)Int.Cl.
H02J 3/38(2006.01)
(54)发明名称并网逆变器VSG模式和电流源模式无扰动切换控制方法(57)摘要本发明公开了一种并网逆变器VSG模式和电流源模式无扰动切换控制方法，应用该控制方法的逆变器的拓扑结构包括直流电压源、直流侧滤波电容C in 、三相逆变器、LC滤波器和电网；所述直流电压源与直流侧滤波电容C in 并联，所述并网逆变器与直流电压源串联，并网逆变器输出经过LC滤波器进行滤波后经过电网阻抗L g 接入电网。逆变器工作在电流源模式时，VSG模式算法对电流源模式输出进行跟踪；逆变器工作在VSG模式时，电流源模式算法对电压源模式输出进行跟踪，从而保证了逆变器双模式的无扰动切换，继 而提升逆变器并网稳定性。权利要求书6页 说明书14页 附图4页CN 111030174 A 2020.04.17
C N 111030174
A
1.一种并网逆变器VSG模式和电流源模式无扰动切换控制方法，应用该控制方法的逆变器的拓扑结构包括直流电压源V dc、直流侧滤波电容C in、并网逆变器、LC滤波器、电网阻抗L g和电网Grid；所述直流电压源V dc与直流侧滤波电容C in并联，所述并网逆变器与直流侧滤波电容C in并联，逆变器输出通过LC滤波器进行滤波后经电网阻抗L g接入电网；
其特征在于，本控制方法的步骤如下：
步骤1，采样逆变器的输出相电压U oa,U ob,U oc，采样逆变器的逆变器侧滤波电感相电流I inva,I invb,I invc，采样逆变器的输出相电流I oa,I ob,I oc，设定逆变器运行模式并设：0为电流源模式、1为VSG模式，文中所有电压源模式即代表VSG模式；
步骤2，首先设定逆变器运行模式为0，根据步骤1采样得到的三相逆变器的输出相电压U oa,U ob,U oc，经过三相电压到两相旋转坐标系变换公式得到三相逆变器的输出相电压的q轴电压V csm_q和d轴电压V csm_d，然后经过单同步坐标系锁相公式得到电流源角频率ωcsm，其中d 轴为有功轴，q轴为无功轴； 所述三相电压到两相旋转坐标系变换公式为：
所述单同步坐标系锁相公式为：
ωcsm＝V csm_q×(K spll_p+K spll_i/s)+100π
其中K spll_p为spll锁相环比例调节器系数，K spll_i为单同步坐标系锁相环积分调节器系数，s为拉普拉斯算子，θ”为上一周期的三相逆变器输出电压角度；
步骤3，根据步骤2中得到的电流源角频率ωcsm，通过模式选择积分公式1得到三相逆变器输出电压角度θ；
所述模式选择积分公式1为：
步骤4，根据步骤3所得到的逆变器输出电压角度θ，通过电流源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程1对步骤1中采样得到的逆变器侧滤波电感相电流I inva,I invb,I invc进行坐标变换，得到逆变器电流源模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I csm_dfeedback和电流源模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I csm_qfeedback；
所述电流源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程1为：
步骤5，根据步骤4中所得到的逆变器电流源模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I csm_dfeedback、电流源模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I csm_qfeedback和外部给定的电流源d
轴参考I csm_dref、电流源q轴参考I csm_qref，通过电流源模式电流环方程，得到电流源模式调制d轴参考e csm_dref和电流源模式调制q轴参考e csm_qref；
所述电流源模式电流环方程为：
其中，K csm_ip是电流源模式电流环比例调节器系数，K csm_ii电流源模式电流环积分调节器系数；
步骤6，根据步骤5得到的电流源模式调制d轴参考e csm_dref和电流源模式调制q轴参考e csm_qref，通过调制模式选择方程1，得到dq坐标系下的调制波e d和e q，然后调制发波，使逆变器通过电网阻抗L g输出电能到电网中；
所述调制模式选择方程1为：
e d＝e csm_dref
e q＝e csm_qref
步骤7，根据输出三相电压到两相静止坐标系变换公式1将步骤1采样得到的三相逆变器输出相电压U oa,U ob,U oc变换得到逆变器输出相电压两相静止坐标系分量U oα,U oβ，根据输出三相电流到两相静止坐标系变换公式1将步骤1采样得到的逆变器输出相电流I oa,I ob,I oc 变换得到逆变器输出相电流两相静止坐标系分量I oα,I oβ；其次通过功率计算公式1得到逆变器输出有功功率P和逆变器输出无功功率Q；然后再通过VSG无功功率控制公式1得到VSG 角频率ωvsm，通过VSG有功功率控制公式1得到d轴电压幅值参考U dref；
所述输出三相电压到两相静止坐标系变换公式1为：
所述输出三相电流到两相静止坐标系变换公式1为：
所述功率计算公式1为：
P＝U oαI oα+U oβI oβ
Q＝U oβI oα-U oαI oβ
所述VSG有功功率控制公式1为：
其中，P ref为额定有功功率，ω0为基波角频率，ωcsm为电流源角频率，m为有功下垂系数，J为虚拟转动惯量，D为虚拟阻尼系数；
所述VSG无功功率控制公式1为：
其中：Q ref为额定无功功率，V grms为电网基波有效值，n为无功下垂系数，I d_ref_vsm”是VSG 模式电流环d轴电流上一个周期的给定值，电流源模式启动时I d_ref_vsm”的初始化值为0；
步骤8，根据步骤4所得到的逆变器电流源模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I csm_dfeedback和电流源模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I csm_qfeedback，通过电压源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程1，得到逆变器VSG模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I vsm_dfeedback和VSG模式逆变器侧滤波电
感电流q轴反馈I vsm_qfeedback，通过电压源模式逆变器侧相电压旋转坐标变换方程1对步骤1中采样得到的逆变器输出相电压U oa,U ob,U oc进行坐标变换，得到逆变器电压源模式输出电压d轴反馈U vsm_dfeedback和逆变器电压源模式输出电压q 轴反馈U vsm_qfeedback；
所述电压源模式逆变器侧相电流旋转坐标变换方程1为：
I vsm_dfeedback＝I csm_dfeedback
I vsm_qfeedback＝I csm_qfeedback
所述电压源模式逆变器侧相电压旋转坐标变换方程1为：
步骤9，根据步骤8中所得到的逆变器电压源模式输出电压d轴反馈U vsm_dfeedback、逆变器电压源模式输出电压q轴反馈U vsm_qfeedback和步骤7得到的U drefv，通过电压源模式电压环方程1得到电压源
模式电流环d轴参考I vsm_dref和电压源模式电流环q轴参考I vsm_qref；
所述电压源模式电压环方程1为：
I vsm_dref＝(U drefv-U vsm_dfeedback)×(K vsm_vp+K vsm_vi/s)
I vsm_qref＝(0-U vsm_qfeedback)×(K vsm_vp+K vsm_vi/s)
其中K vsm_vp是VSG模式电压环比例调节器系数，K vsm_vi是VSG模式电压环积分调节器系数；
步骤10，根据步骤9中所得到的电压源模式电流环d轴参考I vsm_dref、电压源模式电流环q 轴参考I v s m_q r e f和步骤8中所得到的逆变器VSG模式逆变器侧滤波电感电流d轴反馈I vsm_dfeedback和VSG模式逆变器侧滤波电感电流q轴反馈I vsm_qfeedback，通过电压源模式电流环方程1，得到电压源模式调制d轴参考e vsm_drefv和电压源模式调制q轴参考e vsm_qrefv；
所述电压源模式电流环方程1为：
e vsm_dref＝(I vsm_dref-I vsm_dfeedback)×K vsm_ip+e csm_dref
e vsm_qref＝(I vsm_qref-I vsm_qfeedback)×K vsm_ip+e csm_qref
其中K vsm_ip是VSG模式电流环比例调节器系数；
步骤11，切入VSG模式，即设运行模式为1，并将该模式下逆变器的运行记为新一周期；
采样逆变器新一周期的输出相电压U oa',U ob',U oc'，采样逆变器新一周期的逆变器侧滤波电感相电流I inva',I invb',I invc'，采样逆变器新一周期的输出相电流I oa',I ob',I oc'；
步骤12，根据输出三相电压到两相静止坐标系变换公式2将步骤11采样得到的逆变器新一周期的输出相电压U oa',U ob',U oc'变换得到逆变器新一周期的输出相电压两相静止坐标系分量U oα',U oβ'；根据输出三相电流到两相静止坐标系变换公式2将步骤11采样得到的逆变器新一周期的输出相电流I oa',I ob',I oc'变换得到逆变器新一周期的输出相电流两相静止坐标系分量I oα',I oβ'；其次通过功率计算公式2得到逆变器新一周期的输出有功功率P'和逆变器新一周期的输出无功功率Q'；然后再通过VSG无功功率控制公式2得到新一周期的VSG角频率ωvsm'，VSG有功功率控制公式2得到新一周期的d轴电压幅值参考U dref'；
所述输出三相电压到两相静止坐标系变换公式2为：
所述输出三相电流到两相静止坐标系变换公式2为：
所述功率计算公式2为：
P'＝U oα'I oα'+U oβ'I oβ'
Q'＝U oβ'I oα'-U oα'I oβ'
所述有功功率控制公式2为：
所述无功功率控制公式2为：
步骤13，根据步骤12中得到的新一周期的电压源角频率ωcsm'，通过模式选择积分公式2得到逆变器新一周期的输出电压角度θ'；
所述模式选择积分公式2为：
步骤14，根据步骤13所得到的逆变器新一周期的输出电压角度θ'，通过电压源模式逆
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