1.一种两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法,所述的两级式光伏逆变器包括前级boost升压变换器和后级逆变器,对前级boost升压变换器和后级逆变器进行采样和坐标变换;所述采样包括对以下数据进行采样:后级逆变器滤波电容电压uca,ucb,ucc、后级逆变器桥臂侧电感电流iLa,iLb,iLc;所述坐标变换包括对以下数据进行坐标变换:对后级逆变器滤波电容电压uca,ucb,ucc进行单同步旋转坐标变换得到后级逆变器滤波电容电压dq分量Ucd,Ucq,对后级逆变器桥臂侧电感电流iLa,iLb,iLc进行单同步旋转坐标变换得到后级逆变器桥臂侧电感电流dq分量ILd,ILq;
其特征在于,本控制方法步骤如下:
步骤1,采集以下数据:后级逆变器直流侧电压Udc,前级boost升压变换器输入直流电压Udc_boost和boost电感电流Idc_boost,后级逆变器并网点电网电压ea,eb,ec;
步骤2,根据采样得到的后级逆变器滤波电容电压dq分量Ucd,Ucq,通过通用的微分离散化方程计算后级逆变器滤波电容电流dq分量Icd,Icq;根据采样得到的后级逆变器桥臂侧电感电流dq分量ILd,ILq和后级逆变器滤波电容电流dq分量Icd,Icq,通过输出电流计算方程得到输出电流dq分量Iod,Ioq;通过有功功率计算方程和无功功率计算方程得到平均有功功率P和平均无功功率Q;对后级逆变器并网点电网电压ea,eb,ec经过锁相环环节得到电网角频率ωg;根据步骤1得到的前级boost升压变换器输入直流电压Udc_boost和boost电感电流Idc_boost计算前级boost升压变换器输入功率Pdc_boost;根据前级boost升压变换器输入直流电压Udc_boost、前级boost升压变换器输入功率Pdc_boost和上一控制周期得到的前级boost升压变换器输入直流电压Udc_boost'、上一控制周期得到的前级boost升压变换器输入功率Pdc_boost'计算得到输入功率Pdc_boost随直流电压Udc_boost的变化率α, 其中dPdc_boost=Pdc_boost-Pdc_boost',dUdc_boost=Udc_boost-Udc_boost';
步骤3,根据步骤2中得到的平均有功功率P、电网角频率ωg和光伏逆变器给定的有功功率指令P0、光伏逆变器给定的有功功率指令P0时的额定角频率ω0,以及步骤1得到的前级boost升压变换器输入直流电压Udc_boost和boost电感电流Idc_boost,经过光伏功率曲线工作区域逻辑判断环节得到后级逆变器的角频率ω和前级boost的控制方程,对ω积分得到后级逆变器的矢量角θ;
步骤4,根据步骤2中得到的平均无功功率Q和光伏逆变器给定的无功功率指令Q0、光伏逆变器给定的无功功率指令Q0时的额定输出电容电压U0,经过无功控制方程得到虚拟同步发电机的端电压U*;
步骤5,先根据步骤4中得到的虚拟同步发电机的端电压U*和采样得到的后级逆变器滤波电容电压的dq分量Ucd,Ucq,通过电压控制方程得到电流指令信号 再根据电流指令信号 采样得到的后级逆变器桥臂侧电感电流的dq分量ILd,ILq和步骤2中得到的后级逆变器滤波电容电流的dq分量Icd,Icq,通过加权电流控制方程得到控制信号Ud,Uq;
步骤6,将步骤5中得到的控制信号Ud,Uq经过单同步旋转坐标反变换得到三相桥臂电压控制信号Ua,Ub,Uc,再根据Ua,Ub,Uc生成开关管的PWM控制信号。
2.根据权利要求1所述的两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法,其特征在于,步骤2中所述平均有功功率P和平均无功功率Q的计算步骤包括:步骤2.1,通过通用的微分离散化方程计算后级逆变器滤波电容电流的dq分量Icd,Icq;
令后级逆变器滤波电容电压dq分量Ucd,Ucq的离散序列为Ucd(n),Ucq(n),后级逆变器滤波电容电流dq分量Icd,Icq的离散序列为Icd(n),Icq(n),则计算后级逆变器滤波电容电流的通用的微分离散化方程为:其中,fn-k为第n-k个序列的微分离散化权重系数,C为后级逆变器滤波电容,Ts为光伏逆变器采样周期,K为离散序列点数,n,k为自然数,即n=0,1,2,3,4......,k=0,1,2,3,
4......;
根据上述方程得到后级逆变器滤波电容电流Icd,Icq的离散序列为Icd(n),Icq(n),并得到后级逆变器滤波电容电流的dq分量Icd,Icq;
步骤2.2,通过输出电流计算方程计算输出电流的dq分量Iod,Ioq;
根据步骤2.1得到的后级逆变器滤波电容电流的dq分量Icd,Icq,经过输出电流计算方程得到输出电流的dq分量Iod,Ioq,所述输出电流计算方程为:Iod=ILd-Icd
Ioq=ILq-Icq
步骤2.3,通过有功功率计算方程和无功功率计算方程计算平均有功功率P和平均无功功率Q;
有功功率计算方程为:
无功功率计算方程为:
其中,Qpq为功率计算方程品质因数,ωh为陷波器需要滤除的谐波角频率,s为拉普拉斯算子,τ为一阶低通滤波器的时间常数,h为待抑制的谐波次数。
3.根据权利要求1所述的两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法,其特征在于,步骤3中所述经过光伏功率曲线工作区域逻辑判断环节得到后级逆变器的角频率ω和前级boost升压变换器的控制方程的过程如下:(1)当 时:
所述前级Boost升压变换器控制方程为:
其中,Kpu为 时后级逆变器直流侧电压环比例控制系数,Kiu为
时后级逆变器直流侧电压环积分控制系数,Kpu_dc为前级boost升压变换
器输入直流电压环比例控制系数,Kiu_dc为前级boost升压变换器输入直流电压环积分控制系数,s为拉普拉斯算子,ω0为光伏逆变器给定有功功率指令P0时的额定角频率,m为功角控制下垂系数,J为模拟同步发电机机组的虚拟转动惯量,D1为光伏逆变器频率反馈系数,D2为电网频率反馈系数,Udc*为后级逆变器给定的直流侧电压指令值,Udc_boost*为前级boost升压变换器输入直流电压指令值,U为boost升压变换器的电压控制信号;
(2)当 时:
所述前级Boost升压变换器控制方程为:
IdL*=(Kp_dc+Ki_dc/s)(Udc*-Udc)
其中,Kp_dc为 时后级逆变器直流侧电压环比例控制系数,Ki_dc为
时后级逆变器直流侧电压环积分控制系数,Kpi_dc为boost电感电流环比
例控制系数,IdL*为boost升压变换器电压控制方程得到的电感电流指令值。
4.根据权利要求1所述的两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法,其特征在于,步骤4中所述无功控制方程为:U*=U0+nq(Q0-Q)
其中,U0为光伏逆变器给定的无功功率指令Q0时的额定输出电容电压,nq为无功-电压下垂系数。
5.根据权利要求1所述的两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法,其特征在于,步骤5中所述电压控制方程为:其中,Kp为后级逆变器电压环比例控制系数,Ki为后级逆变器电压环积分控制系数,Kr为后级逆变器电压环谐振控制器比例系数,Qu为后级逆变器电压环谐振控制器品质因数,ωh为陷波器需要滤除的谐波角频率,s为拉普拉斯算子,h为待抑制的谐波次数。
6.根据权利要求1所述的两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法,其特征在于,步骤5中所述加权电流控制方程为:其中,Kpi为后级逆变器电流环比例控制系数,Kri为后级逆变器电流环谐振控制器比例系数,w1为后级逆变器桥臂侧电感电流的权重系数,w2为后级逆变器滤波电容电流的权重系数,Kf为电压前馈系数,Qi为后级逆变器电流环谐振控制器品质因数,s为拉普拉斯算子。