[发明专利]一种微电网逆变器的无缝切换控制策略

权利要求书

1.一种微电网逆变器的无缝切换控制策略，其特征在于，逆变器结构包括依次相连的光伏阵列PV、DC-DC升压电路、单相全桥拓扑、LC/LCL可变滤波器以及负载，还包括双模式无缝切换控制模块，所述双模式无缝切换控制模块包括电压加权控制模块、抗饱和虚拟惯性模块，在双模式无缝切换控制模块的控制下产生的SPWM开关函数驱动单相全桥拓扑的功率开关器件运作，使得直流电压V_dc对电感进行充放电，经滤波后在负载侧输出交流电；孤岛运行模式采用负载侧电容电压独立控制；并网运行模式采用进网电流并网控制，控制方法如下：

电压型独立控制阶段：所述微电网逆变器运行在孤岛模式，连接至本地负载，电压给定按照需求给定，微电网逆变器工作在并网模式时，判断输出电压、相位、频率满足并网要求后，驱动双向晶闸管使得LC/LCL可变滤波器中的S1关断，S2导通进入并网运行；

由于控制模式优先切换完成，系统进入暂态电流型独立控制阶段，电流环控制受到电压加权控制模块的电压加权K·H_c(s)作用后输出控制力；

待暂态结束后，逆变器进入电流型并网控制阶段，逆变器输出电压u_c受到钳位后等于电网电压u_g，通过进网电流i_g计算用户所需功率，进一步给定电流频率f^*与峰值经过误差计算与所述抗饱和虚拟惯性模块后合成电流进网电流参考值进行电流型并网控制；

所述抗饱和虚拟惯性模块设计包含如下步骤：

S1：电流型并网控制阶段通过锁相环(PLL)测量微电网电压u_c与进网电流i_g并进行功率计算完成与电网电压频率及幅值的同步，在电流环中加入虚拟惯性：

其中，M为惯性常数，Δω_k(k＝m,n)为切换工作模式过程中的虚拟角速度偏差值，D为阻尼系数，e_k(k＝m,n)为电流环有功功率误差与峰值误差；所述惯性常数M与阻尼系数D可模拟同步发电机转子惯性运动特征得到：

其中，T_m为逆变器低通滤波器的时间参量，s为拉普拉斯算子，|H_d(s)|为前级频率控制的比例-积分调节增益，当处于v_peak电压峰值调节时，增益可视为无增益即|H_d(s)|＝1；

S2：设计一种接近二阶等容惯性的自趋优微电网逆变器低通滤波器的时间常数T_m：

其中，ε为自趋优增益，t、t₁、t₂均为时间参数；

S3：设计具有抗饱和特性的虚拟惯性模块的关系式为：

其中，i_k为模块输出，u_q为前级比例积分控制输出，K_p,K_i,K_c为调节增益。

2.根据权利要求1所述的微电网逆变器的无缝切换控制策略，其特征在于，所述LC/LCL可变滤波器设计包含如下步骤：

微电网逆变器运行在孤岛模式下，连接至本地负载，使双向晶闸管向LC滤波器导通；所述LC滤波器中的电感L₁与电容C₃为固定参数用于满足孤岛模式下的工作要求；

微电网逆变器运行在并网模式下，连接至电网，使双向晶闸管向LCL滤波器导通；所述LCL滤波器中的电感L₂为自由参数与LC滤波器中的固定参数协同整定，以满足并网的工作要求。

3.根据权利要求1所述的微电网逆变器的无缝切换控制策略，其特征在于，所述电压加权控制模块设计包含如下步骤：

S1：上位机判断电网电压幅值、相位、频率满足并网要求后，发出指令触发双向晶闸管进行运行型模式切换；同时，控制模式也进行切换；但由于延迟，控制模式切换会优先完成，因此进入暂态的电流型独立控制阶段；

S2：在电流环内加入电压加权误差调整关系得到：

其中，e为电流环误差，为并网电流参考值，e_u为电压加权控制误差；当电流环存在误差时电压加权误差始终小于零，从而可使当电流环误差逐渐趋于零时可得

S3：设计电压加权控制后的暂态电流型独立控制的误差表达式为：

S4：加入后级PI控制可得电流型独立控制的电压加权控制律为：

其中，k_p为比例增益，k_i为积分增益，K为加权因子，|H_c(s)|为前级孤岛运行时电压型独立控制的比例-积分调节增益。