專利名稱：一種具有同步發(fā)電機特性的逆變控制器的制作方法
一種具有同步發(fā)電機特性的逆變控制器技術領域
本發(fā)明屬于逆變器控制技術領域，更為具體地講，涉及一種將逆變器控制成具有同步發(fā)電機特性的逆變控制器。
背景技術：
作為一種直流電轉換為交流電的設備，逆變器在微電網、分布式發(fā)電中有著廣泛的應用。
逆變器技術領域的熱點問題包括拓撲結構、諧波抑制與濾波器設計、控制信號調制方法、損耗控制和逆變器的動態(tài)特性設計等等。其中，逆變器的動態(tài)特性設計與其控制策略有著直接地聯(lián)系，并對微電網和分布式發(fā)電的穩(wěn)定性及其控制有著重要的意義。


圖1是典型的逆變器結構原理圖。
如圖1所示，逆變器通過機端電壓電流測量得到機端電壓Ua、Ub、U。以及機端電流 Ia、Ib、I。，然后送入逆變控制器中，得到PWM調制信號υΜ、υ 、U。。送入PWM (Pulse Width Modulation,脈寬調制)信號發(fā)生器，輸出的PWM信號通過驅動電路驅動后，控制逆變橋電路功率開關管開通、關斷，將電壓為Ud。的直流電源轉變?yōu)榕c電網電壓Us同頻的電壓，通過配網饋線送入電網中。其中，電阻rfa、1^、rf。、電感Lfa、Lfb、Lfc,電容Cfa、Cfb、Cfc用于對逆變橋電路輸出電壓進行低通濾波，濾除高頻成分。
逆變控制器控制逆變器的輸出功率、機端電壓或者電網頻率具有某種特性。一般而言，逆變器的控制可以分為四類恒功率控制(PQ控制)、下垂特性控制(droop控制)、恒壓頻控制(Vf控制)和仿同步發(fā)電機特性的控制。四類控制的工作原理如下·
1、恒功率控制這類控制逆變器可按指令輸出近似恒定的有功、無功功率，那么， 在電網側看來，該類逆變器可以視作一個近似的恒功率(PQ)單元。當恒功率控制應用在可再生能源并網發(fā)電逆變器上時，輸出功率一般設定為最大功率跟蹤算法的輸出量，保證最大化的利用可再生能源發(fā)電。而當恒功率控制應用在具有儲能裝置的逆變器上時，輸出功率則設定為調度發(fā)出的有功功率指令，控制儲能裝置按照調度要求運行。
2、下垂特性控制該類控制的基本思想是依據(jù)逆變器機端所測電壓頻率和幅值與設定的額定值的差值，模擬同步發(fā)電機的外特性來控制逆變器的輸出功率和機端電壓。該類控制在微電網并聯(lián)組網自治運行控制中應用比較廣泛。需要注意的是，在線路呈阻性時， 一般是控制逆變器輸出電壓的相位和幅值將分別與無功功率和有功功率近似呈線性關系， 相應可設計Q-ω和P-E的下垂特性，通過·控制輸出無功功率來調節(jié)輸出頻率，控制有功功率來調節(jié)輸出電壓，稱為反下垂控制。
3、恒壓頻控制該類控制的基本思想是控制逆變器輸出接口電壓和頻率的穩(wěn)定， 而輸出的功率則隨著負荷的變化而變化。在具體的控制策略的實施上，一般是構建電壓外環(huán)、電流內環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。電壓外環(huán)控制器主要用來維持逆變器輸出電壓和頻率恒定，同時產生電流內環(huán)控制器的參考信號，一般動態(tài)響應較慢；電流內環(huán)控制器主要用來改善逆變器輸出波形質量，一般動態(tài)響應速度較快。
4、仿同步發(fā)電機特性的控制該類控制通過假定逆變控制器內部存在一個虛擬的轉子，其旋轉運動符合同步發(fā)電機的轉動方程。并通過構造虛擬的模擬勵磁控制和調速器特性的單元，控制虛擬轉子上的勵磁電壓和驅動轉矩，進而控制虛擬轉子的轉速及其在定子上產生的感生電動勢的幅值，使得逆變器的輸出特性與同步發(fā)電機近似。
目前，仿同步發(fā)電機特性的逆變器控制主要有兩種，二者均內嵌一個同步發(fā)電機的三階實用模型來進行逆變器的逆變控制器設計，可以模擬同步發(fā)電機PQ、PV和下垂特性等外特性，使得逆變器可以運行在不同的工作模式，適應不同運行要求。
1、給出驅動功率和感應電動勢幅值的逆變控制器
給定逆變器的驅動功率Pm和某相感應電動勢的幅值/ ,利用下列具有同步發(fā)電機特性的公式作為其控制算法
權利要求
1.一種具有同步發(fā)電機特性的逆變控制器，包括一轉子運動方程單元，根據(jù)虛擬轉子的驅動轉矩Tm、電磁轉矩 ；，依據(jù)轉子運動方程計算出虛擬轉子的轉速及其位置角Θ ；一 dq變換單元，逆變器機端實測機端電壓Ua、Ub、U。以及機端電流Ia、Ib、I。，經過低通濾波之后，輸入dq變換單元進行dq變換，dq變換所需的轉子位置角Θ由轉子運動方程單元提供，這樣，機端電壓Ua、Ub、U。以及機端電流Ia、Ib、I。分別轉換為轉子旋轉坐標系下的電壓dq分量Vd、Vq和電流dq分量Id、Iq ；其特征在于，還包括一虛擬調速器，根據(jù)驅動功率PMf、電網額定頻率fn以及虛擬轉子的轉速計算出轉子運動方程單元計算所需的虛擬轉子的驅動轉矩Tm 將虛擬轉子的轉速ω J余以2 π，得到虛擬轉子的頻率f；，然后電網額定頻率fn減去虛擬轉子的頻率f；，得到的差值fn_f；乘以下垂系數(shù)Dp，得到的乘積(fn_f；)Dp與驅動功率Pref 相加，得到的和進行限幅后即得到虛擬轉子的驅動轉矩Tm ；一虛擬勵磁單元，根據(jù)給定電壓VMf以及電壓dq分量Vd、V,計算出虛擬發(fā)電機勵磁電壓 Eref 首先對電壓dq分量Vd、Vq先求平方和然后開方得到機端電壓幅值，然后將機端電壓幅值與虛擬發(fā)電機勵磁電壓Ef經過負反饋環(huán)節(jié)反饋值進行相加，得到電壓Vf，再后，給定電壓 Vref減去電壓Vf，得到的差值進行超前-滯后補償、電壓控制及限幅控制后，輸入虛擬勵磁機中，得到虛擬發(fā)電機勵磁電壓Ef ;其中，負反饋環(huán)節(jié)為 ，虛擬勵磁機為
2.根據(jù)權利要求1所述的逆變控制器，其特征在于，還包括兩個PI控制器、P選擇開關以及Q、V模式選擇開關；如果P選擇開關選擇有功功率設定值Psrt與逆變器機端輸出的有功功率Praj送入PI控制器進行PI控制后的輸出作為驅動功率PMf，則表示逆變器運行的一個控制目標是輸出有功功率Pot必須等于有功功率設定值Psrt ;如果選擇逆變器輸入的驅動功率Pref為有功功率設定值Psrt，對其輸出的實際的有功功率沒有要求閉環(huán)運行，一般情況下，Peo ^ Pseto如果Q、V模式選擇開關選擇無功功率Qsrt與逆變器機端輸出的無功功率Qot送入另一 PI控制器中進行PI控制后的輸出作為給定電壓VMf，則表示逆變器運行的另一個控制目標為輸出無功功率Qot必須等于無功功率設定值Qset ;如果選定給定電壓Vraf為機端電壓設定值Vsrt，控制目標為逆變器的機端電壓為Vset。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有同步發(fā)電機特性的逆變控制器，包括轉子運動方程單元、dq變換單元、dq反變換單元，在此基礎上，增加了虛擬調速器、虛擬勵磁單元以及雙PI內環(huán)控制單元。這樣可以產生具有同步發(fā)電機特性的PWM調制信號Uca、Ucb、Ucc，提供給PWM信號發(fā)生器產生逆變器的開關控制信號，后者經驅動電路后控制逆變橋電路開關，使得電網中的逆變器動態(tài)特性具有類似的同步發(fā)電機特性。和同步發(fā)電機類似，這種控制器下的逆變器可以有Vf、PQ、PV等多種運行方式。
文檔編號H02M7/48GK103066876SQ201310016760
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權日2013年1月17日
發(fā)明者張昌華, 鐘慶昌, 曹永興, 孟勁松, 黃琦 申請人:電子科技大學