一種同步逆變器控制器及其預(yù)同步并網(wǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及并網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種同步逆變器控制器及其預(yù)同步并 網(wǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，基于可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)得到 了迅速的發(fā)展。作為分布式發(fā)電系統(tǒng)的接口，并網(wǎng)逆變器通常將可再生能源發(fā)出的電能轉(zhuǎn) 化為電網(wǎng)可接受的交流電能。由于可再生能源發(fā)電存在隨機(jī)性和波動性的特點(diǎn)，為了充分 利用可再生能源，分布式源通常采用最大功率跟蹤控制。然而隨著分布式發(fā)電在電力系統(tǒng) 中的比重逐漸增加，分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響不可忽略。為了提升電網(wǎng)對分布式能源 的接納能力，相關(guān)技術(shù)中提出了一種控制方法，使逆變器模擬出同步發(fā)電機(jī)的外特性，即 "同步逆變器"（發(fā)明者將其英文定義為Synchronv&rter)，從而使分布式電源能夠模擬出同 步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣性、一次調(diào)頻、一次調(diào)壓及勵(lì)磁調(diào)節(jié)特性，降低分布式能源對電網(wǎng)的不利 影響。
[0003] 然而同步逆變器只能在控制上模擬同步電機(jī)的外特性，其主電路仍然是由脆弱的 電力電子器件組成，與實(shí)際的同步發(fā)電機(jī)相比，其抗過壓過流能力的弱。若同步逆變器采用 傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)拖入同步的方法并入電網(wǎng)，則在并網(wǎng)瞬間沖擊電流過大，會對逆變器開 關(guān)器件W及磁性元件造成損害。
[0004] 圖1為相關(guān)技術(shù)中同步逆變器的主電路示意圖，如圖1所示，同步逆變器的主功率 部分是并網(wǎng)開關(guān)2左側(cè)部分，其包括逆變橋1、濾波電容C和濾波電感Ll。同步逆變器主電 路部分模擬同步發(fā)電機(jī)的思想是將同步發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動勢，定子阻抗和定子端電壓分別 等效為圖1中橋臂中點(diǎn)電壓e，濾波電感Ll的阻抗和濾波電容C的電壓V。。同步逆變器的 控制電路部分是由數(shù)字信號處理器值igitalsignalprocessor,DS巧和輔助電路組成，它 們工作在一個(gè)特定的程序之下來控制逆變橋2中各開關(guān)管的動作，進(jìn)而使逆變器輸出=相 對稱電壓。
[000引圖2為相關(guān)技術(shù)中同步逆變器控制器的控制框圖，如圖2所示，同步逆變器包括有 功功率控制模塊3、無功功率控制模塊4和參考電壓生成模塊，有功功率控制模塊3生成參 考電壓頻率O和參考電壓相位0，無功功率控制模塊4生成參考電壓幅值E，參考電壓生 成模塊根據(jù)參考電壓頻率《、參考電壓相位0和參考電壓幅值E生成參考電壓SfPf,參考電 壓通過PWM環(huán)節(jié)控制開關(guān)管組2中各開關(guān)管的通斷來使逆變器輸出=相對稱電壓。其 中，有功功率控制模塊3中還包括頻率下垂控制模塊31 (頻率下垂系數(shù)Dp)和虛擬轉(zhuǎn)動慣量 積分模塊32 (虛擬轉(zhuǎn)動慣量為J);無功功率控制模塊4中還包括幅值下垂控制模塊41 (幅 值下垂系數(shù)為Dq)和勵(lì)磁調(diào)節(jié)積分模塊42 (勵(lì)磁積分增益為1/K)。
[0006] 同步逆變器雖然在控制上模擬了同步電機(jī)的外特性，但是其主電路仍然是由脆弱 的電力電子器件組成：逆變橋1由功率開關(guān)器件組成，同時(shí)濾波電感Ll通常采用鐵氧體材 料。因此相對于實(shí)際同步發(fā)電機(jī)而言，同步逆變器的抗過載電壓、電流比較小。若同步逆變 器采用傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)拖入同步的方法并入電網(wǎng)，則在并網(wǎng)瞬間沖擊電流過大，會對逆 變器開關(guān)器件W及磁性元件造成損害。由于濾波電容C在工頻處的容抗相對較大，因此分 析進(jìn)網(wǎng)電流的工頻分量時(shí)，可忽略其影響，則進(jìn)網(wǎng)電流表達(dá)式如式一：
[0007] 式一：
，其中，V'為同步逆變器的輸出電壓幅值，V為電網(wǎng)電壓幅 值，j為虛擬轉(zhuǎn)動慣量，Li為濾波電感，L2為電網(wǎng)電感。 陽00引 由于同步逆變器主電路中濾波電感Li和電網(wǎng)電感Lz的作用為抑制電流脈動及濾 除逆變橋1中點(diǎn)電壓的高頻分量，其相對于同步發(fā)電機(jī)的定子電感來說非常小，即濾波電 感Li和電網(wǎng)電感Lz的感值很小。由式一可知如果并網(wǎng)瞬間同步逆變器的輸出電壓V'沒有 很好地與電網(wǎng)電壓V同步，兩者之間有很小的相位差就會導(dǎo)致并網(wǎng)時(shí)進(jìn)網(wǎng)電流I很大，則會 對同步逆變器造成損害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明實(shí)施例中提供了一種同步逆變器控制器及其預(yù)同步并網(wǎng)方法，W解決現(xiàn)有 技術(shù)并網(wǎng)瞬間進(jìn)網(wǎng)電流很大，容易對同步逆變器造成損害問題。
[0010] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例公開了如下技術(shù)方案：
[0011] 一種同步逆變器控制器，包括有功功率控制模塊和無功功率控制模塊，所述有功 功率控制模塊包括頻率下垂控制模塊，所述無功功率控制模塊包括幅值下垂控制模塊，其
[0012] 所述有功功率控制模塊還包括頻率調(diào)節(jié)積分器，所述頻率調(diào)節(jié)積分器與頻率下垂 控制模塊組成頻率調(diào)節(jié)器，且在頻率調(diào)節(jié)積分器的控制環(huán)路中串入第一開關(guān)，在頻率調(diào)節(jié) 器的輸入端串入第二開關(guān)，所述第二開關(guān)可選擇性地接入電網(wǎng)電壓頻率或給定電壓頻率；
[0013] 所述有功功率控制模塊還包括相位調(diào)節(jié)器，相位調(diào)節(jié)器的輸入信號為電網(wǎng)電壓相 位與參考電壓相位之間的差值，相位調(diào)節(jié)器的輸出頻率與頻率調(diào)節(jié)器的輸出頻率相加，所 述相位調(diào)節(jié)器的控制環(huán)路中串入第=開關(guān)；
[0014] 所述無功功率控制模塊還包括幅值調(diào)節(jié)積分器，所述幅值調(diào)節(jié)積分器與幅值下垂 控制模塊組成幅值調(diào)節(jié)器，且在幅值調(diào)節(jié)積分器的控制環(huán)路中串入第四開關(guān)，在幅值調(diào)節(jié) 器的輸入端串入第五開關(guān)，所述第五開關(guān)可選擇性地接入電網(wǎng)電壓幅值或給定電壓幅值。
[0015] 優(yōu)選地，所述頻率調(diào)節(jié)積分器的增益積分為Kl。
[0016] 優(yōu)選地，所述幅值調(diào)節(jié)積分器的增益積分為K2。
[0017] -種同步逆變器的預(yù)同步并網(wǎng)方法，上述同步逆變器控制器，其特征在于，所述方 法包括：
[001引步驟Sioo:將第二開關(guān)擲于電網(wǎng)電壓相位側(cè)，閉合第一開關(guān)，切入頻率調(diào)節(jié)器的 頻率反饋積分環(huán)節(jié)；將第五開關(guān)擲于電網(wǎng)電壓幅值側(cè)，閉合第四開關(guān)，切入幅值調(diào)節(jié)器的電 壓反饋積分環(huán)節(jié)；
[0019] 步驟S200 :閉合第=開關(guān)，控制同步逆變器輸出電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相等；
[0020] 步驟S300 :若同步逆變器輸出電壓與電網(wǎng)電壓頻率、電網(wǎng)電壓幅值及電網(wǎng)電壓相 位相等，則閉合并網(wǎng)開關(guān)，同步逆變器接入電網(wǎng)；
[0021] 步驟S400 :斷開第一開關(guān)、第=開關(guān)和第四開關(guān)，并控制同步逆變器的輸出功率 緩慢增加；
[0022] 步驟S500 :若同步逆變器的輸出功率增加至額定功率，則將第S開關(guān)擲于給定電 壓頻率側(cè)，實(shí)現(xiàn)頻率下垂控制；將第五開關(guān)擲于給定電壓幅值側(cè)，實(shí)現(xiàn)幅值下垂控制。
[0023] 由W上技術(shù)方案可見，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種同步逆變器控制器及其預(yù)同步并 網(wǎng)方法可W實(shí)現(xiàn)同步逆變器輸出電壓的頻率、相位和幅值能夠無靜差地跟蹤上電網(wǎng)電壓， 避免并網(wǎng)瞬間進(jìn)網(wǎng)電流過大而對同步逆變器造成損害。
【附圖說明】
[0024] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而 言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[00巧]圖1為相關(guān)技術(shù)中同步逆變器的主電路示意圖；
[0026] 圖2為相關(guān)技術(shù)中同步逆變器控制器的控制框圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種同步逆變器控制器的控制框圖；
[002引圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種同步逆變器的預(yù)同步并網(wǎng)方法流程圖；
[0029] 圖1-圖4中的符號表示為：1-逆變橋，2-并網(wǎng)開關(guān)，3-有功功率控制模塊，31-頻 率下垂控制模塊，32-虛擬轉(zhuǎn)動慣量積分模塊，33-頻率調(diào)節(jié)積分器，4-無功功率控制模塊， 41-幅值下垂控制模塊，42-勵(lì)磁調(diào)節(jié)積分模塊，43-幅值調(diào)節(jié)積分器，SWi-第一開關(guān)，SW廠第 二開關(guān)，SWs-第=開關(guān)，SW4-第四開關(guān)，SWs-第五開關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí) 施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施 例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù) 的范圍。
[0031] 為了避免并網(wǎng)時(shí)進(jìn)網(wǎng)電流很大對同步逆變器造成損害，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種 同步逆變器控制器在傳統(tǒng)同步逆變器的基礎(chǔ)上增加頻率調(diào)節(jié)器、相位調(diào)節(jié)器和幅值調(diào)節(jié) 器，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)時(shí)同步逆變器輸出電壓的頻率、相位和幅值能夠無靜差地跟蹤上電網(wǎng)電壓，W 下結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種同步逆變器控制器的控制框圖，如圖3并結(jié)合圖 2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種同步逆變器控制器包括有功率控制模塊、無功功率控制模 塊4和參考電壓生成模塊，有功功率控制模塊3生成參考電壓頻率CO和參考電壓相位0， 無功功率控制模塊4生成參考電壓幅值E，參考電壓生成模塊根據(jù)參考電壓頻率CO、參考電 壓相位0和參考電壓幅值E生成參考電壓GfW,參考電壓通過PWM環(huán)節(jié)控制開關(guān)管組 中各開關(guān)管的通斷來使逆變器輸出=相對稱電壓。
[0033] 其中，有功功率控制模塊3中還包括頻率下垂控制模塊31(頻率下垂系數(shù)Dp)和 虛擬轉(zhuǎn)動慣量積分模塊32 (虛擬轉(zhuǎn)動慣量為J)。對于頻率的調(diào)節(jié)，若只采用下垂控制模塊 (頻率下垂系數(shù)Dp)作為比例調(diào)節(jié)器，則頻率調(diào)節(jié)環(huán)路的低頻段增益不夠高，同步逆變器的 頻率不能無靜差地跟蹤上電網(wǎng)電壓頻率《g。針對運(yùn)種現(xiàn)象，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種同步 逆變器控制器在有功功率控制模塊3中加入頻率調(diào)節(jié)積分器33,頻率調(diào)節(jié)積分器33與頻率 下垂控制模塊31組成頻率調(diào)節(jié)器。該頻率調(diào)節(jié)積分器33為增益為Ki的積分器（頻率