一種用于逆變系統(tǒng)的控制方法及控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及逆變系統(tǒng)，特別是涉及一種用于逆變系統(tǒng)的控制方法及控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 逆變器單元是一種基于電力電子技術(shù)的功率變換裝置，用于將電能從直流轉(zhuǎn)為交 流或從交流轉(zhuǎn)為直流。通常，為了方便擴(kuò)容和兀余設(shè)計(jì)等目的，模塊化并聯(lián)電源系統(tǒng)架構(gòu)得 到了廣泛的采用。如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中的逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。現(xiàn)有技術(shù)中的逆變 系統(tǒng)包括N(N> 1)臺逆變器單元（VSC)，該N臺逆變器單元并聯(lián)，為本地負(fù)載化oad)供電。
[0003] 對于送樣一個(gè)并聯(lián)電源系統(tǒng)，既要使得負(fù)載電壓Vmg穩(wěn)定在某個(gè)參考值化ef，例 如該參考值可W是恒定220V、50化的正弦波，又要控制負(fù)載的功率平均分配在N臺逆變器 單元之間。前一個(gè)控制目標(biāo)稱為電壓調(diào)整（voltage regulation),后一個(gè)控制目標(biāo)稱為負(fù) 載功率均分（power sharing)。
[0004] 對于電壓調(diào)整的控制目標(biāo)，通常采用電壓閉環(huán)控制方法，例如，采用電壓外環(huán)電流 內(nèi)環(huán)的多閉環(huán)控制等。只要電壓環(huán)的帶寬設(shè)計(jì)得足夠高就可W保證電壓控制精度。送對于 單臺逆變器單元來講較容易實(shí)現(xiàn)，但是，當(dāng)多臺逆變器單元并聯(lián)后，負(fù)載電壓將由所有逆變 器單元共同決定。同時(shí)，每臺逆變器單元的輸出功率將由其輸出電壓及輸出阻抗共同決定， 由于在實(shí)際應(yīng)用中各逆變器單元的元器件參數(shù)及線路阻抗等參數(shù)很難完全相同，所W為了 獲得功率均分，就需要各逆變器單元輸出不同的電壓。所W，不是簡單的給各逆變器單元設(shè) 定相同的電壓指令進(jìn)行電壓閉環(huán)控制即可充分實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整和功率均分的目標(biāo)。
[0005] 在現(xiàn)有技術(shù)中，下垂值roop)控制是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)逆變器單元功率均分的方法之一。 所謂下垂控制是指逆變器單元輸出電壓指令隨著輸出功率的變化而變化，通常表現(xiàn)為一條 下垂曲線。如圖2(a)所示為有功功率-輸出電壓頻率曲線示意圖，W輸出阻抗呈感性的情 況為例，逆變器單元輸出電壓的頻率《隨著逆變器單元輸出的有功功率P的增大而減小。 如圖2化）所示為無功功率-輸出電壓幅值曲線示意圖，逆變器單元輸出電壓的幅值V隨著 逆變器單元輸出無功功率Q的增大而減小。并且，為了獲得更好的功率均分效果，下垂曲線 的傾斜程度將更大，但送樣會犧牲電壓調(diào)整率，即輸出電壓受負(fù)載的影響更大，也就是說電 壓調(diào)整和功率均分不能兼得，對逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往需要在兩者間做折中考慮。
[0006] 可見，如何同時(shí)獲得有效的功率均分W及良好的電壓調(diào)整成為本領(lǐng)域亟待解決的 技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于逆變系統(tǒng)的控制方法及控制裝置， W使得并聯(lián)的多個(gè)逆變器單元之間獲得有效的功率均分，同時(shí)還能保持良好的輸出電壓精 度。
[0008] 為解決上述問題，本發(fā)明還公開了一種用于逆變系統(tǒng)的控制方法，所述逆變系統(tǒng) 包括并聯(lián)連接的多個(gè)逆變器單元，該控制方法包括：
[0009] 接收一反映負(fù)載電壓的反饋信號Vmg W及一電壓參考信號化ef ;
[0010] 根據(jù)所述反映負(fù)載電壓的反饋信號Vmg W及所述電壓參考信號化ef，產(chǎn)生一反映 逆變輸出功率的指令信號，其中，該反映逆變輸出功率的指令信號包括一反映有功功率的 指令信號Pset W及一反映無功功率的指令信號Qset ;
[0011] 將所述反映有功功率的指令信號Pset作為所述逆變器單元的有功功率-輸出電 壓頻率曲線（P-巧的第一偏移量，W及將所述反映無功功率的指令信號Qset作為所述逆變 器單元的無功功率-輸出電壓幅值曲線（Q-V)的第二偏移量；
[0012] 根據(jù)所述第一偏移量橫向平移所述逆變器單元的有功功率-輸出電壓頻率曲線， W及根據(jù)所述第二偏移量橫向平移所述逆變器單元的無功功率-輸出電壓幅值曲線，藉由 逆變器單元調(diào)整后的輸出電壓頻率和輸出電壓幅值W調(diào)整逆變系統(tǒng)的負(fù)載電壓。
[0013] 上述產(chǎn)生反映逆變輸出功率的指令信號的步驟進(jìn)一步包括：
[0014] 根據(jù)所述反映負(fù)載電壓的反饋信號Vmg W及所述電壓參考信號化ef，計(jì)算虛擬電 流iv ;
[0015] 根據(jù)所述反映負(fù)載電壓的反饋信號Vmg和所計(jì)算的虛擬電流iy，通過點(diǎn)積計(jì)算得 到所述反映有功功率的指令信號Pset ; W及
[0016] 根據(jù)所述反映負(fù)載電壓的反饋信號Vmg和所計(jì)算的虛擬電流iy，通過叉積計(jì)算得 到所述反映無功功率的指令信號Qset,
[0017] iv = (Vmg-A^ref)/Zv
[001 引 Pset = Vmg *iv
[001引谷陸(刪V
[0020] 其中，Zv為虛擬阻抗。
[0021] 該逆變系統(tǒng)的輸出禪接至電網(wǎng)，該電壓參考信號化ef為電網(wǎng)電壓的反饋信號。
[0022] 該逆變系統(tǒng)的輸出與一交流系統(tǒng)的輸出電性禪接，該電壓參考信號化ef為反映 該交流系統(tǒng)輸出電壓的反饋信號。
[0023] 所述虛擬阻抗為一虛擬電阻與一虛擬電抗的組合、一虛擬電阻或者一虛擬電抗。
[0024] 所述逆變器單元的有功功率-輸出電壓頻率曲線（P-F) W及所述逆變器單元的無 功功率-輸出電壓幅值曲線（Q-V)分別滿足如下關(guān)系式：
[00 巧] W = (Pset-FOm+W set
[0026] E = (Qset-Q)n+Vset
[0027] 其中《為反映逆變器單元輸出電壓頻率的控制信號，P為反映逆變器單元有功功 率的信號，《 Wt為頻率設(shè)定信號，m為反映有功功率下垂特性的比例單元增益，Vwt為電壓 幅值設(shè)定信號，Q為反映逆變器單元無功功率的信號，E為反映逆變器單元輸出電壓幅值的 控制信號，n為反映無功功率下垂特性的比例單元增益。
[0028] 所述逆變器單元的有功功率-輸出電壓頻率曲線（P-F) W及所述逆變器單元的無 功功率-輸出電壓幅值曲線（Q-V)分別滿足如下關(guān)系式：
[0029] Q = (Pset-P) (( T cS+l)/( T fS+l))m+?set
[0030] E = (Qset-Q) n+Vset
[0031] 其中《為反映逆變器單元輸出電壓頻率的控制信號，P為反映逆變器單元有功功 率的信號，《 Wt為頻率設(shè)定信號，m為反映有功功率下垂特性的比例單元增益，1/Tf為濾波 單元的極點(diǎn)，I/ T。為濾波單元的零點(diǎn)，Vset為電壓幅值設(shè)定信號，Q為反映逆變器單元無 功功率的信號，E為反映逆變器單元輸出電壓幅值的控制信號，n為反映無功功率下垂特性 的比例單元增益。
[0032] 所述逆變器單元的有功功率-輸出電壓頻率曲線（P-F) W及所述逆變器單元的無 功功率-輸出電壓幅值曲線（Q-V)分別滿足如下關(guān)系式：
[003引 Q = (Pset-P) m+ ? set
[0034] V = (Qset-曲（（T cS+1) / ( T fS+1)) n+Vset
[0035] 其中《為反映逆變器單元輸出電壓頻率的控制信號，P為反映逆變器單元有功功 率的信號，《 Wt為頻率設(shè)定信號，m為反映有功功率下垂特性的比例單元增益，Vset為電壓 幅值設(shè)定信號，Q為反映逆變器單元無功功率的信號，E為反映逆變器單元輸出電壓幅值的 控制信號，n為反映無功功率下垂特性的比例單元增益，1/ T f為濾波單元的極點(diǎn)，1/ T。為 濾波單元的零點(diǎn)。
[0036] 所述逆變器單元的有功功率-輸出電壓頻率曲線（P-F) W及所述逆變器單元的無 功功率-輸出電壓幅值曲線（Q-V)分別滿足如下關(guān)系式：
[0039] 其中《為反映逆變器單元輸出電壓頻率的控制信號，P為反映逆變器單元有功功 率的信號，為頻率設(shè)定信號，m'為反映有功功率下垂特性的比例單元增益，反映虛擬電 機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的積分單元的積分增益為1/H，Vset為電壓幅值設(shè)定信號，Q為反映逆變器單元 無功功率的信號，E為反映逆變器單元輸出電壓幅值的控制信號，Dq為反映無功功率下垂 特性的比例單元增益，反映無功功率偏差的信號的積分單元的積分增益1/K。
[0040] 該控制方法適用于H相逆變系統(tǒng)或單相逆變系統(tǒng)。
[0041] 本發(fā)明還公開了一種用于逆變系統(tǒng)的控制裝置，所述逆變系統(tǒng)包括并聯(lián)連接的多 個(gè)逆變器單元，所述控制裝置包括：
[004引系統(tǒng)電壓控制器，用于接收一反映負(fù)載電壓的反饋信號Vmg W及一電壓參考信號 Vref,并輸出一反映逆變輸出功率的指令信號，其中，該反映逆變輸出功率的指令信號包括 一反映有功功率的指令信號Pset W及一反映無功功率的指令信號Qset ;
[0043] 多個(gè)單元電壓控制器，與所述多個(gè)逆變器單元一一對應(yīng)，每一單元電壓控制器用 于接收所述反映有功功率的指令信號Pset、所述反映無功功率的指令信號Qset、一頻率設(shè) 定信號一電壓幅值設(shè)定信號Vset、相應(yīng)逆變器單元的反映輸出電壓的反饋信號Vo W 及反映輸出電流的反饋信號io,并輸出該逆變器單元的一電壓指令信號e*。
[0044] 所述單元電壓控制器將所述反映有功功率的指令信號Pset作為所述逆變器單元 的有功功率-輸出電壓頻率曲線（P-巧的第一偏移量，W及將所述反映無功功率的指令信 號Qset作為所述逆變器單元的無功功率-輸出電壓幅值曲線（Q-V)的第二偏移量，根據(jù)所 述第一偏移量橫向平移所述逆變器單元的有功功率-輸出電壓頻率曲線，W及根據(jù)所述第 二偏移量橫向平移所述逆變器單元的無功功率-輸出電壓幅值曲線，藉由逆變器單元調(diào)整 后的輸出電壓頻率和輸出電壓幅值W調(diào)整逆變系統(tǒng)的負(fù)載電壓。
[0045] 所述系統(tǒng)電壓控制器還包括一虛擬電流計(jì)算單元，用于根據(jù)所述反映負(fù)載電壓的 反饋信號Vmg W及所述電壓參考信號化ef，計(jì)算虛擬電流iv，
[0046] iv = (Vmg-Vref)/Zv
[0047] 其中，Zv為虛擬阻抗。
[0048] 所述系統(tǒng)電壓控制器還包括有功功率計(jì)算單元和無功功率計(jì)算單元，
[0049] 所述有功功率計(jì)算單元根據(jù)所述反映負(fù)載電壓的反饋信號Vmg和所述虛擬電流 iv，通過點(diǎn)積計(jì)算得到所述反映有功功率的指令信號Pset ;
[0050] 所述無功功率計(jì)算單元根據(jù)所述反映負(fù)載電壓的反饋信號Vmg和所述虛擬電流 iv，通過叉積計(jì)算得到所述反映無功功率的指令信號Qset,
[005" Pset = Vmg *iv
[005引綜試二
[0053] 該電壓參考信號化ef為電網(wǎng)電壓的反饋信號。
[0054] 該逆變系統(tǒng)的輸出與一交流系統(tǒng)的輸出電性禪接，該電壓參考信號化ef為反映 該交流系統(tǒng)輸出電壓的反饋信號。
[00巧]所述虛擬阻抗為一虛擬電阻與一虛擬電抗的組合、一虛擬電阻或者一虛擬電抗。
[0056] 所述單元電壓控制器包括：
[0057] -有功功率偏差產(chǎn)生單元，用于根據(jù)該有功功率設(shè)定信號Pwt和一反映逆變器單 元有功功率的信號P，計(jì)算一反映有功功率偏差的偏差信號；
[0058] -第一比例單元，具有一比例系數(shù)m，用于接收來自有功功率偏差產(chǎn)生單元的偏差 信號，根據(jù)該比例系數(shù)m得到第一頻率控制信號；
[0059] -第一疊加單元，用于接收該第一頻率控制信號和該頻率設(shè)定信號《 Wt，并輸出 一反映逆變器單元的輸出電壓頻率的控制信號《。；
[0060] 一第一積分單元，用于對所述反映逆變器單元的輸出電壓頻率的控制信號《。進(jìn) 行積分，從而得到相位控制信號0。；
[0061] 其中，所述逆變器單元的有功功率-輸出電壓頻率曲線（P-巧滿足如下關(guān)系式：
[0062] W = (Pset-FOm+W set,
[0063] 其中《為反映逆變器單元輸出電壓頻率的控制信號《。，P為反映逆變器單元有 功功率的信號，《 Wt為頻率設(shè)定信號，m為反映有功功率下垂特性的比例單元增益。