专利名称：一种具有同步发电机特性的逆变控制器的制作方法
一种具有同步发电机特性的逆变控制器技术领域
本发明属于逆变器控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种将逆变器控制成具有同步发电机特性的逆变控制器。
背景技术：
作为一种直流电转换为交流电的设备，逆变器在微电网、分布式发电中有着广泛的应用。
逆变器技术领域的热点问题包括拓扑结构、谐波抑制与滤波器设计、控制信号调制方法、损耗控制和逆变器的动态特性设计等等。其中，逆变器的动态特性设计与其控制策略有着直接地联系，并对微电网和分布式发电的稳定性及其控制有着重要的意义。
图1是典型的逆变器结构原理图。
如图1所示，逆变器通过机端电压电流测量得到机端电压Ua、Ub、U。以及机端电流 Ia、Ib、I。，然后送入逆变控制器中，得到PWM调制信号υΜ、υ 、U。。送入PWM (Pulse Width Modulation,脉宽调制)信号发生器，输出的PWM信号通过驱动电路驱动后，控制逆变桥电路功率开关管开通、关断，将电压为Ud。的直流电源转变为与电网电压Us同频的电压，通过配网馈线送入电网中。其中，电阻rfa、1^、rf。、电感Lfa、Lfb、Lfc,电容Cfa、Cfb、Cfc用于对逆变桥电路输出电压进行低通滤波，滤除高频成分。
逆变控制器控制逆变器的输出功率、机端电压或者电网频率具有某种特性。一般而言，逆变器的控制可以分为四类恒功率控制(PQ控制)、下垂特性控制(droop控制)、恒压频控制(Vf控制)和仿同步发电机特性的控制。四类控制的工作原理如下·
1、恒功率控制这类控制逆变器可按指令输出近似恒定的有功、无功功率，那么， 在电网侧看来，该类逆变器可以视作一个近似的恒功率(PQ)单元。当恒功率控制应用在可再生能源并网发电逆变器上时，输出功率一般设定为最大功率跟踪算法的输出量，保证最大化的利用可再生能源发电。而当恒功率控制应用在具有储能装置的逆变器上时，输出功率则设定为调度发出的有功功率指令，控制储能装置按照调度要求运行。
2、下垂特性控制该类控制的基本思想是依据逆变器机端所测电压频率和幅值与设定的额定值的差值，模拟同步发电机的外特性来控制逆变器的输出功率和机端电压。该类控制在微电网并联组网自治运行控制中应用比较广泛。需要注意的是，在线路呈阻性时， 一般是控制逆变器输出电压的相位和幅值将分别与无功功率和有功功率近似呈线性关系， 相应可设计Q-ω和P-E的下垂特性，通过·控制输出无功功率来调节输出频率，控制有功功率来调节输出电压，称为反下垂控制。
3、恒压频控制该类控制的基本思想是控制逆变器输出接口电压和频率的稳定， 而输出的功率则随着负荷的变化而变化。在具体的控制策略的实施上，一般是构建电压外环、电流内环的双闭环控制系统。电压外环控制器主要用来维持逆变器输出电压和频率恒定，同时产生电流内环控制器的参考信号，一般动态响应较慢；电流内环控制器主要用来改善逆变器输出波形质量，一般动态响应速度较快。
4、仿同步发电机特性的控制该类控制通过假定逆变控制器内部存在一个虚拟的转子，其旋转运动符合同步发电机的转动方程。并通过构造虚拟的模拟励磁控制和调速器特性的单元，控制虚拟转子上的励磁电压和驱动转矩，进而控制虚拟转子的转速及其在定子上产生的感生电动势的幅值，使得逆变器的输出特性与同步发电机近似。
目前，仿同步发电机特性的逆变器控制主要有两种，二者均内嵌一个同步发电机的三阶实用模型来进行逆变器的逆变控制器设计，可以模拟同步发电机PQ、PV和下垂特性等外特性，使得逆变器可以运行在不同的工作模式，适应不同运行要求。
1、给出驱动功率和感应电动势幅值的逆变控制器
给定逆变器的驱动功率Pm和某相感应电动势的幅值/ ,利用下列具有同步发电机特性的公式作为其控制算法
权利要求
1.一种具有同步发电机特性的逆变控制器，包括一转子运动方程单元，根据虚拟转子的驱动转矩Tm、电磁转矩 ；，依据转子运动方程计算出虚拟转子的转速及其位置角Θ ；一 dq变换单元，逆变器机端实测机端电压Ua、Ub、U。以及机端电流Ia、Ib、I。，经过低通滤波之后，输入dq变换单元进行dq变换，dq变换所需的转子位置角Θ由转子运动方程单元提供，这样，机端电压Ua、Ub、U。以及机端电流Ia、Ib、I。分别转换为转子旋转坐标系下的电压dq分量Vd、Vq和电流dq分量Id、Iq ；其特征在于，还包括一虚拟调速器，根据驱动功率PMf、电网额定频率fn以及虚拟转子的转速计算出转子运动方程单元计算所需的虚拟转子的驱动转矩Tm 将虚拟转子的转速ω J余以2 π，得到虚拟转子的频率f；，然后电网额定频率fn减去虚拟转子的频率f；，得到的差值fn_f；乘以下垂系数Dp，得到的乘积(fn_f；)Dp与驱动功率Pref 相加，得到的和进行限幅后即得到虚拟转子的驱动转矩Tm ；一虚拟励磁单元，根据给定电压VMf以及电压dq分量Vd、V,计算出虚拟发电机励磁电压 Eref 首先对电压dq分量Vd、Vq先求平方和然后开方得到机端电压幅值，然后将机端电压幅值与虚拟发电机励磁电压Ef经过负反馈环节反馈值进行相加，得到电压Vf，再后，给定电压 Vref减去电压Vf，得到的差值进行超前-滞后补偿、电压控制及限幅控制后，输入虚拟励磁机中，得到虚拟发电机励磁电压Ef ;其中，负反馈环节为 ，虚拟励磁机为
2.根据权利要求1所述的逆变控制器，其特征在于，还包括两个PI控制器、P选择开关以及Q、V模式选择开关；如果P选择开关选择有功功率设定值Psrt与逆变器机端输出的有功功率Praj送入PI控制器进行PI控制后的输出作为驱动功率PMf，则表示逆变器运行的一个控制目标是输出有功功率Pot必须等于有功功率设定值Psrt ;如果选择逆变器输入的驱动功率Pref为有功功率设定值Psrt，对其输出的实际的有功功率没有要求闭环运行，一般情况下，Peo ^ Pseto如果Q、V模式选择开关选择无功功率Qsrt与逆变器机端输出的无功功率Qot送入另一 PI控制器中进行PI控制后的输出作为给定电压VMf，则表示逆变器运行的另一个控制目标为输出无功功率Qot必须等于无功功率设定值Qset ;如果选定给定电压Vraf为机端电压设定值Vsrt，控制目标为逆变器的机端电压为Vset。
全文摘要
本发明提供了一种具有同步发电机特性的逆变控制器，包括转子运动方程单元、dq变换单元、dq反变换单元，在此基础上，增加了虚拟调速器、虚拟励磁单元以及双PI内环控制单元。这样可以产生具有同步发电机特性的PWM调制信号Uca、Ucb、Ucc，提供给PWM信号发生器产生逆变器的开关控制信号，后者经驱动电路后控制逆变桥电路开关，使得电网中的逆变器动态特性具有类似的同步发电机特性。和同步发电机类似，这种控制器下的逆变器可以有Vf、PQ、PV等多种运行方式。
文档编号H02M7/48GK103066876SQ201310016760
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者张昌华, 钟庆昌, 曹永兴, 孟劲松, 黄琦 申请人:电子科技大学