一种基于下垂控制的电压源逆变器的制作方法

1.本发明涉及电气控制领域，具体地说，涉及一种基于下垂控制的电压源逆变器。


背景技术：

2.近年来，随着能源危机与环境污染等问题的加剧，传统能源的逐渐枯竭，可再生能源技术得到广泛研究，以大型新能源发电为技术主体的分布式发电和新型微电网融合技术逐渐兴起，逆变器是分布式电源和整个微电网之间的重要接口。作为电能转换的关键设备，电压源逆变器已经广泛应用于光伏、风电等可再生能源系统中。
3.逆变器开关快和控制灵活，能够自由地对本地负载进行控制，但比起同步发电机，电压源逆变器缺少惯性，难于参与本地负载调节，不能进行对本地负载频率的一次调整、电压支撑，应对故障力差；当将其大规模接入本地负载时，逆变器缺少像同步发电机应对本地负载扰动的那种很强的鲁棒性，从而会影响本地负载电压与频率的稳定性，因此，使逆变器能根据本地负载的电压频率，有效地为本地负载提供合理分配后的有功和无功支撑是现在技术急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于下垂控制的电压源逆变器，该逆变器通过模拟传统发电机的下垂特性，分别通过p/f下垂控制和q/v下垂控制来获取稳定频率和电压，对微源输出的有功功率和无功功率分别进行控制。
5.本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于下垂控制的电压源逆变器包含直流电源、全桥模块、lc滤波模块、本地负载、δ-σ调制器、线性稳压器、微控制器、pwm控制器和下垂控制模块，所述直流电源输出端连接着全桥模块的输入端；所述全桥模块的输出端连接着lc滤波模块的输入端；所述全桥模块的输出端连接着δ-σ调制器的输入端；所述lc滤波模块的输出端连接着本地负载；所述lc滤波模块的输出端连接着δ-σ调制器的输入端；所述δ-σ调制器的输出端连接着微控制器的输入端；所述δ-σ调制器的输出端连接着下垂控制模块的输入端；所述下垂控制模块的输出端连接着微控制器；所述线性稳压器的输出端连接着微控制器；所述微控制器的输出端连接着pwm控制器的输入端；所述pwm控制器的输出端连接着全桥模块。
6.作为本发明的进一步优化，本发明一种基于下垂控制的电压源逆变器，所述的δ-σ调制器采用amc1304m25，具有ldo稳压器、
±
250mv输入电压和cmos接口的增强型隔离式调制器，可防止共模高电压线路上的噪声电流进入本地系统接地，从而干扰或损害低电压电路，可通过分流显著降低功耗，具有出色的交流和直流性能的。
7.作为本发明的进一步优化，本发明一种基于下垂控制的电压源逆变器所述的线性稳压器采用tps7b81，一款低压降(ldo)线性稳压器，可在高达40v的输入电压下工作，并可提供高达150ma的电流，具有集成的短路和过流限制功能，可在故障条件下为系统提供保护。除了低待机功耗外，轻负载条件下的极低压降电压也有助于维持电压稳定，即使在电池
耗尽的情况下，也是如此。
8.作为本发明的进一步优化，本发明一种基于下垂控制的电压源逆变器所述的微控制器采用tms320f280049c，该器件在处理、传感和驱动方面进行了优化，可提高实时控制应用中的闭环性能，是一个功能强大的32位浮点微控制器单元(mcu)。
9.作为本发明的进一步优化，本发明一种基于下垂控制的电压源逆变器所述的pwm控制器采用uc3845，该器件是一种具有8.4v/7.6v uvlo和50%占空比、温度范围为0
°
c至70
°
c的单端500khz电流模式pwm控制器。
10.作为本发明的进一步优化，本发明一种基于下垂控制的电压源逆变器采用下垂控制模块，模拟传统同步发电机调频调压原理，根据本地负载的电压频率变化，有效地为本地负载提供合理分配后的有功和无功支撑，保证了电力平衡和频率的统一，具有简单可靠的特点。
11.本发明的有益效果：通过模拟传统发电机的下垂特性，实现微本地负载中微电源的并联运行。分别通过p/f下垂控制和q/v下垂控制来获取稳定频率和电压，对微源输出的有功功率和无功功率分别进行控制。
附图说明
12.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
13.图1为本发明一种基于下垂控制的电压源逆变器的结构示意图。
14.图2为本发明一种基于下垂控制的电压源逆变器所述的下垂控制模块的结构示意图。
具体实施方式
15.结合图1、2说明本实施方式，本发明所述一种基于下垂控制的电压源逆变器包含直流电源、全桥模块、lc滤波模块、本地负载、δ-σ调制器、线性稳压器、微控制器、pwm控制器和下垂控制模块。
16.典型的逆变器由一个全桥和一个滤波器组成，全桥由四个开关构成，开关可以使用脉宽调制进行调制，滤波器用于桥的高频开关，如所示图 1.参考设计中使用了电感电容输出滤波器。
17.为了调节逆变器的输出电压，必须检测电流和电压。c2000微控制器上快速、精确的片内模数转换器用于检测这些信号。基于sigma delta的检测可以轻松隔离这些信号并提供出色的检测能力。许多c2000微处理器内置δ-σ调制器，用于解码来自δ-σ调制器的信号，使其在应用中的使用变得简单明了。一旦检测到信号，c2000单片机运行控制算法来计算调节操作所需的调制。补偿设计器实现功率级模型，这使得数字控制回路的设计变得容易。软件频率响应分析器（sfra）能够测量电路中的频率响应，以验证模型的准确性，并确保控制的鲁棒性。
18.脉宽调制产生的流行调制方案包括双极调制和单极调制。在这种设计中，选择了一种改进的单极调制，其中开关q1和q2在高频切换，开关q3和q4在低频切换(合成交流波形的频率)。
19.高压dc总线使用电阻分压器按比例缩小，使用电阻分压器和运算放大器差分检测
交流输出电压。霍尔效应传感器用于检测流经电感的电流。霍尔效应传感器有内置偏移，范围和adc能测到的不同。rc滤波器用于在连接到逆变器之前对信号进行滤波。大多数电力电子转换器需要过电流保护。因此，需要多个比较器，并且需要产生电流和电压跳变的基准电压。
20.在本发明中，使用sdfm解调器检测以下信号。amc1304用于生成δ-σ流。调制器的时钟由c2000微控制器上的ecap外设产生。amc1304调制器以隔离方式感测信号，在设计控制器需要位于隔离和冷端的逆变器非常有用。当变频器选择基于sdfm的检测时，也可以通过电源套件的cfg页面输入以下子部分中显示的值。分流电阻检测该参考设计的电容电流和输出电流。分流电阻两端的电压馈入amc1304δ-σ调制器，该调制器产生δ-σ流，并由c2000单片机上的sdfm解调器解码。电感电流是从电容和输出电流读数推导出来的。电阻分压网络使用sdfm调制器检测dc总线和输出电压。解释解调信号时，必须考虑sdfm调制器的差分输入电阻。
21.除了数据滤波器(可用于解调调制器以指定过采样率(osr)和滤波器阶数(sinc1、sinc2、sinc3)产生的sdfm流)之外，sdfm模块还具有额外的比较器滤波器，可以用低得多的osr和滤波器阶数对其进行编程，以实现脉宽调制的快速跳变。ecap模块为sdfm调制器amc1304产生时钟。该时钟使用输出条从ecap模块向外发送，然后返回到设备上的sdfm
·
clk引脚。sdfm提供了连续的数据流。然后，该数据由c2000 sdfm外设解调。大多数控制应用要求数据采样以开关波形(即控制脉宽调制)为中心。c2000微控制器提供了一种机制来产生这个同步信号到sdfm解调器。同步的确切机制在不同的设备上可能不同。在这些设备上，pwm11与sdfm复位一代相连；因此，同步生成包括从pwm到pwm11模块的同步传播。由于sdfm数据仅在提供同步后的3个osr时间段内有效，因此请确定读取sdfm数据的时间。
22.微控制器检测输入dc总线电压vbus、电感电流ii和输出电压vo。首先，生成一个参考正弦值invvorefinst。将该值与检测到的输出电压invvoinst和输入电压补偿器gv的误差进行比较。在交流电压控制的情况下，对于交流频率，跟踪误差需要归零；因此，gv中使用比例谐振控制器来使基波电压误差为零。额外的谐振控制器被添加到电压补偿器，以将产生的基频的谐波频率处的误差归零。电压补偿器中还增加了超前滞后补偿器，以改善参考设计中的相位裕量。内部电流环路有助于电压环路的设计。电压补偿器为使用电流补偿器gi的电流环路产生一个参考电流(inviirefinst)。电流环中的dc母线电压和输出电压前馈都使设备变得简单，并且可以使用pi控制器来调谐电流补偿器。逆变器电流回路的工厂模型可在补偿设计器中获得，可从powersuite页面调用。
23.下垂控制通过模拟传统发电机的下垂特性，实现微本地负载中微电源的并联运行。分别通过p/f下垂控制和q/v下垂控制来获取稳定频率和电压，对微源输出的有功功率和无功功率分别进行控制，无需机组间的通信协调，保证了电力平衡和频率的统一。功率控制主要实现逆变器输出功率的测量，得到的瞬时功率经过低通滤波得到变化缓慢的平均功率，平均功率经过人为定制的下垂曲线得到逆变器输出电压和频率的参考值；电压控制的主要任务是根据功率控制器输入的参考电压值，经过一定的控制策略( pi控制)，得到电流控制器的参考电流值；电流控制的主要任务是根据得到的参考输入，经过一定的控制解耦策略，给出逆变器的调制电压波形。
24.虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此
技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。