[發(fā)明專利]一種具有同步發(fā)電機特性的逆變控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310016760.7
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103066876A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張昌華;鐘慶昌;曹永興;孟勁松;黃琦
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于逆變器控制技術(shù)領(lǐng)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(shù)

作為一種直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備，逆變器在微電網(wǎng)、分布式發(fā)電中有著廣泛的應(yīng)用。

逆變器技術(shù)領(lǐng)域的熱點問題包括拓撲結(jié)構(gòu)、諧波抑制與濾波器設(shè)計、控制信號調(diào)制方法、損耗控制和逆變器的動態(tài)特性設(shè)計等等。其中，逆變器的動態(tài)特性設(shè)計與其控制策略有著直接地聯(lián)系，并對微電網(wǎng)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(jié)構(gòu)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U_a、U_b、U_c以及機端電流I_a、I_b、I_c，然后送入逆變控制器中，得到PWM調(diào)制信號U_ca、U_cb、U_cc送入PWM（Pulse?Width?Modulation，脈寬調(diào)制）信號發(fā)生器，輸出的PWM信號通過驅(qū)動電路驅(qū)動后，控制逆變橋電路功率開關(guān)管開通、關(guān)斷，將電壓為U_dc的直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)電壓U_s同頻的電壓，通過配網(wǎng)饋線送入電網(wǎng)中。其中，電阻r_fa、r_fb、r_fc、電感L_fa、L_fb、L_fc、電容C_fa、C_fb、C_fc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(wǎng)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(wǎng)側(cè)看來，該類逆變器可以視作一個近似的恒功率（PQ）單元。當(dāng)恒功率控制應(yīng)用在可再生能源并網(wǎng)發(fā)電逆變器上時，輸出功率一般設(shè)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(dāng)恒功率控制應(yīng)用在具有儲能裝置的逆變器上時，輸出功率則設(shè)定為調(diào)度發(fā)出的有功功率指令，控制儲能裝置按照調(diào)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(shè)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(wǎng)并聯(lián)組網(wǎng)自治運行控制中應(yīng)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(guān)系，相應(yīng)可設(shè)計Q-ω和P-E的下垂特性,通過控制輸出無功功率來調(diào)節(jié)輸出頻率，控制有功功率來調(diào)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(gòu)建電壓外環(huán)、電流內(nèi)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(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)控制器的參考信號，一般動態(tài)響應(yīng)較慢；電流內(nèi)環(huán)控制器主要用來改善逆變器輸出波形質(zhì)量，一般動態(tài)響應(yīng)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(nèi)部存在一個虛擬的轉(zhuǎn)子，其旋轉(zhuǎn)運動符合同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)動方程。并通過構(gòu)造虛擬的模擬勵磁控制和調(diào)速器特性的單元，控制虛擬轉(zhuǎn)子上的勵磁電壓和驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，進而控制虛擬轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速及其在定子上產(chǎn)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(nèi)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(shè)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(yīng)不同運行要求。

1、給出驅(qū)動功率和感應(yīng)電動勢幅值的逆變控制器

給定逆變器的驅(qū)動功率P_m和某相感應(yīng)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：