[發(fā)明專利]一種單相逆變器控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310730811.2
• 申請(qǐng)日: 2013-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN103683331A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張昌華;王剛;羅曼;廉靜如;黃琦;左琳;陳樹恒;劉群英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02M7/5387
• 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

1.一種單相逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

一移相單元，通過移相技術(shù)將單相逆變器實(shí)際輸出的電壓u、電流i分別均移相120°和240°構(gòu)造出另外兩相虛擬電壓u_b、u_c和虛擬電流i_b、i_c，最終合成對(duì)稱的虛擬三相電壓u_a、u_b、u_c和對(duì)稱的虛擬三相電流i_a、i_b、i_c；其中，電壓u_a、電流i_a為沒有移相的電壓電流，即單相逆變器實(shí)際輸出的電壓u、電流i；

一dq變換單元，用于對(duì)合成的虛擬三相電壓u_a、u_b、u_c和虛擬三相電流i_a、i_b、i_c分別進(jìn)行dq變換，變換所需的電角度θ由同步發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)單元提供，這樣，虛擬三相電壓u_a、u_b、u_c和虛擬三相電流i_a、i_b、i_c轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓dq分量V_d、V_q和電流dq分量i_d、i_q；

一有功功率計(jì)算單元，根據(jù)電壓dq分量V_d、V_q和電流dq分量i_d、i_q計(jì)算出虛擬三相逆變器輸出有功功率P_out，然后輸入到有功控制模塊中；

一有功控制模塊，將設(shè)定的單相逆變器有功功率P_set擴(kuò)大三倍，并減去有功功率P_out，然后進(jìn)行PI控制，得到機(jī)械功率P_m1；

一頻率控制模塊，將同步發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)單元輸出的電角速度ω除以2π，得到單相逆變器輸出的實(shí)際頻率，然后作為同步發(fā)電機(jī)實(shí)際頻率f，與額定頻率f_n做差，得到的頻率偏差Δf=f_n-f，然后乘以下垂控制系數(shù)D_p進(jìn)行比例計(jì)算，得到功率差值ΔP，再將功率差值ΔP與參考有功功率P_ref進(jìn)行相加，得到機(jī)械功率P_m2，其中參考有功功率P_ref根據(jù)分布式能源的狀態(tài)事先給定；在進(jìn)行頻率無(wú)差調(diào)節(jié)時(shí)，還需要將頻率偏差Δf進(jìn)行積分，得到值加入到比例計(jì)算得到的功率差值ΔP中；

有功-頻率控制開關(guān)SW₁，用于選擇有功或頻率控制；當(dāng)選擇有功控制時(shí)，選擇機(jī)械功率P_m1作為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率P_m輸入到同步發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)單元，當(dāng)選擇頻率控制時(shí)，選擇機(jī)械功率P_m2作為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率P_m輸入到同步發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)單元；

同步發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)單元，用于接收來自有功-頻率控制開關(guān)SW₁選擇輸出的同步發(fā)電機(jī)機(jī)械功率P_m以及來自同步發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)單元輸出的電磁功率P_e，由以下方程解出電角度θ、電角速度ω：

Pm-Peω-DΔω=JdΔωdt---(1)]]>

Δω=ω-ω_n???（2）

dθdt=ω---(3)]]>

其中，Δω為電角速度差，ω_n為額定電角速度；D為定常阻尼系數(shù)，在設(shè)置時(shí)可以忽略阻尼的影響，設(shè)為0；J為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為需要單相逆變器進(jìn)行擬模擬的同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)；

一無(wú)功功率計(jì)算單元，根據(jù)電壓dq分量V_d、V_q和電流dq分量i_d、i_q計(jì)算出虛擬三相逆變器輸出的無(wú)功功率Q_out；

一無(wú)功控制模塊，用于將設(shè)定的單相逆變器無(wú)功功率Q_set擴(kuò)大三倍，并減去無(wú)功功率Q_out，然后進(jìn)行PI控制，得到的值再與設(shè)定的參考電壓U_ref相加，得到勵(lì)磁電壓E_f1。其中，參考電壓U_ref可以設(shè)為單相逆變器輸出的額定電壓；

一電壓幅值計(jì)算單元，根據(jù)電壓dq分量V_d、V_q計(jì)算出虛擬三相逆變器輸出電壓幅值V_out(計(jì)算得到的V_out是相電壓幅值)，其值等于單相逆變器輸出電壓的幅值；

一電壓控制模塊，將設(shè)定的單相逆變器輸出端電壓V_set減去虛擬三相逆變器輸出電壓幅值V_out，然后進(jìn)行PI控制，得到勵(lì)磁電壓E_f2；

無(wú)功-電壓控制開關(guān)SW₂，用于選擇無(wú)功或電壓控制；當(dāng)選擇無(wú)功控制時(shí)，選擇勵(lì)磁電壓E_f1作為同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓E_f輸入到同步發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)單元，當(dāng)選擇電壓控制時(shí)，選擇勵(lì)磁電壓E_f2作為同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓E_f輸入到同步發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)單元；

同步發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)單元，用于接收dq變換單元輸出的電流dq分量i_d、i_q，然后根據(jù)選擇輸入勵(lì)磁電壓E_f，由以下方程解出同步發(fā)電機(jī)的電磁功率P_e以及虛擬三相逆變器的機(jī)端參考電壓V_td和V_tq：

T′_d0E′_q=E_f-E′_q+(x_d-x′_d)i_d???（4）

T′_q0E′_d=-[E′_d+(x_q-x′_q)i_q]（5）

P_e=[E′_q+(x′_d-x′_q)i_d]i_q+E′_di_d???（6）

V_td=E′_d+x′_qi_q+R_si_d???（7）

V_tq=E′_q+x′_di_d+R_si_q???（8）

其中，E′_q、E′_d為同步發(fā)電機(jī)q、d軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)，T′_d0和T′_q0為同步發(fā)電機(jī)d、q軸暫態(tài)時(shí)間常數(shù)，x_d和x_q為同步發(fā)電機(jī)的d、q軸同步電抗，x′_d和x′_q為同步發(fā)電機(jī)的d、q軸暫態(tài)電抗，R_s為同步發(fā)電機(jī)定子電阻，T′_d0、T′_q0、x_d、x_q、x′_d、x′_q、R_s分量是需要單相逆變器進(jìn)行擬模擬的同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)；

解出的同步發(fā)電機(jī)的電磁功率P_e輸入到同步發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)單元，解出的虛擬三相逆變器的機(jī)端參考電壓V_td和V_tq輸出到比較器中；

比較器和PI控制器，用于將機(jī)端參考電壓V_td和V_tq分別減去dq變換單元輸出的電壓dq分量V_d、V_q，然后分別經(jīng)過PI控制器得到d、q軸控制電壓信號(hào)E_d、E_q；

一dq反變換單元，補(bǔ)充一個(gè)值為0的零軸分量，d、q軸控制電壓信號(hào)E_d、E_q和補(bǔ)充的零軸分量經(jīng)dq反變換后產(chǎn)生最終PWM波形的調(diào)制信號(hào)u_ca、u_cb?u_cc，取其中的a相調(diào)制信號(hào)u_ca輸出到PWM信號(hào)發(fā)生器，用于單相逆變器橋路開關(guān)的控制，其中，dq反變換所需的電角度為同步發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)單元輸出的電角度θ。