[發明專利]一種單相逆變器控制系統

有效

• 申請號: 201310730811.2
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103683331A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 張昌華;王剛;羅曼;廉靜如;黃琦;左琳;陳樹恒;劉群英
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/5387
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于逆變器控制技術領域，更為具體地講，涉及一種將單相逆變器控制成具有模擬同步發電機特性的控制系統。

背景技術

作為一種直流電轉換為交流電的設備，單相逆變器在微電網、分布式發電中有著廣泛的應用。單相逆變器的性能跟其控制系統有著直接的關系，因此對單相逆變器控制系統的研究對微電網和分布式發電的穩定性分析及其控制有著重要的意義。

圖1給出了典型的單相逆變器的結構框圖。

如圖1所示，單相逆變器通過機端電壓電流測量得到機端電壓u以及機端電流i，然后送入單相逆變器控制系統中，得到PWM調制信號送入PWM（Pulse?Width?Modulation，脈寬調制）信號發生器，輸出的PWM信號通過驅動電路驅動后，驅動逆變橋電路功率開關管S₁～S₄的導通和關斷，將電壓為U_dc的直流電源轉變為單相交流電，輸出經過LC低通濾波后接負載/或并網（并網時，接通開關KM與微電網饋線連接）。

單相逆變器控制系統可以控制單相逆變器的輸出功率、機端電壓、輸出電流以及電網頻率具有某種特性。一般而言，可以分為三種：PI控制、電流滯環比較控制、無差拍控制。各類控制特性的工作原理如下：

1、PI控制

PI控制器是目前單相逆變器中應用最廣泛的控制系統。利用單相逆變器的輸出電壓或者輸出電流反饋，與給定的參考信號進行比較，產生的誤差輸入PI控制環節，其輸出信號作為調制波，與三角載波比較產生SPWM波來控制單相逆變器開關管的通斷，通過電流環和電壓環的雙閉環控制來實現單相逆變器并網電壓的控制和輸出功率的控制。

2、電流滯環比較控制

該方法的基本思想是，將單相逆變器的實際并網電流與指令電流進行比較，二者的偏差作為滯環比較器的輸入，通過滯環比較器產生控制逆變器開關管通斷的PWM信號。滯環控制的基本原理是通過設定滯環比較器的上下限，使得逆變器的輸出電流準確跟蹤參考電流。

3、無差拍控制

無差拍控制是基于離散數學模型實現的PWM方案。將實際輸出采樣同參考指令進行比較，根據本周期以前的采樣值，用模型計算出下一個周期要達到的指定值，通過二者的差值計算開關器件的導通時間，使得下一個周期的實際輸出等于參考指令。

但現有的控制，不能有效抑制負荷變化帶來的頻率波動，不利于微電網的穩定運行。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種單相逆變器控制系統，其基本思想是利用采集的單相逆變器輸出的單相電壓和單相電流，通過移相的方法，構造出一個虛擬的三相逆變器，使得輸入到控制系統內部的電壓和電流是三相的。通過在單相逆變器控制系統中引入同步發電機的數學模型，使單相逆變器能夠模擬同步發電機特性，有效抑制負荷變化帶來的頻率波動，以增強微電網的穩定性。

為實現以上目的，本發明單相逆變器控制系統，其特征在于，包括：

一移相單元，通過移相技術將單相逆變器實際輸出的電壓u、電流i分別均移相1200和2400構造出另外兩相虛擬電壓u_b、u_c和虛擬電流i_b、i_c，最終合成對稱的虛擬三相電壓u_a、u_b、u_c和對稱的虛擬三相電流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，即單相逆變器實際輸出的電壓u、電流i；

一dq變換單元，用于對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分別進行_dq變換，變換所需的電角度θ由同步發電機機電暫態單元提供，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轉換為轉子旋轉坐標系下的電壓dq分量V_d、V_q和電流dq分量i_d、i_q；