具有二次調(diào)壓調(diào)頻功能的同步逆變器控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有二次調(diào)壓調(diào)頻功能的同步逆變器控 制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境問題的日益突出，分布式發(fā)電技術(shù)與微電網(wǎng)技 術(shù)得到越來越多的關(guān)注，作為分布式資源與配電網(wǎng)（微電網(wǎng)）的紐帶，并網(wǎng)逆變器的功能被 深入挖掘并肯定了其有益的作用，但仍無法忽視常規(guī)控制策略本身給配電網(wǎng)和微電網(wǎng)安全 穩(wěn)定運(yùn)行帶來的挑戰(zhàn)。尤其是常規(guī)并網(wǎng)逆變器響應(yīng)速度快、難以參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，無法為含分 布式電源的主動(dòng)配電網(wǎng)提供必要的電壓和頻率支撐，更無法為穩(wěn)定性相對(duì)較差的微電網(wǎng)提 供必要的阻尼作用，缺乏一種與配電網(wǎng)及微電網(wǎng)有效的"同步"的機(jī)制。
[0003] 因此，研究一種適用于分布式發(fā)電與微電網(wǎng)領(lǐng)域的逆變器控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模擬電 力系統(tǒng)二次調(diào)壓/調(diào)頻控制策略功能，促進(jìn)分布式發(fā)電與微電網(wǎng)應(yīng)用推廣，具有重要的理 論意義和實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種具有二次調(diào)壓調(diào)頻功能的同步逆變器 控制系統(tǒng)，引入二次調(diào)壓、二次調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)了模擬電力系統(tǒng)二次調(diào)壓/調(diào)頻控制策略功能， 實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及微電網(wǎng)同步機(jī)制。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種具有二次調(diào)壓調(diào)頻功能的同步逆變器 控制系統(tǒng)，包括依次連接的電源、三相逆變器主電路、LC濾波電路和負(fù)載，還包括：
[0006] 電流采集模塊，用于采集所述三相逆變器主電路輸出的電流；
[0007] 電壓采集模塊，用于采集所述三相逆變器主電路輸出的電壓；
[0008] 幅值檢測模塊，用于根據(jù)所述三相逆變器主電路輸出的電壓計(jì)算出相應(yīng)的電壓幅 值；
[0009] 二次調(diào)壓計(jì)算模塊，用于根據(jù)給定的參考電壓幅值和所述幅值檢測模塊計(jì)算的電 壓幅值計(jì)算得到電壓幅值差；
[0010] 電壓-無功下垂調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)電網(wǎng)額定電壓幅值和所述幅值檢測模塊計(jì)算 的電壓幅值計(jì)算得到下垂無功功率；
[0011] 積分調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)無功功率指令值、VSG輸出瞬時(shí)無功功率和所述下垂無功 功率計(jì)算得到一次調(diào)節(jié)電壓幅值；
[0012] 電壓幅值計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述一次調(diào)節(jié)電壓幅值和所述電壓幅值差計(jì)算得到 逆變器虛擬輸出電壓幅值；
[0013] 虛擬角頻率計(jì)算模塊，用于根據(jù)有功功率指令值、VSG輸出瞬時(shí)有功功率和額定角 頻率計(jì)算得到虛擬角頻率；
[0014] 調(diào)頻角頻率計(jì)算模塊，用于根據(jù)參考角頻率和所述虛擬角頻率計(jì)算得到一次調(diào)頻 輸出角頻率；
[0015] 相位計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述一次調(diào)頻輸出角頻率計(jì)算得到逆變器虛擬輸出電壓 相位；
[0016] 虛擬電壓合成模塊，用于根據(jù)所述逆變器虛擬輸出電壓幅值和電壓相位計(jì)算得到 逆變器虛擬輸出電壓；
[0017] 電流給定生成模塊，用于根據(jù)所述逆變器虛擬輸出電壓和所述電壓采集模塊采集 的電壓生成電流給定；
[0018] 電流環(huán)調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述電流給定和所述電流采集模塊采集的電流生成調(diào) 制信號(hào)；
[0019] 調(diào)制模塊，用于根據(jù)載波信號(hào)和所述調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生控制逆變器功率開關(guān)的控制信 號(hào)。
[0020] 進(jìn)一步的，所述二次調(diào)壓計(jì)算模塊具體用于根據(jù)給定的參考電壓幅 值Vraf和所述幅值檢測模塊計(jì)算的電壓幅值V ^計(jì)算得到電壓幅值差Λ V，其中
，式中，kpl、ku為二次調(diào)壓PI參數(shù)。
[0021] 進(jìn)一步的，所述電壓-無功下垂調(diào)節(jié)模塊具體用于根據(jù)電網(wǎng)額定電壓幅值Vn和所 述幅值檢測模塊計(jì)算的電壓幅值V。計(jì)算得到下垂無功功率Q d，其中，Qd= D d (Vn-Vci)，式中， Dd為電壓-無功下垂系數(shù)。
[0022] 進(jìn)一步的，所述積分調(diào)節(jié)模塊具體用于根據(jù)無功功率指令值Qraf、VSG輸 出瞬時(shí)無功功率I和所述下垂無功功率Q d計(jì)算得到一次調(diào)節(jié)電壓幅值V'，其中，
，式中，K為積分調(diào)節(jié)系數(shù)。
[0023] 進(jìn)一步的，所述電壓幅值計(jì)算模塊具體用于根據(jù)所述一次調(diào)節(jié)電壓幅值V'和所 述電壓幅值差Λ V計(jì)算得到逆變器虛擬輸出電壓幅值E，其中，E =Λ V+V。
[0024] 進(jìn)一步的，虛擬角頻率計(jì)算模塊具體包括：
[0025] 頻率-有功下垂調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)額定角頻率\和虛擬角頻率計(jì)算模塊上次輸 出的虛擬角頻率w。計(jì)算得到有功功率P d，其中，Pd= D p (wn-w。)，Dp為頻率-有功下垂系數(shù)；
[0026] 虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算單元，用于根據(jù)有功功率指令值Praf、VSG輸出瞬時(shí)有功功率匕 和所述下垂無功功率Pd計(jì)算得到虛擬角頻率W。，其中，
|: J表示 虛擬同步機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0027] 進(jìn)一步的，所述調(diào)頻角頻率計(jì)算模塊具體包括：
[0028] 二次調(diào)頻計(jì)算單元，用于根據(jù)參考角頻率Wraf和所述虛擬角頻率w ^計(jì)算得到角頻 率差Λ w，其中，
>.kp2、ki2為二次調(diào)頻PI參數(shù)；
[0029] 角頻率計(jì)算單元，用于根據(jù)所述角頻率差Λ w和所述虛擬角頻率Wci計(jì)算得到一次 調(diào)頻輸出角頻率，其中，W' = W。+ Λ W。
[0030] 進(jìn)一步的，所述相位計(jì)算模塊具體用于根據(jù)所述一次調(diào)頻輸出角頻率w'計(jì)算得 到逆變器虛擬輸出電壓相位Θ，其中，
[0031] 所述虛擬電壓合成模塊具體用于根據(jù)所述逆變器虛擬輸出電壓幅值E和電壓相 位Θ計(jì)算得到逆變器虛擬輸出電SE niab。，其中，
[0032]
[0033] 進(jìn)一步的，所述電流給定生成模塊具體用于根據(jù)所述逆變器虛擬輸 出電壓Emb。和所述電壓采集模塊采集的電壓生V 。成電流給定i rafab。，其中，
，式中，L表示同步逆變器輸出濾波電感、R表示濾波電感寄 生電阻。
[0034] 進(jìn)一步的，所述電流環(huán)調(diào)節(jié)模塊具體用于根據(jù)所述電流給定i"fab。和所述電流采 集模塊米集的電流iub。生成調(diào)制?目號(hào)V mab。，其中，
，:式中， kp；5、ki3為電流環(huán)PI參數(shù)；
[0035] 所述調(diào)制模塊具體用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)Vniab。對(duì)載波信號(hào)\進(jìn)行脈寬調(diào)制，從而 產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)D，以控制逆變器功率開關(guān)。
[0036] 實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果：本發(fā)明提供了一種具有二次調(diào)壓調(diào)頻功能的同 步逆變器控制系統(tǒng)，引入二次調(diào)壓、二次調(diào)頻模塊，實(shí)現(xiàn)了模擬電力系統(tǒng)二次調(diào)壓/調(diào)頻控 制策略功能，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及微電網(wǎng)同步機(jī)制，確保了同步逆變器輸出電壓精度，保障同步逆 變器系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定運(yùn)行。
【附圖說明】
[0037] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0038] 圖1是本發(fā)明提供的具有二次調(diào)壓調(diào)頻功能的同步逆變器控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施 例的系統(tǒng)框圖；
[0039] 圖2是同步逆變器工作在離網(wǎng)模式下，未使用二次調(diào)壓/二次調(diào)頻功能時(shí)，同步逆 變器三相輸出電壓和三相輸出電感電流波形；
[0040] 圖3是同步逆變器工作在離網(wǎng)模式下，采用本發(fā)明所提出的控制策略時(shí)，同步逆 變器三相輸出電壓和三相輸出電感電流波形。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0042] 圖1是本發(fā)明提供的具有二次調(diào)壓調(diào)頻功能的同步逆變器控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施 例的系統(tǒng)框圖，如圖1所示，包括依次連接的電源U in、三相逆變器主電路、LC濾波電路和負(fù) 載，還包括電流采集模塊、電壓采集模塊、幅值檢測模塊、二次調(diào)壓計(jì)算模塊、電壓-無功下 垂調(diào)節(jié)模塊、積分調(diào)節(jié)模塊、電壓幅值計(jì)算模塊、虛擬角頻率計(jì)算模塊、調(diào)頻角頻率計(jì)算模 塊、相位計(jì)算模塊、虛擬電壓合成模塊、電流給定生成模塊、電流環(huán)調(diào)節(jié)模塊和調(diào)制模塊。
[0043] 其中，電流采集模塊用于采集所述三相逆變器主電路輸出的電流iubc。
[0044] 電壓采集模塊用于采集所述三相逆變器主電路輸出的電壓Vciabc。
[0045] 幅值檢測模塊用于根據(jù)所述三相逆變器主電路輸出的電壓計(jì)算出相應(yīng)的電壓幅 值V。。
[0046] 二次調(diào)壓計(jì)算模塊用于根據(jù)給定的參考電壓幅值Vraf和所述幅值檢測模塊計(jì)算的 電壓幅值Vci計(jì)算得到電壓幅值差Λ V，其中
：，式中，kpl、ku為二 次調(diào)壓PI參數(shù)。
[0047] 電壓-無功下垂調(diào)節(jié)模塊具體用于根據(jù)電網(wǎng)額定電壓幅值Vn和所述幅值檢測模 塊計(jì)算的電壓幅值V ci計(jì)算得到下垂無功功率Q d，其中，Qd= D d(Vn-Vci)，式中，Dd為電壓-無 功下垂系數(shù)。
[0048] 積分調(diào)節(jié)模塊具體用于根據(jù)無功功率指令值Qraf、VSG輸出瞬時(shí)無功功率Q e和所 述下垂無功功率Qd計(jì)算得到一次調(diào)節(jié)電壓幅值V'，其中，
，式中， K為積分調(diào)節(jié)系數(shù)。
[0049] 電壓幅值計(jì)算模塊具體用于根據(jù)所述一次調(diào)節(jié)電壓幅值V'和所述電壓幅值差 Λ V計(jì)算得到逆變器虛擬輸出電壓幅值E，其中，E =Λ V+V。
[0050] 虛擬角頻率計(jì)算模塊具體包括：
[0051] 頻率-有功下垂調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)額定角頻率\和虛擬角頻率計(jì)算模塊上次輸 出的虛擬角頻率w。計(jì)算得到有功功率P d，其中，Pd= D p (wn-w。)，Dp為頻率-有功下垂系數(shù)；
[0052] 虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算單元，用于根據(jù)有功功率指令值Praf、VSG輸出瞬時(shí)有功功率匕 和所述下垂無功功率Pd計(jì)算得到虛擬角頻率W。，其中，
J表示 虛擬同步機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0053] 調(diào)頻角頻率計(jì)算模塊具體包括：
[0054] 二次調(diào)頻計(jì)算單元，用于根據(jù)參考角頻率Wraf和所述虛擬角頻率w ^計(jì)算得到角頻 率差Λ w，其中，
kp2、ki2為二次調(diào)頻PI參數(shù)；
[0055] 角頻率計(jì)算單元，用于根據(jù)所述角頻率差Λ w和所述虛擬角頻率Wci計(jì)算得到一次 調(diào)頻輸出角頻率，其中，W' = W。+ Λ W。
[0056] 相位計(jì)算模塊具體用于根據(jù)所述一次調(diào)頻輸出角頻率w'計(jì)算得到逆變器