一種單相逆變器控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單相逆變器控制系統(tǒng)，將將同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型引入單相逆變器控制系統(tǒng)，單相逆變器輸出電壓電流經(jīng)移相技術(shù)分別均移相1200和240°構(gòu)造出另外兩相虛擬電壓和虛擬電流。合成的三相虛擬電壓和三相虛擬電流經(jīng)過dq變換，得到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓dq分量Vd、Vq和電流dq分量id、iq。然后經(jīng)過同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出單相逆變器交流端參考電壓Vtd和Vtq，此參考電壓與實(shí)測(cè)的輸出電壓即dq變換單元輸出的電壓dq分量Vd、Vq進(jìn)行比較，然后通過PI控制器得到最終控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)經(jīng)過dq反變換之后得到虛擬三相PWM波調(diào)制信號(hào)，取其中的a相調(diào)制信號(hào)，由此產(chǎn)生PWM波經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路來控制單相逆變器橋路開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，使得單相逆變器具有同步發(fā)電機(jī)的特性。
【專利說明】一種單相逆變器控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于逆變器控制【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地講，涉及一種將單相逆變器控制成具有模擬同步發(fā)電機(jī)特性的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備，單相逆變器在微電網(wǎng)、分布式發(fā)電中有著廣泛的應(yīng)用。單相逆變器的性能跟其控制系統(tǒng)有著直接的關(guān)系，因此對(duì)單相逆變器控制系統(tǒng)的研究對(duì)微電網(wǎng)和分布式發(fā)電的穩(wěn)定性分析及其控制有著重要的意義。
[0003]圖1給出了典型的單相逆變器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0004]如圖1所示，單相逆變器通過機(jī)端電壓電流測(cè)量得到機(jī)端電壓U以及機(jī)端電流i，然后送入單相逆變器控制系統(tǒng)中，得到PWM調(diào)制信號(hào)送入PWM (Pulse Width Modulation,脈寬調(diào)制)信號(hào)發(fā)生器，輸出的PWM信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后，驅(qū)動(dòng)逆變橋電路功率開關(guān)管S1?S4的導(dǎo)通和關(guān)斷，將電壓為Udc的直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嘟涣麟?，輸出?jīng)過LC低通濾波后接負(fù)載/或并網(wǎng)(并網(wǎng)時(shí)，接通開關(guān)KM與微電網(wǎng)饋線連接)。
[0005]單相逆變器控制系統(tǒng)可以控制單相逆變器的輸出功率、機(jī)端電壓、輸出電流以及電網(wǎng)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(huán)比較控制、無差拍控制。各類控制特性的工作原理如下:
[0006]1、PI 控制
[0007]PI控制器是目前單相逆變器中應(yīng)用最廣泛的控制系統(tǒng)。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(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差輸入PI控制環(huán)節(jié)，其輸出信號(hào)作為調(diào)制波，與三角載波比較產(chǎn)生SPWM波來控制單相逆變器開關(guān)管的通斷，通過電流環(huán)和電壓環(huán)的雙閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)單相逆變器并網(wǎng)電壓的控制和輸出功率的控制。
[0008]2、電流滯環(huán)比較控制
[0009]該方法的基本思想是，將單相逆變器的實(shí)際并網(wǎng)電流與指令電流進(jìn)行比較，二者的偏差作為滯環(huán)比較器的輸入，通過滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制逆變器開關(guān)管通斷的PWM信號(hào)。滯環(huán)控制的基本原理是通過設(shè)定滯環(huán)比較器的上下限，使得逆變器的輸出電流準(zhǔn)確跟蹤參考電流。
[0010]3、無差拍控制
[0011]無差拍控制是基于離散數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)的PWM方案。將實(shí)際輸出采樣同參考指令進(jìn)行比較，根據(jù)本周期以前的采樣值，用模型計(jì)算出下一個(gè)周期要達(dá)到的指定值，通過二者的差值計(jì)算開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間，使得下一個(gè)周期的實(shí)際輸出等于參考指令。
[0012]但現(xiàn)有的控制，不能有效抑制負(fù)荷變化帶來的頻率波動(dòng)，不利于微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單相逆變器控制系統(tǒng)，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(gòu)造出一個(gè)虛擬的三相逆變器，使得輸入到控制系統(tǒng)內(nèi)部的電壓和電流是三相的。通過在單相逆變器控制系統(tǒng)中引入同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，使單相逆變器能夠模擬同步發(fā)電機(jī)特性，有效抑制負(fù)荷變化帶來的頻率波動(dòng)，以增強(qiáng)微電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
[0014]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明單相逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:
[0015]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1200和2400構(gòu)造出另外兩相虛擬電壓ub、U。和虛擬電流ib、i。，最終合成對(duì)稱的虛擬三相電壓ua、ub、u。和對(duì)稱的虛擬三相電流ia、ib、i。；其中，電壓Ua、電流ia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 ;
[0016]一 dq變換單元,用于對(duì)合成的虛擬三相電壓ua、ub、uc和虛擬三相電流ia、ib、ic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ua、Ub> U。和虛擬三相電流ia、ib、i。轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓dq分量Vd、Vq和電流dq 分量 id、iq ；
[0017]—有功功率計(jì)算單元，根據(jù)電壓dq分量Vd、Vq和電流dq分量id、iq計(jì)算出虛擬三相逆變器輸出有功功率Ptjut,然后輸入到有功控制模塊中；
[0018]一有功控制模塊，將設(shè)定的單相逆變器有功功率Psrt擴(kuò)大三倍，并減去有功功率Pout,然后進(jìn)行PI控制，得到機(jī)械功率Pml ；
[0019]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2 31，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fn做差，得到的頻率偏差A(yù)f=fn-f，然后乘以下垂系數(shù)Dp進(jìn)行比例計(jì)算，得到功率差值ΛΡ，再將功率差值Δ P與參考有功功率PMf進(jìn)行相加，得到機(jī)械功率Pm2，其中參考有功功率Pref根據(jù)分布式能源的狀態(tài)事先給定；在進(jìn)行頻率無差調(diào)節(jié)時(shí)，還需要將頻率偏差進(jìn)行積分，得到值加入到比例計(jì)算得到的功率差值ΛΡ中；
[0020]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Pml作為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率Pm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Pm2作為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率Pm輸入到同步發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)單元。
[0021]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Pm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Py由以下方程解出電角度Θ、電角速度ω:
[0022]Pm~P' -DAoj = J(I)
ωdt
[0023]Δ ω = ω-ωη (2)
[0024]^- = ω(3)
at
[0025]其中，Δ ω為電角速度差，ωη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，公式(I)可以轉(zhuǎn)換為:
r ? Pfn-Pc I d 匕(0
[0026]—- = J——
ωdt
[0027]其中，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)；[0028]一無功功率計(jì)算單元，根據(jù)電壓dq分量Vd、Vq和電流dq分量id、iq計(jì)算出虛擬三相逆變器輸出的無功功率Qtjut ；
[0029]一無功控制模塊，用于將設(shè)定的單相逆變器無功功率Qsrt擴(kuò)大三倍，并減去無功功率Qtjut，然后進(jìn)行PI控制，得到的值再與設(shè)定的參考電壓Uref相加，得到勵(lì)磁電壓Efl，其中，參考電壓UMf可以設(shè)為單相逆變器的額定電壓；
[0030]一電壓幅值計(jì)算單元，根據(jù)電壓dq分量Vd、Vq計(jì)算出虛擬三相逆變器輸出電壓幅值Vrat (計(jì)算得到的Vrat是相電壓幅值)，其值等于單相逆變器實(shí)際輸出電壓的幅值；
[0031]一電壓控制模塊，將設(shè)定的單相逆變器輸出端電壓Vsrt減去虛擬三相逆變器輸出電壓幅值Vrat，然后進(jìn)行PI控制，得到勵(lì)磁電壓Ef2 ；
[0032]無功-電壓控制開關(guān)SW2，用于選擇無功或電壓控制；當(dāng)選擇無功控制時(shí)，選擇勵(lì)磁電壓Efl作為同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓Ef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Ef2作為同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓Ef輸入到同步發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)單元；
[0033]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id、，然后根據(jù)選擇輸入勵(lì)磁電壓Ef，由以下方程解出同步發(fā)電機(jī)的電磁功率P6以及虛擬三相逆變器的機(jī)端參考電壓Vtd和Vtq:
【權(quán)利要求】
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ub、U。和虛擬電流ib、i。，最終合成對(duì)稱的虛擬三相電壓ua、ub、u。和對(duì)稱的虛擬三相電流ia、ib、i。；其中，電壓Ua、電流込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ua、ub、u。和虛擬三相電流ia、ib、i。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ua、ub、u。和虛擬三相電流ia、ib、i。轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓dq分量Vd、Vq和電流dq分量 id、iq ； 一有功功率計(jì)算單元，根據(jù)電壓dq分量Vd、Vq和電流dq分量id、iq計(jì)算出虛擬三相逆變器輸出有功功率Ptjut,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Psrt擴(kuò)大三倍，并減去有功功率Pwt，然后進(jìn)行PI控制，得到機(jī)械功率Pml ； 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231，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fn做差，得到的頻率偏差A(yù)f=fn-f，然后乘以下垂控制系數(shù)％進(jìn)行比例計(jì)算，得到功率差值ΛΡ，再將功率差值Δ P與參考有功功率PMf進(jìn)行相加，得到機(jī)械功率Pm2，其中參考有功功率Pref根據(jù)分布式能源的狀態(tài)事先給定；在進(jìn)行頻率無差調(diào)節(jié)時(shí)，還需要將頻率偏差進(jìn)行積分，得到值加入到比例計(jì)算得到的功率差值ΛΡ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Pml作為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率Pm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Pm2作為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率Pm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Pm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Py由以下方程解出電角度Θ、電角速度ω:
【文檔編號(hào)】H02M7/5387GK103683331SQ201310730811
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】張昌華, 王剛, 羅曼, 廉靜如, 黃琦, 左琳, 陳樹恒, 劉群英 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)