基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)技術方案

本發(fā)明專利技術公開了一種基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)包括多個逆變器并聯(lián)模塊，多個逆變器彼此并聯(lián)，共同帶負荷，其中，各逆變器并聯(lián)模塊從輸入至輸出還包括直流電壓源Udc、直流側儲能電容Cdc、逆變橋、LC濾波電路、采樣電路、控制器和PWM驅動保護電路再返回逆變橋；最后將控制器輸出信號與PWM生成模塊的三角載波相比較生成驅動三相逆變器的調制信號。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明專利技術解決了現(xiàn)有方法通過串聯(lián)高阻抗電感實現(xiàn)環(huán)流抑制時所帶來的系統(tǒng)體積、成本較大且電壓波動較大的問題。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及逆變器多機并聯(lián)
，特別是一種基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)的設計。
技術介紹
目前，隨著電源系統(tǒng)應用領域的日益推廣和擴大，采用擴大單臺變換器的功率的集中式供電方式已經(jīng)不能滿足實際需求。而分布式供電方式中的逆變器多模塊并聯(lián)可降低各模塊的電流應力，提高系統(tǒng)可靠性和靈活性，成為了當今電源變換技術發(fā)展的重要方向之一。然而，逆變器多模塊并聯(lián)時由于各模塊間參數(shù)不完全一樣，會導致各并聯(lián)模塊間的環(huán)流問題。環(huán)流會對系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，如使波形發(fā)生畸變，增加系統(tǒng)損耗，降低系統(tǒng)效率等，因此并聯(lián)系統(tǒng)控制的關鍵是對環(huán)流進行抑制。對于并聯(lián)逆變器系統(tǒng)而言，各并聯(lián)模塊輸出電壓的矢量差是導致并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流產(chǎn)生的主要原因。采用傳統(tǒng)的功率下垂并聯(lián)控制方式時，因常忽略線路阻抗影響或假定并聯(lián)逆變器間阻抗呈純感性且相等，使得功率無法達到精確均分，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。目前抑制環(huán)流的一種行之有效的解決方法就是通過下垂控制在并聯(lián)逆變器各相之間增加一個高阻抗電感。這種方法固然可以抑制環(huán)流，但同時也增加了系統(tǒng)體積、損耗及壓降，尤其對大功率逆變器來說是無法接受的。因此，通過采用虛擬同步發(fā)電機控制策略來增加等效輸出阻抗的方法被提出，本專利技術就是通過采用該控制策略并增加虛擬阻抗來實現(xiàn)抑制環(huán)流的目的。同步發(fā)電機具有輸出阻抗大(呈阻感性)、慣性大、自同步等諸多優(yōu)點，通過一定的控制算法使逆變器具有同步發(fā)電機的基本特性，可以更好地滿足微電網(wǎng)運行要求。同時，通過模擬同步發(fā)電機的高輸出阻抗特性在逆變器多機并聯(lián)時可有效抑制并聯(lián)系統(tǒng)間的環(huán)流大小。且電壓型虛擬同步發(fā)電機控制因其控制對象是逆變器輸出電壓，能很好地實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定控制，可進一步降低并聯(lián)系統(tǒng)間的環(huán)流。
技術實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有解決方案的不足，本專利技術提出一種基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)。本專利技術的一種基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括多個逆變器并聯(lián)模塊，多個逆變器彼此并聯(lián)，共同帶負荷，其中，各逆變器并聯(lián)模塊從輸入至輸出還包括直流電壓源Udc、直流側儲能電容Cdc、逆變橋、LC濾波電路、采樣電路、控制器和PWM驅動保護電路再返回逆變橋；最后將控制器輸出信號與PWM生成模塊的三角載波相比較生成驅動三相逆變器的調制信號；所述采樣電路包括濾波電感電流采樣、濾波電容電壓采樣、輸出電流采樣；所述控制器包括含四部分控制器：虛擬同步發(fā)電機控制算法模塊、虛擬阻抗環(huán)、電壓控制器和電流控制器；其中，所述虛擬同步發(fā)電機算法模塊，根據(jù)給定的輸入虛擬同步發(fā)電機模型的機械功率和勵磁電動勢來模擬同步發(fā)電機的電氣特性和機械特性，實現(xiàn)調節(jié)輸出頻率、提供機械功率和調節(jié)勵磁電壓的作用；所述虛擬阻抗環(huán)，通過增加虛擬的阻抗修正虛擬同步發(fā)電機模塊輸出的電壓；所述電壓控制器和電流控制器構成電壓電流雙環(huán)控制，所述電壓控制器根據(jù)虛擬阻抗環(huán)輸出的參考電壓信號來調節(jié)輸出電壓；所述電流控制器根據(jù)前級電壓控制器模塊輸出的參考電流信號來調節(jié)輸出電流。與現(xiàn)有技術相比，本專利技術解決了現(xiàn)有方法通過串聯(lián)高阻抗電感實現(xiàn)環(huán)流抑制時所帶來的系統(tǒng)體積、成本較大且電壓波動較大的問題。附圖說明圖1為本專利技術的基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器多模塊并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)結構圖；圖2為本專利技術的基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的采用虛擬阻抗環(huán)的級聯(lián)電壓電流環(huán)(VSG)控制框圖；圖3為本專利技術實施例的基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)的兩逆變器并聯(lián)仿真波形圖；兩臺逆變器的額定容量均為10KVA，開關頻率為10KHz，電網(wǎng)額定頻率為50Hz，負荷所需有功功率為5Kw，所需無功功率為500Var。t＝0時刻，逆變器1#單獨帶負荷運行；t＝0.3s時刻，逆變器2#接入系統(tǒng)，與逆變器1#并聯(lián)共同為負載供電。(a)為逆變器1#輸出電壓和電流波形圖，(b)為逆變器1#輸出電壓的頻率波形圖，(c)為兩并聯(lián)逆變器共同帶負荷時的環(huán)流波形圖。具體實施方式下面結合附圖與實施例對本專利技術作進一步的解釋說明。如圖1所示，本專利技術的基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)，具體包括多個逆變器并聯(lián)模塊，所述逆變器并聯(lián)模塊包括直流電壓源、直流側儲能電容、逆變橋、LC濾波電路、采樣電路、控制和驅動保護電路。其中直流電壓源可采用直接電壓源形式，也可以是經(jīng)過多種新能源形式得到的直流電壓，如光伏電池經(jīng)單級DC/DC升壓電路或風機經(jīng)兩級變換電路(AC/DC/DC)得到。逆變器開關器件的死區(qū)會引起輸出電壓波形嚴重失真，同時由于死區(qū)效應會隨開關頻率的提高而增強，因此僅靠提高開關頻率并不能明顯改善輸出波形，但通過電壓瞬時值的反饋控制可得到良好的校正波形。將因死區(qū)等因素引起的逆變器輸出電壓的偏差作為一種擾動，該擾動既含有基波分量，也含有諧波分量。前者影響輸出電壓的穩(wěn)壓精度，后者則引起了輸出電壓波形的失真。因此，只要抑制該偏差電壓的影響，也就抑制了諧波失真，同時也改善了穩(wěn)壓精度。采用電壓瞬時值反饋控制能夠抑制該電壓偏差產(chǎn)生的諧波失真，使逆變器的元器件參數(shù)盡量保持一致，故而能夠抑制環(huán)流。同時在電壓環(huán)的基礎上再增加電流環(huán)，因電流內(nèi)環(huán)還具有自動限流的功能，可有效抑制電流的干擾，同時又使得電壓外環(huán)的設計得到簡化。本專利技術的基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)模型中一共包含四部分控制器：虛擬同步發(fā)電機控制算法、虛擬阻抗環(huán)、電壓控制器和電流控制器。其中，虛擬同步發(fā)電機算法模塊的作用是根據(jù)給定的輸入虛擬同步發(fā)電機模型的機械功率和勵磁電動勢來模擬同步發(fā)電機的電氣特性和機械特性；虛擬阻抗環(huán)的作用是通過增加虛擬的阻抗修正虛擬同步發(fā)電機模塊輸出的電壓；引入了電壓電流雙環(huán)控制，其中電壓控制器的作用是根據(jù)虛擬阻抗環(huán)輸出的參考電壓信號來調節(jié)輸出電壓；電流控制器的作用則是根據(jù)前級電壓控制器模塊輸出的參考電流信號來調節(jié)輸出電流；最后將該模塊輸出的信號與PWM生成模塊的三角載波相比較生成驅動三相逆變器電力電子器件的調制信號。圖2為本專利技術的基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的采用虛擬阻抗環(huán)的級聯(lián)電壓電流環(huán)控制框圖，級聯(lián)的含義是：外環(huán)是電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)；該圖中，由虛擬同步發(fā)電機模塊輸出的電壓U首先減去流經(jīng)虛擬阻抗Zv上的輸出電流io產(chǎn)生的電壓壓降得到新的電壓值Uref，該值作為外環(huán)電壓環(huán)的輸入?yún)⒖贾蹬c濾波電容電壓Uo作差比較后經(jīng)過比例積分(PI)調節(jié)器后得到內(nèi)環(huán)電流環(huán)的電流參考值iref，該參考值再與輸出電流io作差比較后經(jīng)過比例積分(PI)調節(jié)器和逆變橋等效增益環(huán)節(jié)kpwm后得到逆變橋輸出電壓，該值再與輸出電壓Uo作差比較后經(jīng)過濾波電感環(huán)節(jié)得到濾波電感電流iL，該電流值與輸出電流io作差比較后得到濾波電容電流iC，接著由該電容電流經(jīng)過濾波電容環(huán)節(jié)后得到輸出濾波電容電壓Uo。基于二階機電暫態(tài)模型的虛擬同步發(fā)電機(VSG)控制算法通過模擬實際同步發(fā)電機控制系統(tǒng)中的原動機和調速器以及勵磁調節(jié)器的功能，實現(xiàn)調節(jié)輸出頻率、提供機械功率和調節(jié)勵磁電壓的作用。圖3為本專利技術實施例的基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)的兩逆變器并聯(lián)仿真波形圖；兩臺逆變器的額定容量均為10KVA，開關頻率為10KHz，電網(wǎng)額定頻率為50Hz，負荷所需有功功率為5Kw，所需無功功率為500Var。t本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括多個逆變器并聯(lián)模塊，多個逆變器彼此并聯(lián)，共同帶負荷，其中，各逆變器并聯(lián)模塊從輸入至輸出還包括直流電壓源Udc、直流側儲能電容Cdc、逆變橋、LC濾波電路、采樣電路、控制器和PWM驅動保護電路再返回逆變橋；最后將控制器輸出信號與PWM生成模塊的三角載波相比較生成驅動三相逆變器的調制信號；所述采樣電路包括濾波電感電流采樣、濾波電容電壓采樣、輸出電流采樣；所述控制器包括含四部分控制器：虛擬同步發(fā)電機控制算法模塊、虛擬阻抗環(huán)、電壓控制器和電流控制器；其中，所述虛擬同步發(fā)電機算法模塊，根據(jù)給定的輸入虛擬同步發(fā)電機模型的機械功率和勵磁電動勢來模擬同步發(fā)電機的電氣特性和機械特性，實現(xiàn)調節(jié)輸出頻率、提供機械功率和調節(jié)勵磁電壓的作用；所述虛擬阻抗環(huán)，通過增加虛擬的阻抗修正虛擬同步發(fā)電機模塊輸出的電壓；所述電壓控制器和電流控制器構成電壓電流雙環(huán)控制，所述電壓控制器根據(jù)虛擬阻抗環(huán)輸出的參考電壓信號來調節(jié)輸出電壓；所述電流控制器根據(jù)前級電壓控制器模塊輸出的參考電流信號來調節(jié)輸出電流。

【技術特征摘要】
1.一種基于虛擬同步發(fā)電機控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括多個逆變器并聯(lián)模塊，多個逆變器彼此并聯(lián)，共同帶負荷，其中，各逆變器并聯(lián)模塊從輸入至輸出還包括直流電壓源Udc、直流側儲能電容Cdc、逆變橋、LC濾波電路、采樣電路、控制器和PWM驅動保護電路再返回逆變橋；最后將控制器輸出信號與PWM生成模塊的三角載波相比較生成驅動三相逆變器的調制信號；所述采樣電路包括濾波電感電流采樣、濾波電容電壓采樣、輸出電流采樣；所述控制器包括含四部分控制器：虛擬同步發(fā)電...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王議鋒，王成山，韓富強，楊良，鐘旭，韋徵，王彤，宋飛，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發(fā)明
國別省市：天津;12