一種基于虛擬輸出阻抗的三相逆變器控制裝置及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種三相逆變器控制裝置及其方法，具體涉及一種基于虛擬輸出阻抗 的三相逆變器控制裝置及其方法。
【背景技術】
[0002] 隨著全球范圍內的能源危機和環境問題的日益突出，分布式發電技術與微電網技 術得到越來越多的關注，作為分布式資源與配電網（微電網）的紐帶，并網逆變器的功能被 深入挖掘并肯定了其有益的作用，但仍無法忽視常規控制策略本身給配電網和微電網安全 穩定運行帶來的挑戰。尤其是常規并網逆變器響應速度快、難以參與電網調節，無法為含分 布式電源的主動配電網提供必要的電壓和頻率支撐，更無法為穩定性相對較差的微電網提 供必要的阻尼作用，缺乏一種與配電網及微電網有效的"同步"的機制。
【發明內容】
[0003] 為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于虛擬輸出阻抗的三相逆 變器控制裝置及其方法，實現單臺及多臺逆變器并聯系統運行在并網模式、離網模式，以及 可實現離網、并網兩種模式的無縫切換功能，確保逆變器系統安全可靠運行。
[0004] 為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：
[0005] -種基于虛擬輸出阻抗的三相逆變器控制裝置，其特征是，包括三相逆變器主電 路、均設置在三相逆變器主電路上的用于并網的開關、電網模塊、電流測量模塊；還包括輸 出虛擬有功功率計算模塊、輸出虛擬無功功率計算模塊、調制信號計算模塊、調制模塊、頻 率-有功功率下垂控制調節模塊、電壓-無功功率下垂控制調節模塊、功率轉換計算模塊、 逆變器輸出電壓相位與電網相位同步調節模塊、輸出虛擬電壓相位計算模塊、輸出虛擬電 壓幅值計算模塊和虛擬電壓合成模塊；
[0006] 所述電流測量模塊和虛擬電壓合成模塊的輸出端均連接輸出虛擬有功功率計算 模塊、輸出虛擬無功功率計算模塊和調制信號計算模塊；
[0007] 所述調制信號計算模塊的輸出端連接有調制模塊；
[0008] 所述輸出虛擬有功功率計算模塊和頻率-有功功率下垂控制調節模塊的輸出端 連接功率轉換計算模塊的一個輸入端；
[0009] 所述輸出虛擬無功功率計算模塊和電壓-無功功率下垂控制調節模塊的輸出端 連接功率轉換計算模塊的另一個輸入端；
[0010] 所述功率轉換計算模塊的一個輸出端和逆變器輸出電壓相位與電網相位同步調 節模塊的輸出端連接輸出虛擬電壓相位計算模塊；
[0011] 所述功率轉換計算模塊的另一個輸出端連接輸出虛擬電壓幅值計算模塊；
[0012] 所述輸出虛擬電壓相位計算模塊和輸出虛擬電壓幅值計算模塊的輸出端連接虛 擬電壓合成模塊；
[0013] 所述調制信號計算模塊用于產生逆變器調制信號的；
[0014] 所述調制模塊用于產生驅動功率開關控制信號，調制模塊的輸出端與三相逆變器 主電路相連接。
[0015] -種基于前述基于虛擬輸出阻抗的三相逆變器控制裝置的控制方法，其特征是， 包括如下步驟：
[0016] 1)將通過采樣獲得的三相逆變器輸出濾波電感電流iub。和虛擬電壓合成模塊產 生的逆變器虛擬輸出電壓Vrab。送入輸出虛擬有功功率計算模塊和輸出虛擬無功功率計算 模塊，計算獲得相應的逆變器虛擬輸出有功功率P。和無功功率q。；
[0017] 2)通過頻率-有功功率下垂控制調節模塊和電壓-無功功率下垂控制調節模塊 分別獲得逆變器有功功率指令值Praf和無功功率指令值Q TOf，將逆變器虛擬輸出有功功率P。 和無功功率q。分別與對應的有功功率指令值P 和無功功率指令值Q 進行比較，并將比 較后的值送入功率轉換計算模塊；
[0018] 3)將逆變器輸出電壓相位與電網相位同步調節模塊輸出信號ΔΡ與功率轉換計 算模塊的有功功率輸出信號P'相加送入輸出虛擬電壓相位計算模塊，計算獲得逆變器虛 擬輸出電壓的相位Θ，將功率轉換計算模塊的無功功率輸出信號Q'送入輸出虛擬電壓幅 值計算模塊，獲得逆變器虛擬輸出電壓的幅值V ;
[0019] 4)將虛擬輸出電壓的相位Θ和幅值V送入虛擬電壓合成模塊生成逆變器虛擬輸 出電壓。，將逆變器電感電流與逆變器虛擬輸出電壓送入調制信號計算模塊，獲 得逆變器調制信號Vni;
[0020] 5)將調制信號Vni與載波信號V。一同送入調制模塊，調制模塊產生控制逆變器功 率開關的控制信號D。
[0021] 本發明所達到的有益效果：本發明實現單臺及多臺逆變器并聯系統運行在并網模 式、離網模式，以及可實現離網、并網兩種模式的無縫切換功能，確保逆變器系統安全可靠 運行。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明的整體結構控制框圖；
[0023] 圖2是本發明對于單臺逆變器運行在并網模式、離網模式、離網到并網模式切換 三種工況下的仿真結果示意圖；
[0024] 圖3是本發明對于兩臺逆變器并聯系統運行在并網模式、離網模式、離網到并網 模式切換三種工況下的仿真結果示意圖。
[0025] 圖中附圖標記的含義：
[0026] 1-三相逆變器主電路，2-用于并網的開關S及電網模塊，3-輸出虛擬有功功率計 算模塊，輸出虛擬無功功率計算模塊，5-頻率-有功功率下垂控制調節模塊，6-電壓-無 功功率下垂控制調節模塊，7-功率轉換計算模塊，8-逆變器輸出電壓相位與電網相位同步 調節模塊，9-輸出虛擬電壓相位計算模塊，10-輸出虛擬電壓幅值計算模塊，11-虛擬電壓 合成模塊，12-調制信號計算模塊，13-調制模塊。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明 的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0028] 本裝置的連接關系如圖1所示。
[0029] 使用時，包括如下步驟：
[0030] 1)將通過采樣獲得的三相逆變器輸出濾波電感電流和虛擬電壓合成模塊11 產生的逆變器虛擬輸出電壓Vrab。送入輸出虛擬有功功率計算模塊3和輸出虛擬無功功率計 算模塊4,計算獲得相應的逆變器虛擬輸出有功功率p。和無功功率q。。
[0031] 輸出虛擬有功功率計算模塊3計算公式為p。= V · iu+vrb · iLb+vrc · iL(： (I)，式 中vM、vA、\。分別表示逆變器三相虛擬輸出電壓；iu、kb、L分別表示逆變器三相輸出濾 波電感電流。
[0032] 輸出虛擬無功功率計算模塊4計算公式為q。= · (_j) Uvrij · (_j) ·(- j) *iLc (2)，式中分別表示逆變器三相虛擬輸出電壓；i 分別表示逆變 器三相輸出濾波電感電流。
[0033] 2)通過頻率-有功功率下垂控制調節模塊5和電壓-無功功率下垂控制調節模塊 6分別獲得逆變器有功功率指令值Praf和無功功率指令值Q raf，將逆變器虛擬輸出有功功率 P。和無功功率q。分別與對應的有功功率指令值P 和無功功率指令值Q 進行比較，并將 比較后的值送入功率轉換計算模塊7。
[0034] 頻率-有功功率下垂控制調節模塊5計算公式為Praf= (f Lf) *kf (3)，式中， f"為逆變器頻率-有功下垂曲線中所對應的最大頻率，f為逆變器輸出實際頻率，kf為頻 率-有功下垂系數。
[0035] 電壓-無功功率下垂控制調節模塊6計算公式為Qraf= (V^V) *kv (4)，式中^為 逆變器電壓-無功下垂曲線中所對應