[发明专利]基于电网电压锁相及虚拟同步机的逆变器控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于电网电压锁相及虚拟同步机的逆变器控制装置及方法，在逆变器工作初始阶段，逆变器采用基于电网电压锁相的常规逆变器控制方案完成并网工作；在逆变器并网工作稳定后，逆变器采用虚拟同步机控制方案。通过基于电网电压锁相的常规并网控制方案实现逆变器并网后，再将虚拟同步机控制策略与传统常规并网控制方案进行整体切换，实现并网逆变器的虚拟同步机化，省却了虚拟同步机控制方案下的逆变器由离网到并网过程中的预同步控制环节以及相应的机端电压检测点，为应用于分布式发电与微电网领域的逆变器控制方案提供重要的技术基础。且在两种控制模式切换过程中，逆变器系统始终保持稳定安全可靠运行。

技术领域

本发明涉及一种基于电网电压锁相及虚拟同步机控制策略的逆变器控制装置，还涉及一种基于电网电压锁相及虚拟同步机控制策略的逆变器控制方法，属于三相逆变器控制技术领域。

背景技术

随着全球范围内的能源危机和环境问题的日益突出，分布式发电技术与微电网技术得到越来越多的关注，作为分布式资源与配电网(微电网)的纽带，并网逆变器的功能被深入挖掘并肯定了其有益的作用。但仍无法忽视常规控制策略本身给配电网和微电网安全稳定运行带来的挑战。尤其是常规并网逆变器响应速度快、难以参与电网调节，无法为含分布式电源的主动配电网提供必要的电压和频率支撑，更无法为稳定性相对较差的微电网提供必要的阻尼作用，缺乏一种与配电网及微电网有效的“同步”的机制。

在这种背景下，一种基于虚拟同步机控制策略的并网逆变器控制方案应运而生。在这种控制方案下，常规并网逆变器可呈现与同步发电机相类似的输出外特性，即：自主参与电网调频/调压、提供虚拟惯量、增强电网系统阻尼、更好的实现分布式电源的对等并联。

然而，发明人经研究发现基于虚拟同步机控制策略下的逆变器(虚拟同步机)实现离网到并网工作模式切换时，通常需要同时检测逆变器机端输出电压和电网电压，并通过一个类似于传统同步发电机并网前的预同步(并网同期)环节实现并网，整个并网过程比较复杂。而传统基于电网电压锁相的并网逆变器控制方案仅检测电网电压即可实现逆变器并网，因此，研究一种基于电网电压锁相及虚拟同步机控制方案的逆变器并网实现方法，由基于电网电压锁相的传统并网逆变器控制方案与虚拟同步机控制方案的控制模式切换，省却了虚拟同步机控制方案下的逆变器由离网到并网过程中的预同步控制(并网同期)环节以及相应的机端电压检测点，为应用于分布式发电与微电网领域的逆变器控制方案提供重要的技术基础，对于促进分布式发电与微电网应用推广，具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于电网电压锁相及虚拟同步机的逆变器控制装置及方法，实现了并网逆变器由常规控制方案向虚拟同步机控制方案的切换，且在两种控制模式切换过程中，逆变器系统始终保持稳定安全可靠运行。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于电网电压锁相及虚拟同步机的逆变器控制装置，其特征是，包括电流测量模块、电压测量模块、PLL锁相模块、实际功率计算模块、常规并网逆变器控制及调制波生成模块、虚拟同步机控制及调制波生成模块、电气主电路虚拟模块、虚拟功率计算模块和调制模块；

电流测量模块，用于采集逆变器输出三相电感电流i_Labc并输出至实际功率计算模块；

电压测量模块，用于采集电网侧三相电压v_gabc分别输出至PLL锁相模块、实际功率计算模块、电气主电路虚拟模块和虚拟功率计算模块；

PLL锁相模块，用于根据电网侧三相电压v_gabc计算出电网电压幅值V_gm及电网电压相位θ_g；

实际功率计算模块，用于根据逆变器输出电流i_Labc和电网电压v_gabc计算得到逆变器实际输出有功功率P_e和无功功率Q_e；