[发明专利]一种单相逆变器控制方法

摘要

本发明提供了一种单相逆变器控制方法，属于电力电子技术领域。包含单相锁相环、幅值计算模块、无功功率‑幅值控制模块、有功功率‑频率控制模块、相位调节模块以及电磁转矩、无功功率和电动势的计算模块。其中有功功率‑频率控制模块、无功功率‑幅值控制模块以及电磁转矩、无功功率和电动势计算模块的数学模型参考同步发电机的机械、电气模型构建，以增强逆变器的惯性和阻尼，并使逆变器能够具有与同步发电机相同或相似的输出特性。该方法不需要对电压、电流进行由单相至三相或两相的拟合，直接利用实际单相电压、电流进行计算；计算过程中不涉及坐标系的转化；相较于现有技术，该方法具有较快的动态响应速度，且具有良好的整体稳定性。

主权项

1.一种单相逆变器控制方法，包括单相锁相环、幅值计算模块、无功功率‑幅值控制模块、有功功率‑频率控制模块，通过赋予所述模块功能参数来实现对单相逆变器的控制，具体步骤如下：步骤一、首先通过单相锁相环确定网侧电压v_g的相位ω_gt，再通过幅值计算模块来计算网侧电压v_g的幅值V_g；其中，该计算需要借助低通滤波器完成；其计算公式为：V_g＝2*LPF[v_g*sin(ω_gt)]，式中，LPF代表低通滤波器，由其对括号内的输入数据进行处理，输出结果只保留小于截止频率的部分；步骤二、设置无功功率‑幅值控制模块，该模块包含幅值跟踪部分和无功参与调节部分，其涉及参数包含电压下垂参数D_q和参数K，电压下垂参数D_q设置在幅值跟踪部分，它影响幅值的跟踪速度以及在网侧电压幅值发生波动时的逆变器的动态特性和无功功率变化程度，同时使逆变器具有幅值下垂特性，参数K是转动惯量的等效参数J的对偶量，它影响无功功率‑幅值模块的整体响应性能；步骤三、设置有功功率‑频率控制模块，该模块包含频率跟踪部分和有功参与调节部分，其涉及频率下垂参数D_p和转动惯量的等效参数J，参考电力系统中的摇摆方程构建，并在频率跟踪部分设置一个包含PI控制器的反馈回路以提高频率跟踪精度，频率下垂参数D_p设置在频率跟踪部分，相当于同步发电机模型中的摩擦系数，既能实现频率下垂，也具有一定的阻尼功能；同时频率下垂参数D_p也是一个重要的动态参数，它影响逆变器输出电压频率的跟踪速度以及在网侧电压频率发生波动时的逆变器输出的动态特性和有功功率变化程度，而转动惯量的等效参数J影响有功功率‑频率控制模块输出量角频率ω的动态性能，继而影响有功功率‑频率控制模块整体响应性能；步骤四、设置相位调节模块，该模块利用一个积分器和一个PI控制器构建相位调节的闭环回路，在频率稳定跟踪后，通过相位调节模块调整逆变器的输出相位ωt，使之能够与网侧电压的相位ω_gt一致；相位调节模块中积分器的输入为有功功率‑频率控制模块所得的角频率ω和PI控制器的输出之和，输出为相位ωt；PI控制器的输入为网侧电压的相位ωgt与计算所得相位ωt之差步骤五、参考同步发电机的机械和电气模型构建电磁转矩T_e、无功功率Q和电动势e的计算方法，单相同步电机中T_e、Q和e的计算原理如下所示：T_e＝M_fi_f*LPF[i_s*sin(ωt)]Q＝‑M_fi_f*ω*LPF[i_s*cos(ωt)]e＝M_fi_f*ω*sin(ωt)式中，LPF代表低通滤波器，表示对括号内的输入数据进行处理，其处理结果只保留小于截止频率的部分；M_fi_f代表虚拟的励磁绕组与定子线圈之间最大互感M_f和转子励磁电流i_f的乘积，是无功功率‑幅值控制模块的输出量；ω代表角频率，是有功功率‑频率控制模块的输出量；ωt代表相位，是相位调节模块的输出量；i_s为采集到的变换器输出电流；T_e、Q和e为计算结果；其中，T_e和Q分别参与有功功率‑频率控制模块和无功功率‑幅值控制模块的控制，而e则通过归一化处理后成为调制波，配合调制策略生成逆变器内各个功率器件的驱动信号。