[发明专利]一种具有同步发电机特性的逆变控制器

摘要

本发明提供了一种具有同步发电机特性的逆变控制器，包括转子运动方程单元、dq变换单元、dq反变换单元，在此基础上，增加了虚拟调速器、虚拟励磁单元以及双PI内环控制单元。这样可以产生具有同步发电机特性的PWM调制信号Uca、Ucb、Ucc，提供给PWM信号发生器产生逆变器的开关控制信号，后者经驱动电路后控制逆变桥电路开关，使得电网中的逆变器动态特性具有类似的同步发电机特性。和同步发电机类似，这种控制器下的逆变器可以有Vf、PQ、PV等多种运行方式。

主权项

1.一种具有同步发电机特性的逆变控制器，包括：一转子运动方程单元，根据虚拟转子的驱动转矩T_m、电磁转矩T_e，依据转子运动方程计算出虚拟转子的转速ω_r及其位置角θ；一dq变换单元，逆变器机端实测机端电压U_a、U_b、U_c以及机端电流I_a、I_b、I_c，经过低通滤波之后，输入dq变换单元进行dq变换，dq变换所需的转子位置角θ由转子运动方程单元提供，这样，机端电压U_a、U_b、U_c以及机端电流I_a、I_b、I_c分别转换为转子旋转坐标系下的电压dq分量V_d、V_q和电流dq分量I_d、I_q；其特征在于，还包括：一虚拟调速器，根据驱动功率P_ref、电网额定频率f_n以及虚拟转子的转速ω_r计算出转子运动方程单元计算所需的虚拟转子的驱动转矩T_m：将虚拟转子的转速ω_r除以2π，得到虚拟转子的频率f_r，然后电网额定频率f_n减去虚拟转子的频率f_r，得到的差值f_n-f_r乘以下垂系数D_p，得到的乘积(f_n-f_r)D_p与驱动功率P_ref相加，得到的和进行限幅后即得到虚拟转子的驱动转矩T_m；一虚拟励磁单元，根据给定电压V_ref以及电压dq分量V_d、V_q计算出虚拟发电机励磁电压E_ref：首先对电压dq分量V_d、V_q先求平方和然后开方得到机端电压幅值，然后将机端电压幅值与虚拟发电机励磁电压E_f经过负反馈环节反馈值进行相加，得到电压V_f，再后，给定电压V_ref减去电压V_f，得到的差值进行超前-滞后补偿、电压控制及限幅控制后，输入虚拟励磁机中，得到虚拟发电机励磁电压E_f；其中，负反馈环节为：Kf·sTf·s+1;]]>虚拟励磁机为：1Te1·s+Ke;]]>一同步发电机电磁暂态单元，根据虚拟励磁单元计算出的虚拟发电机励磁电压E_f、转子运动方程单元计算出的虚拟转子的转速ω_r以及dq变换单元输出的电流dq分量I_d、I_q，计算出符合同步发电机方程的机端电压给定值V_rd和V_rq以及dq轴的逆变器基本控制电压E′_d、E′_q：Tq0′E·d′--[Ed′+(xq-xq′)iq]---(8)]]>Td0′E·q′=Ef-Eq′+(xd-xd′)id---(9)]]>P_e=[E′_q+(x′_d-x′_q)i_d]i_q+E′_di_d  （10）T_e=P_e/ω_r  （11）V_rq=ω_r(E′_q+x′_di_d)+i_qR_s  （12）V_rd=ω_r(E′_d-x′_qi_q)+i_dR_s  （13）根据公式（8）、（9）计算出模拟的同步发电机dq轴暂态电动势E′_d、E′_q作为逆变器基本控制电压，公式（10）、（11）计算出电磁转矩T_e提供给转子运动方程单元，公式（10）、（11）计算出符合同步发电机方程的机端电压给定值V_rd和V_rq；其中，为E′_q、E′_d的导数。x_d和x_q分别为模拟的同步发电机dq轴同步电抗，T′_d0、T′_q0分别为模拟的同步发电机dq轴开路暂态时间常数，x′_d和x′_q分别为模拟的同步发电机dq轴暂态电抗，R_s为模拟的同步发电机的定子电阻；一双PI内环控制单元，首先将机端电压给定值V_rd和V_rq分别与电压dq分量V_d、V_q进行差值运算，得到的差值V_rd-V_d、V_rq-V_q分别进行PI控制后，输出补充分量E_dc′、E_qc′，补充分量E_dc′、E_qc′分别与同步发电机dq轴暂态电动势E′_d、E′_q相加，得到控制电压E_d、E_q；一dq反变换单元，将控制电压E_d、E_q以及补充一个值为0的分量分别作为dq0轴分量，依据转子运动方程单元计算出的位置角θ进行dq反变换，得到PWM调制信号U_ca、U_cb、U_cc送入PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）信号发生器。