一种电压型逆变器的控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电压型逆变器的控制方法和系统。这种方法和系统是转子角下垂控制技术和虚拟同步发电机技术在逆变器中的结合。通过计算逆变器内虚拟转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的角度和预设的角度参考值的差，再使用比例微分算法即可得到虚拟转子的输入机械功率；使用虚拟输入机械功率和测量得到的输出有功功率，根据转子运动方程可以确定虚拟转子的角度。所述角度最终作为调制波角度输出给SPWM逆变控制。本发明专利技术所述的方法和系统可以确保微网中负荷变化后，逆变电源自治（无需额外控制层干预）的准确跟踪负荷变化，维持微网的有功平衡和频率恒定。此外，负荷变化量还可在多逆变电源间按照电源容量近似均分。

A control method and system for Voltage Inverters

【技术实现步骤摘要】
一种电压型逆变器的控制方法和系统
本专利技术涉及逆变器的运行与控制
，尤其涉及一种可以自治维持独立运行微网的频率且近似均分负荷变化量的电压型逆变器的控制方法和系统。
技术介绍
微电网（以下简称微网）的一个重要研究内容就是独立运行时有功和频率的控制。目前已有多种可能控制方式：指定单一V/f节点的主从模式；多电源频率下垂控制；分层控制；多代理(agent)协作控制等。不过，这些控制方法或者对主节点要求过高，或者频率波动过大，或者参数配置复杂、控制效果不理想，或者需要额外的控制层来恢复频率，都有相应的缺点。不过，近年来大规模互联电网出现了一种新的有功/频率控制策略---发电机转子角控制。这种控制策略下各电源可以在不需要远方信息（及额外控制层）和调度干预的情况下及时准确跟踪负荷增减，维持系统频率恒定。因而有可能把频率控制的任务从调度分离，实现各电源高度自治和分散、就地控制。这种控制策略是和本专利技术相关的一种
技术介绍
。虚拟同步发电机（VSG）技术则是和本专利技术相关的另外一种
技术介绍
。VSG是近年来出现的一种新的分布式逆变电源控制技术，该技术通过模拟同步发电机的本体模型、转动惯量、调频特性以及无功调压等特性，使并网逆变器从运行机制和外特性上可与传统同步发电机相比拟，从而实现分布式电源的友好接入，提高电网稳定性，但VSG在有功控制和负荷跟踪方面主要还是沿用传统同步发电机及微网逆变电源的控制策略。
技术实现思路
本专利技术要解决的一个技术问题是提供一种电压型逆变器的控制方法。一种电压型逆变器的控制方法，包括：比较逆变器内虚拟转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的角度和预设的角度参考值，并使用适当的控制算法得到虚拟转子的输入机械功率（以下简称机械功率）。虚拟机械功率已知后，再进一步根据测量得到的输出有功功率和转子运动方程，决定虚拟转子下一时刻的速度和角度。最终将该角度作为调制波角度输出给SPWM逆变控制。该角度也同时反馈给虚拟机械功率计算步骤作为输入。根据本专利技术的方法的一个实施例，进一步的，比较当前虚拟转子角度和角度参考值后，通过比例微分控制计算虚拟转子的虚拟机械功率。根据本专利技术的方法的一个实施例，进一步的，通过比例微分控制计算得到机械功率变化量的标幺值后，再乘以和电源容量成正比的系数，再加上给定的功率参考值，得到虚拟转子的虚拟机械功率。本专利技术要解决的一个技术问题是提供一种电压型逆变器的控制系统。一种电压型逆变器的控制系统，包括：虚拟机械功率计算单元，该单元使用逆变器内虚拟转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的角度和预设的角度参考值，并使用适当的控制算法得到虚拟转子的虚拟机械功率；虚拟转子模拟单元，该单元使用虚拟机械功率和实测得到的输出有功功率，根据转子运动方程确定虚拟转子的速度和角度。所述角度最终作为调制波角度输出给SPWM逆变控制。该角度也同时反馈给虚拟机械功率计算单元作为输入。根据本专利技术的系统的一个实施例，进一步的，所述虚拟机械功率计算单元比较当前虚拟转子角度和角度参考值后，通过比例微分控制计算虚拟转子的虚拟机械功率。根据本专利技术的系统的一个实施例，进一步的，所述虚拟机械功率计算单元通过比例微分控制计算得到机械功率变化量的标幺值后，再乘以和电源容量成正比的系数，再加上给定的功率参考值，得到虚拟转子的虚拟机械功率。本专利技术的电压型逆变器的控制方法和系统，可以在负荷变化后，在不需要额外控制层和通信的前提下，使逆变电源自治的准确跟踪负荷变化，实现微网内的自动有功平衡和频率恒定，并可将负荷变化量近似的按照逆变器容量均分给多个逆变器。从而为微电网的自动稳定运行提供保证。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的实施例，下面将对实施例所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为根据本专利技术的电压型逆变器控制方法的一个实施例的流程图；图2为根据本专利技术的电压型逆变器控制系统的一个实施例的示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术示例性实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所述的控制方法和系统来源于大规模互联电网中的转子角控制，但是又有不同。大规模互联电网中的转子角控制技术通过测量同步发电机转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的位置（绝对转子角），再增减汽轮机出力(使发电机转子增减速度)让转子在扰动后向设定的转子角目标值复归，最终达到把发电机转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的位置固定下来的目的。这种控制策略可以使每次秒脉冲到达时，发电机转子都转到相同的位置，这样PMU测量得到的绝对转子角将保持不变，频率也将是精确的50Hz。也就是说，可以同时实现转速（频率）的无差控制和发电/负荷的自动平衡。不过，前述原理应用于逆变器时，必须借助虚拟同步发电机技术。即假设逆变器中存在一个类似于汽轮机转子的虚拟转子，该虚拟转子具有惯性时间常数Tj，同时有虚拟输入机械功率Pm(类似汽轮机的机械功率)和实际输出有功功率Pe(逆变器输出有功功率)，且虚拟转子的运动可以用式(1)转子运动方程来描述(由于假设转子速度总在额定值附近，公式中没有使用转矩而直接使用了功率)：在假设虚拟转子之后，可以采取类似大电网中转子角控制的做法，在电压型逆变器内部实施转子角下垂控制。图1所示为本专利技术的电压型逆变器控制方法的一个实施例的流程图。图1中包括：步骤101，根据逆变器内虚拟转子当前角度值和参考角度值，以及参考功率值，使用PD控制得到虚拟机械功率。步骤102，根据虚拟机械功率和测量得到的输出有功功率，通过两次积分得到虚拟转子下一时刻的角度值。该数值最终作为SPWM的调制波角度，输出给逆变控制使用。步骤101的具体实现方法为：根据虚拟转子的转子角度δ（该数值来源于输出反馈），使用PD（比例微分）控制来确定机械功率Pm。假设参考角度为δ0，参考功率为P0（这两个数值可以固定为任意潮流计算结果中对应该电源的内电势角度和功率，也可以由微网能量管理系统实时指定），逆变器的额定功率为Pn，虚拟转子角控制的比例增益为kp，微分增益为kd，s为拉普拉斯算子，则机械功率Pm可表示为：Pm=(kp(δ-δ0)+kdsδ)*Pn+P0（2）注意式(2)中，kp(δ-δ0)+kdsδ是根据虚拟转子角和角度参考值计算得到的机械功率改变量的标幺值，该数值乘以逆变器容量再加上功率参考值后，才最终得到虚拟机械功率。步骤102的具体实现方法为：在得到虚拟机械功率后，再使用功率测量器件得到输出有功功率，即可根据式（1）转子运动方程，使用功率差进行两次积分得到虚拟转子角度（式中ω0为对应额定频率的角速度）：δ=(ω0/Tj)∫∫(Pm-Pe)+δ0（3）这个数值一方面作为调制波的角度提供给SPWM逆变控制，另一方面也作为反馈参与虚拟机械功率计算。前述步骤仅给出了SPWM逆变控制的调制波角度计算方法，调制波的幅度则可维持为一个恒定值。由于调制波幅度恒定，所以该逆变器内电势大小也随之恒定，最终逆变器出口电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压型逆变器的控制方法，其特征在于，通过更改逆变器内部虚拟转子输入机械功率来影响虚拟转子速度和角度，进而影响逆变器内电势角度。

【技术特征摘要】
1.一种电压型逆变器的控制方法，其特征在于，通过更改逆变器内部虚拟转子输入机械功率来影响虚拟转子速度和角度，进而影响逆变器内电势角度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：计算虚拟转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的角度和给定角度参考值之间的差值，再通过比例微分控制来计算虚拟转子输入机械功率。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：比例微分控制输出乘以和容量成正比的系数并累加功率参考值来确定虚拟转子输入机械功率。4.一种电压型逆变器控制系统，其特征在于，包括：虚拟机械功率计算单元，用于计算得到逆变器内部虚拟转子的输入机械功率；虚拟转子模拟单元，用于根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏强，
申请(专利权)人：魏强，
类型：发明
国别省市：河南,41