本發(fā)明涉及一種基于電網(wǎng)電壓鎖相及虛擬同步機(jī)控制策略的逆變器控制裝置，還涉及一種基于電網(wǎng)電壓鎖相及虛擬同步機(jī)控制策略的逆變器控制方法，屬于三相逆變器控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，分布式發(fā)電技術(shù)與微電網(wǎng)技術(shù)得到越來(lái)越多的關(guān)注，作為分布式資源與配電網(wǎng)(微電網(wǎng))的紐帶，并網(wǎng)逆變器的功能被深入挖掘并肯定了其有益的作用。但仍無(wú)法忽視常規(guī)控制策略本身給配電網(wǎng)和微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)的挑戰(zhàn)。尤其是常規(guī)并網(wǎng)逆變器響應(yīng)速度快、難以參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，無(wú)法為含分布式電源的主動(dòng)配電網(wǎng)提供必要的電壓和頻率支撐，更無(wú)法為穩(wěn)定性相對(duì)較差的微電網(wǎng)提供必要的阻尼作用，缺乏一種與配電網(wǎng)及微電網(wǎng)有效的“同步”的機(jī)制。

在這種背景下，一種基于虛擬同步機(jī)控制策略的并網(wǎng)逆變器控制方案應(yīng)運(yùn)而生。在這種控制方案下，常規(guī)并網(wǎng)逆變器可呈現(xiàn)與同步發(fā)電機(jī)相類似的輸出外特性，即：自主參與電網(wǎng)調(diào)頻/調(diào)壓、提供虛擬慣量、增強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)阻尼、更好的實(shí)現(xiàn)分布式電源的對(duì)等并聯(lián)。

然而，發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)基于虛擬同步機(jī)控制策略下的逆變器(虛擬同步機(jī))實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)到并網(wǎng)工作模式切換時(shí)，通常需要同時(shí)檢測(cè)逆變器機(jī)端輸出電壓和電網(wǎng)電壓，并通過(guò)一個(gè)類似于傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前的預(yù)同步(并網(wǎng)同期)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，整個(gè)并網(wǎng)過(guò)程比較復(fù)雜。而傳統(tǒng)基于電網(wǎng)電壓鎖相的并網(wǎng)逆變器控制方案僅檢測(cè)電網(wǎng)電壓即可實(shí)現(xiàn)逆變器并網(wǎng)，因此，研究一種基于電網(wǎng)電壓鎖相及虛擬同步機(jī)控制方案的逆變器并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方法，由基于電網(wǎng)電壓鎖相的傳統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制方案與虛擬同步機(jī)控制方案的控制模式切換，省卻了虛擬同步機(jī)控制方案下的逆變器由離網(wǎng)到并網(wǎng)過(guò)程中的預(yù)同步控制(并網(wǎng)同期)環(huán)節(jié)以及相應(yīng)的機(jī)端電壓檢測(cè)點(diǎn)，為應(yīng)用于分布式發(fā)電與微電網(wǎng)領(lǐng)域的逆變器控制方案提供重要的技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)于促進(jìn)分布式發(fā)電與微電網(wǎng)應(yīng)用推廣，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種基于電網(wǎng)電壓鎖相及虛擬同步機(jī)的逆變器控制裝置及方法，實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)逆變器由常規(guī)控制方案向虛擬同步機(jī)控制方案的切換，且在兩種控制模式切換過(guò)程中，逆變器系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定安全可靠運(yùn)行。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于電網(wǎng)電壓鎖相及虛擬同步機(jī)的逆變器控制裝置，其特征是，包括電流測(cè)量模塊、電壓測(cè)量模塊、PLL鎖相模塊、實(shí)際功率計(jì)算模塊、常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊、虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊、電氣主電路虛擬模塊、虛擬功率計(jì)算模塊和調(diào)制模塊；

電流測(cè)量模塊，用于采集逆變器輸出三相電感電流i_Labc并輸出至實(shí)際功率計(jì)算模塊；

電壓測(cè)量模塊，用于采集電網(wǎng)側(cè)三相電壓v_gabc分別輸出至PLL鎖相模塊、實(shí)際功率計(jì)算模塊、電氣主電路虛擬模塊和虛擬功率計(jì)算模塊；

PLL鎖相模塊，用于根據(jù)電網(wǎng)側(cè)三相電壓v_gabc計(jì)算出電網(wǎng)電壓幅值V_gm及電網(wǎng)電壓相位θ_g；

實(shí)際功率計(jì)算模塊，用于根據(jù)逆變器輸出電流i_Labc和電網(wǎng)電壓v_gabc計(jì)算得到逆變器實(shí)際輸出有功功率P_e和無(wú)功功率Q_e；

常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊，用于根據(jù)逆變器實(shí)際輸出有功功率率P_e和無(wú)功功率Q_e，有功功率給定值P_ref和無(wú)功功率給定值Q_ref以及電網(wǎng)電壓相位θ_g獲得常規(guī)并網(wǎng)控制方案下的并網(wǎng)逆變器調(diào)制波V_mabc；

電氣主電路虛擬模塊，用于根據(jù)調(diào)制波信號(hào)V_Vmabc與電網(wǎng)電壓信號(hào)v_gabc計(jì)算獲得逆變器虛擬輸出電流i_VLabc；

虛擬功率計(jì)算模塊，用于根據(jù)虛擬輸出電流i_VLabc與電網(wǎng)電壓信號(hào)v_gabc計(jì)算獲得逆變器虛擬輸出有功功率P_Ve和無(wú)功功率Q_Ve；

虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊，用于根據(jù)電網(wǎng)電壓幅值V_gm、有功功率給定值P_ref和無(wú)功功率給定值Q_ref、虛擬有功功率P_Ve和實(shí)際輸出有功功率P_e經(jīng)過(guò)選通開關(guān)S后選通的信號(hào)、虛擬無(wú)功功率Q_Ve和實(shí)際輸出無(wú)功功率Q_e經(jīng)過(guò)選通開關(guān)S后選通的信號(hào)，計(jì)算獲得虛擬同步機(jī)控制方案下的并網(wǎng)逆變器調(diào)制波V_Vmabc；

調(diào)制模塊，用于將調(diào)制波V_mabc與調(diào)制波V_Vmabc經(jīng)過(guò)選通開關(guān)S后選通的調(diào)制波對(duì)載波信號(hào)V_r進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生控制逆變器功率開關(guān)的控制信號(hào)D。

進(jìn)一步的，常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊采用基于DQ坐標(biāo)解耦控制。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種基于電網(wǎng)電壓鎖相及虛擬同步機(jī)的逆變器控制方法，其特征是，包括以下步驟：

步驟S1，采樣逆變器輸出電流i_Labc和電網(wǎng)電壓v_gabc，計(jì)算出電網(wǎng)電壓幅值V_gm、電網(wǎng)電壓相位θ_g，以及逆變器實(shí)際輸出有功功率P_e和無(wú)功功率Q_e；

步驟S2，在逆變器工作初始階段，根據(jù)并網(wǎng)逆變器實(shí)際輸出有功功率率P_e和無(wú)功功率Q_e，有功功率給定值P_ref和無(wú)功功率給定值Q_ref以及電網(wǎng)相位θ_g計(jì)算獲得逆變器調(diào)制波V_mabc，選通開關(guān)S選通接入V_mabc對(duì)載波信號(hào)V_r進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生控制逆變器功率開關(guān)的控制信號(hào)D，逆變器完成并網(wǎng)過(guò)程；

步驟S3，逆變器并網(wǎng)穩(wěn)定工作后，根據(jù)選通開關(guān)S選通接入實(shí)際有功功率P_e和無(wú)功功率Q_e信號(hào)、電網(wǎng)電壓幅值V_gm、并網(wǎng)逆變器有功功率給定值P_ref和無(wú)功功率給定值Q_ref計(jì)算獲得逆變器調(diào)制波V_Vmabc，選通開關(guān)S選通接入調(diào)制波V_Vmabc對(duì)載波信號(hào)V_r進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生控制逆變器功率開關(guān)的控制信號(hào)D。

進(jìn)一步的，步驟S2中計(jì)算獲得逆變器調(diào)制波V_mabc的具體計(jì)算公式如下：

其中：V_d、V_q分別為電網(wǎng)電壓v_gabc在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸分量，I_d、I_q分別為電感電流i_Labc在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸分量，K_pi、K_ii為電流調(diào)節(jié)器PI參數(shù)，ω為電網(wǎng)角頻率，s為拉普拉斯算子。

進(jìn)一步的，在逆變器工作初始階段，同時(shí)計(jì)算逆變器調(diào)制波V_Vmabc，公式如下：

式中：V_n為額定電壓幅值，D_q為無(wú)功下垂系數(shù)，K_q為積分系數(shù)，ω_n為額定角頻率，D_p為有功下垂系數(shù)，J為虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，s為拉普拉斯算子，V_VSG為虛擬同步機(jī)控制生成的調(diào)制波幅值，ω_VSG為虛擬同步機(jī)控制生成的調(diào)制波角頻率；

其中逆變器虛擬輸出有功功率P_Ve和無(wú)功功率Q_Ve，根據(jù)逆變器虛擬輸出電流i_VLabc與電網(wǎng)電壓信號(hào)v_gabc計(jì)算獲得，而逆變器虛擬輸出電流i_VLabc根據(jù)調(diào)制波信號(hào)V_Vmabc與電網(wǎng)電壓信號(hào)v_gabc計(jì)算獲得，計(jì)算公式如下所示：

其中，s為拉普拉斯算子，L為主電路濾波器電感值，r為濾波器電感寄生電阻。

進(jìn)一步的，逆變器并網(wǎng)穩(wěn)定工作的判斷依據(jù)為調(diào)制波V_Vmabc與V_mabc同步。

進(jìn)一步的，在步驟S3中，計(jì)算逆變器調(diào)制波V_Vmabc的公式如下：

式中：V_n為額定電壓幅值，D_q為無(wú)功下垂系數(shù)，K_q為積分系數(shù)，ω_n為額定角頻率，D_p為有功下垂系數(shù)，J為虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，s為拉普拉斯算子，V_VSG為虛擬同步機(jī)控制生成的調(diào)制波幅值，ω_VSG為虛擬同步機(jī)控制生成的調(diào)制波角頻率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：通過(guò)基于電網(wǎng)電壓鎖相的常規(guī)并網(wǎng)控制方案實(shí)現(xiàn)逆變器并網(wǎng)后，再將虛擬同步機(jī)控制策略與傳統(tǒng)常規(guī)并網(wǎng)控制方案進(jìn)行整體切換，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的虛擬同步機(jī)化，省卻了虛擬同步機(jī)控制方案下的逆變器由離網(wǎng)到并網(wǎng)過(guò)程中的預(yù)同步控制環(huán)節(jié)以及相應(yīng)的機(jī)端電壓檢測(cè)點(diǎn)，為應(yīng)用于分布式發(fā)電與微電網(wǎng)領(lǐng)域的逆變器控制方案提供重要的技術(shù)基礎(chǔ)。且在兩種控制模式切換過(guò)程中，逆變器系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定安全可靠運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明逆變器控制裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是實(shí)施例中并網(wǎng)逆變器工作在常規(guī)控制方案下，常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊輸出的A相波形與虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊輸出的A相波形仿真結(jié)果示意圖；

圖3是實(shí)施例中并網(wǎng)逆變器控制方案切換瞬間，逆變器輸出三相電流仿真結(jié)果示意圖；

圖4是基于虛擬同步機(jī)控制下的并網(wǎng)逆變器在有功功率給定值突變時(shí)，三相輸出電流和有功功率仿真結(jié)果示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的基于電網(wǎng)電壓鎖相及虛擬同步機(jī)的逆變器控制裝置，如圖1所示，電源并網(wǎng)主電路1為電源經(jīng)三相逆變器主電路和LC濾波電路后并入電網(wǎng)，還包括電流測(cè)量模塊2、電壓測(cè)量模塊3、PLL鎖相模塊4、實(shí)際功率計(jì)算模塊5、常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊6、虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊8、電氣主電路虛擬模塊9、虛擬功率計(jì)算模塊10和調(diào)制模塊7；

電流測(cè)量模塊2，用于采集逆變器輸出三相電感電流i_Labc并輸出至實(shí)際功率計(jì)算模塊；

電壓測(cè)量模塊3，用于采集電網(wǎng)側(cè)三相電壓v_gabc分別輸出至PLL鎖相模塊、實(shí)際功率計(jì)算模塊、電氣主電路虛擬模塊和虛擬功率計(jì)算模塊；

PLL鎖相模塊4，用于根據(jù)電網(wǎng)側(cè)三相電壓v_gabc計(jì)算出電網(wǎng)電壓幅值V_gm及電網(wǎng)電壓相位θ_g，并將電網(wǎng)電壓幅值V_gm輸出至虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊，將電網(wǎng)電壓相位θ_g輸出至常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊；

實(shí)際功率計(jì)算模塊5，用于根據(jù)逆變器輸出電流i_Labc和電網(wǎng)電壓v_gabc計(jì)算得到逆變器實(shí)際輸出有功功率P_e和無(wú)功功率Q_e；

常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊6，用于根據(jù)逆變器實(shí)際輸出有功功率率P_e和無(wú)功功率Q_e，有功功率給定值P_ref和無(wú)功功率給定值Q_ref以及電網(wǎng)電壓相位θ_g獲得常規(guī)并網(wǎng)控制方案下的并網(wǎng)逆變器調(diào)制波V_mabc；

電氣主電路虛擬模塊9，用于根據(jù)調(diào)制波信號(hào)V_Vmabc與電網(wǎng)電壓信號(hào)v_gabc計(jì)算獲得逆變器虛擬輸出電流i_VLabc；

虛擬功率計(jì)算模塊10，用于根據(jù)虛擬輸出電流i_VLabc與電網(wǎng)電壓信號(hào)v_gabc計(jì)算獲得逆變器虛擬輸出有功功率P_Ve和無(wú)功功率Q_Ve；

虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊8，用于根據(jù)電網(wǎng)電壓幅值V_gm、有功功率給定值P_ref和無(wú)功功率給定值Q_ref、虛擬有功功率P_Ve和實(shí)際輸出有功功率P_e經(jīng)過(guò)選通開關(guān)S后輸出的信號(hào)、虛擬無(wú)功功率Q_Ve和實(shí)際輸出無(wú)功功率Q_e經(jīng)過(guò)選通開關(guān)S后輸出的信號(hào)，計(jì)算獲得虛擬同步機(jī)控制方案下的并網(wǎng)逆變器調(diào)制波V_Vmabc；

調(diào)制模塊7，用于將調(diào)制波V_mabc與調(diào)制波V_Vmabc經(jīng)過(guò)選通開關(guān)S后選通任一調(diào)制波對(duì)載波信號(hào)V_r進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生控制逆變器功率開關(guān)的控制信號(hào)D。

本發(fā)明中的選通開關(guān)S，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中一個(gè)邏輯選通開關(guān)，選通信號(hào)為同一個(gè)，該選通信號(hào)可由上位機(jī)手動(dòng)控制，也可以由系統(tǒng)自動(dòng)控制。其選通信號(hào)控制依據(jù)是當(dāng)調(diào)制波V_Vmabc與V_mabc基本同步之后，所有選通開關(guān)S同時(shí)由“上”置“下”，即：初始時(shí)候，選通開關(guān)S置于“上”位，逆變器工作在常規(guī)并網(wǎng)控制方法下，選通開關(guān)S分別選通接入V_mabc、P_Ve、Q_Ve信號(hào)；當(dāng)調(diào)制波V_Vmabc與V_mabc基本同步之后，選通開關(guān)S置于“下”位，選通開關(guān)S選通接入V_Vmabc、P_e、Q_e信號(hào)，此時(shí)逆變器控制整體切換到虛擬同步機(jī)控制方案下。

本發(fā)明裝置主要實(shí)施過(guò)程為：

在并網(wǎng)逆變器工作初始階段，選通開關(guān)S置于“上”位。首先將通過(guò)采樣獲得的電網(wǎng)電壓v_gabc送入PLL鎖相模塊4，PLL鎖相模塊4基于現(xiàn)有技術(shù)中鎖相環(huán)算法計(jì)算出電網(wǎng)電壓幅值V_gm及電網(wǎng)電壓相位θ_g，再將采樣獲得逆變器輸出電流i_Labc和電網(wǎng)電壓v_gabc送入實(shí)際功率計(jì)算模塊5(功率計(jì)算方法為現(xiàn)有通用技術(shù))得到并網(wǎng)逆變器實(shí)際輸出有功功率P_e和無(wú)功功率Q_e，將所獲得的并網(wǎng)逆變器實(shí)際輸出有功功率率P_e和無(wú)功功率Q_e，有功功率給定值P_ref和無(wú)功功率給定值Q_ref以及電網(wǎng)相位θ_g送入常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊6計(jì)算獲得常規(guī)并網(wǎng)控制方案下的并網(wǎng)逆變器調(diào)制波V_mabc。

此處常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊6中采用常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制方案，此方案是根據(jù)有功功率指令值P_ref和無(wú)功功率指令值Q_ref在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下(dq坐標(biāo)系)間接獲得對(duì)應(yīng)的有功電流指令I(lǐng)_dref和無(wú)功電流指令I(lǐng)_qref，然后通過(guò)反饋逆變器電感電流并在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下進(jìn)行電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，最后將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下(dq坐標(biāo)系)的調(diào)節(jié)器輸出M_d、M_q通過(guò)坐標(biāo)變換在三相靜止坐標(biāo)系獲得三相調(diào)制波V_mabc。具體計(jì)算公式如下：

其中：V_d、V_q分別為電網(wǎng)電壓v_gabc在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸分量，I_d、I_q分別為電感電流i_Labc在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸分量，K_pi、K_ii為電流調(diào)節(jié)器PI參數(shù)，ω為電網(wǎng)角頻率。

常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊獲得并網(wǎng)逆變器調(diào)制波V_mabc，經(jīng)過(guò)選通開關(guān)S選通后對(duì)載波信號(hào)V_r進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生控制逆變器功率開關(guān)的控制信號(hào)D。通過(guò)控制信號(hào)D控制逆變器中功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷，可以調(diào)節(jié)交流電壓的幅值、頻率和相位，使其輸出電流與電網(wǎng)電壓相位及頻率保持同步。稱此時(shí)逆變器工作在基于電網(wǎng)電壓鎖相的常規(guī)并網(wǎng)控制方案下，逆變器完成并網(wǎng)過(guò)程。

與此同時(shí)，將電網(wǎng)電壓幅值V_gm、并網(wǎng)逆變器有功功率給定值P_ref和無(wú)功功率給定值Q_ref、經(jīng)過(guò)選通開關(guān)S選通接入的虛擬功率計(jì)算模塊10輸出的虛擬有功功率P_Ve、經(jīng)過(guò)選通開關(guān)S選通接入的虛擬功率計(jì)算模塊10輸出的虛擬無(wú)功功率Q_Ve，共同送入虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊8獲得虛擬同步機(jī)控制方案下的并網(wǎng)逆變器調(diào)制波V_Vmabc。

虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊8計(jì)算公式分別如式(1)(2)所示：

當(dāng)選通開關(guān)S置“上”時(shí)，公式(1)中取P_Ve、Q_Ve進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)選通開關(guān)S置“下”時(shí)，公式(1)中取P_e、Q_e進(jìn)行計(jì)算。

式中：V_n為額定電壓幅值，D_q為無(wú)功下垂系數(shù)，K_q為積分系數(shù)，ω_n為額定角頻率，D_p為有功下垂系數(shù)，J為虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，s為拉普拉斯算子，V_VSG為虛擬同步機(jī)控制生成的調(diào)制波幅值，ω_VSG為虛擬同步機(jī)控制生成的調(diào)制波角頻率。

將所獲得調(diào)制波信號(hào)V_Vmabc與電網(wǎng)電壓信號(hào)v_gabc送入電氣主電路虛擬模塊9生成同步逆變器虛擬輸出電流i_VLabc；以逆變器輸出側(cè)為L(zhǎng)C濾波器結(jié)構(gòu)為例，電氣主電路虛擬模塊9計(jì)算公式如式(3)所示：

其中，s為拉普拉斯算子，L為主電路濾波器電感值，r為濾波器電感寄生電阻。

將所獲得的虛擬輸出電流i_VLabc與電網(wǎng)電壓信號(hào)v_gabc送入虛擬功率計(jì)算模塊10獲得并網(wǎng)逆變器虛擬輸出有功功率P_Ve和無(wú)功功率Q_Ve，在將此信號(hào)送入虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊8，形成反饋，進(jìn)而獲得虛擬同步機(jī)控制方案下的并網(wǎng)逆變器調(diào)制波V_Vmabc。

將調(diào)制波V_Vmabc與V_mabc進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)調(diào)制波V_Vmabc與V_mabc同步(幅值和相位均同步)時(shí)，說(shuō)明并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)穩(wěn)定工作。將選通開關(guān)S置于“下”位，此時(shí)選通開關(guān)S選通接入V_Vmabc、P_e、Qe信號(hào)，即實(shí)際功率計(jì)算模塊5輸出的有功功率P_e和無(wú)功功率Q_e、電網(wǎng)電壓幅值V_gm、并網(wǎng)逆變器有功功率給定值P_ref和無(wú)功功率給定值Q_ref、進(jìn)入虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊8生成調(diào)制波V_Vmabc，調(diào)制波V_Vmabc經(jīng)過(guò)選通開關(guān)S進(jìn)入調(diào)制模塊7，對(duì)載波信號(hào)V_r進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生控制逆變器功率開關(guān)的控制信號(hào)D。稱此時(shí)逆變器工作在虛擬同步機(jī)并網(wǎng)控制方案下，逆變器系統(tǒng)整體控制策略由常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制切換為虛擬同步機(jī)控制。

由于并網(wǎng)逆變器為現(xiàn)有技術(shù)中虛擬同步機(jī)控制策略時(shí)，其離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)過(guò)程時(shí)，除了需要電網(wǎng)電壓檢測(cè)之外，還需要增加自身電容電壓檢測(cè)點(diǎn)，用于進(jìn)行相位同期(類似同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過(guò)程)，即需要同時(shí)檢測(cè)并網(wǎng)開關(guān)S_g兩側(cè)電壓。而傳統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制僅僅檢測(cè)電網(wǎng)電壓就可以實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)到并網(wǎng)了。因此，本發(fā)明通過(guò)基于電網(wǎng)電壓鎖相的常規(guī)并網(wǎng)控制方案實(shí)現(xiàn)逆變器并網(wǎng)后，再將虛擬同步機(jī)控制策略與傳統(tǒng)常規(guī)并網(wǎng)控制方案進(jìn)行整體切換，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的虛擬同步機(jī)化，省卻了單獨(dú)虛擬同步機(jī)控制方案下的逆變器由離網(wǎng)到并網(wǎng)過(guò)程中的預(yù)同步控制(并網(wǎng)同期)環(huán)節(jié)以及相應(yīng)的機(jī)端電壓檢測(cè)點(diǎn)，為應(yīng)用于分布式發(fā)電與微電網(wǎng)領(lǐng)域的逆變器控制方案提供重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

實(shí)施例

為說(shuō)明本發(fā)明的正確性和可行性，對(duì)所提出的一種基于電網(wǎng)電壓鎖相及虛擬同步機(jī)控制方案的逆變器并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其中仿真參數(shù)為：逆變器直流輸入電壓U_in為800VDC，變流器輸出濾波電感L為0.15mH，輸出濾波電容C為200μF(三角型連接)。初始時(shí)刻，逆變器工作在常規(guī)控制方案下并網(wǎng)，且有功功率給定值(或稱為有功功率指令)為500kW、無(wú)功功率給定值(或稱為無(wú)功功率指令)為0kVAr；在1s時(shí)刻，逆變器整體控制策略切換到虛擬同步機(jī)控制(可控制上自動(dòng)切換、也可由上位機(jī)手動(dòng)切換)；在1.5s時(shí)刻，有功功率指令減小到300kW，且無(wú)功功率指令保持不變。

圖2給出了逆變器工作在常規(guī)并網(wǎng)控制方案下時(shí)，在相同功率指令情況下，常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊輸出的A相波形V_ma與虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊輸出的A相波形V_Vma。仿真波形顯示，當(dāng)逆變器工作在常規(guī)并網(wǎng)控制方案下，在相同的功率指令情況下，常規(guī)并網(wǎng)逆變器控制及調(diào)制波生成模塊與虛擬同步機(jī)控制及調(diào)制波生成模塊輸出的調(diào)制波波形保持幅值、相位同步，從而為逆變器控制策略平滑切換提供必要條件。

圖3給出了1s時(shí)刻，逆變器控制策略由常規(guī)并網(wǎng)控制方案切換到虛擬同步機(jī)控制方案時(shí)，逆變器輸出三相電流波形i_Labc。仿真波形顯示，當(dāng)逆變器發(fā)生控制策略切換時(shí)，逆變器輸出電流平穩(wěn)，且不受系統(tǒng)控制策略切換影響。

圖4給出了1.5s時(shí)刻，此時(shí)基于虛擬同步機(jī)控制下的并網(wǎng)逆變器在有功功率指令突變時(shí)，三相輸出電流i_Labc和有功功率波形。仿真波形顯示，當(dāng)逆變器轉(zhuǎn)為虛擬同步機(jī)控制策略后，當(dāng)有功功率指令發(fā)生變化，系統(tǒng)很好的執(zhí)行功率給定指令，實(shí)現(xiàn)了良好的閉環(huán)控制。整個(gè)逆變器系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定運(yùn)行。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。