一種基于電流下垂控制的單相并聯(lián)逆變器控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)逆變器控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種基于電流下垂控制的單相并聯(lián) 逆變器控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 逆變器并聯(lián)控制通常用于不間斷電源系統(tǒng)，為供電重要等級(jí)較高的用戶作為備用 電源進(jìn)行緊急供電，也可W用于分布式發(fā)電系統(tǒng)W組建微型電網(wǎng)，給偏遠(yuǎn)地區(qū)或島蝸單獨(dú) 供電。
[0003] 逆變器并聯(lián)控制依據(jù)連接方式可分為集中控制方式、主從控制方式、分散邏輯控 制方式、循環(huán)鏈控制方式和無(wú)互連控制方式等。集中控制由中央控制器直接控制所有并聯(lián) 模塊，較容易實(shí)現(xiàn)，控制方式簡(jiǎn)單，但系統(tǒng)冗余性能差;主從控制由一個(gè)主模塊，從模塊跟隨 主模塊信號(hào)，初步實(shí)現(xiàn)了冗余控制，但系統(tǒng)受主模塊影響穩(wěn)定性差;分散邏輯控制各模塊間 需要大量的信號(hào)線，大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
[0004] 無(wú)互連線并聯(lián)控制方式W其良好的冗余性及穩(wěn)定性得到廣泛應(yīng)用。功率下垂控制 是最常用的無(wú)互連線并聯(lián)控制方式，但由于傳統(tǒng)意義上的功率是基于周期平均值定義的， 存在響應(yīng)延遲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的問(wèn)題在于提供一種基于電流下垂控制的單相并聯(lián)逆變器控制方法， 克服微網(wǎng)及并聯(lián)逆變器系統(tǒng)中由于傳輸線阻抗互不相等時(shí)所帶來(lái)的無(wú)功功率不均流的缺 陷，達(dá)到并聯(lián)逆變器無(wú)功功率均流的目的，同時(shí)采用瞬時(shí)功率理論，減少了周期功率理論的 延遲。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種基于電流下垂控制的單相并聯(lián)逆變器控制方法，包括W下步驟：
[000引在并聯(lián)逆變器供電系統(tǒng)中，逆變器的輸出有功電流、無(wú)功電流與公共連接點(diǎn)的電 壓幅度參考值、電壓相角參考值構(gòu)成下垂曲線，下垂曲線的斜率為-m、-n;
[0009] 在多逆變器無(wú)信號(hào)互聯(lián)線經(jīng)過(guò)傳輸線并聯(lián)系統(tǒng)中，流經(jīng)負(fù)載的有功電流和無(wú)功電 流變化時(shí)，每臺(tái)逆變器的輸出有功電流和無(wú)功電流也發(fā)生變化，每臺(tái)逆變器的輸出電壓幅 值、頻率也發(fā)生變化；
[0010] 根據(jù)參考電壓幅值和頻率合成參考電壓信號(hào)，用參考電壓進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，使 逆變器輸出電流等于參考電壓。
[0011] 進(jìn)一步的，所述電壓幅度參考值計(jì)算方法為：
[0012] 計(jì)算逆變器輸出瞬時(shí)有功電流將其減去有功電流設(shè)定值得到有功電流偏差， 偏差值乘W下垂曲線斜率-m得到參考電壓偏移量，將參考電壓偏移量加上參考電壓設(shè)定值 得到參考電壓幅值；
[0013] 所述電壓頻率計(jì)算方法為：
[0014] 計(jì)算逆變器輸出瞬時(shí)無(wú)功電流ζ，將其減去無(wú)功電流設(shè)定值得到無(wú)功電流偏差， 偏差值乘W下垂曲線斜率-m得到參考頻率偏移量，將參考頻率偏移量加上參考頻率設(shè)定值 得到參考電壓頻率。
[0015] 所述瞬時(shí)有功電流、瞬時(shí)無(wú)功電流計(jì)算方法為：
[0016] 將逆變器輸出電流作為Ξ相電流的a相，為其匹配相應(yīng)的b、c兩相電流；
[0017] 將所述Ξ相電流進(jìn)行abc/αβ變換至αβ坐標(biāo)下的兩相電流；
[001引將所述αβ坐標(biāo)下的兩相電流進(jìn)行dq變換，得到逆變器輸出有功電流和無(wú)功電流； [0019 ]對(duì)所述有功電流和無(wú)功電流進(jìn)行低通濾波，得到瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流。
[0020] 所述逆變器無(wú)信號(hào)互連線，經(jīng)過(guò)各自傳輸線并聯(lián)。
[0021] 本發(fā)明有益效果是：當(dāng)η臺(tái)逆變器并聯(lián)時(shí)，使各逆變器參數(shù)相同，則各個(gè)逆變器電 流下垂控制曲線相同，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)各個(gè)逆變器輸出電壓、電流相同，達(dá)到均流效果，減少了 周期功率理論的延遲。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為2臺(tái)逆變器并聯(lián)給負(fù)載供電等效電路圖；
[0023] 圖2為下垂控制曲線圖；
[0024] 圖3為abc/αβ變換示意圖；
[0025] 圖4為有功電流、無(wú)功電流分解框圖；
[0026] 圖5-1~圖5-2為逆變器并聯(lián)系統(tǒng)仿真輸出波形，圖5-1為并聯(lián)系統(tǒng)交流母線波形， 圖5-2為各逆變器輸出電流波形。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0028] 單相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)為多臺(tái)逆變器經(jīng)過(guò)傳輸線連接至交流母線向負(fù)載供電，具體 的，當(dāng)2臺(tái)逆變器并聯(lián)至交流母線向負(fù)載供電時(shí)，并聯(lián)系統(tǒng)等效電路圖如圖1所示，設(shè)定Rn為 第η臺(tái)逆變器輸出阻抗等效電阻，Xn為第η臺(tái)逆變器輸出阻抗等效電感感抗，E〇<0為交流母 線（即負(fù)載端）電壓，ΕηΖδη為第η臺(tái)逆變器輸出電壓，其中δη為第η臺(tái)逆變器輸出電壓與交流 母線電壓相位差，In為第η臺(tái)逆變器輸出電流，1〇為負(fù)載電流，Ζο為負(fù)載阻抗。
[0029] 1、電流下垂控制方程
[0030] 參考附圖1所示，當(dāng)η臺(tái)逆變器并聯(lián)至交流母線向負(fù)載供電時(shí)，其各逆變器輸出電 流為：
[0031]
(1)
[0032] 其中，η = ?，2。
[00削在并聯(lián)系統(tǒng)中，電壓角度差δι、δ2很小，因此我們可W認(rèn)為cosSi = cosS2=l，sinSi = δι，3?ηδ2 = δ2。在并聯(lián)逆變器系統(tǒng)中，每個(gè)逆變器模塊的參數(shù)都相同，即Ri = R2 = R，Xi =拉 二 X。
[0034]根據(jù)式(1)，各逆變器輸出有功電流、無(wú)功電流分別為：
[0037]其中，n = i，2。
[003引其中，ipn為逆變器η輸出有功電流，iqn為逆變器η輸出無(wú)功電流。當(dāng)R< <X時(shí)，將式 (2)、式(3)化簡(jiǎn)為：
[0041 ]其中，n = l，2。
[0042] 由式(4)、式(5)可W看出逆變器輸出有功電流與逆變器輸出相角成正比，逆變器 輸出無(wú)功電流與逆變器輸出電壓幅值和母線電壓幅值差成正比。
[0043] 下垂控制即采用控制逆變器輸出電壓幅值及相角的方法來(lái)控制逆變器輸出有功 功率和無(wú)功功率W實(shí)現(xiàn)并聯(lián)系統(tǒng)均流的目的，由于直接控制相角難W實(shí)現(xiàn)，即采用控制輸 出頻率來(lái)達(dá)到控制相角的目的，則基于電流的下垂控制方程如下：
[0044] ω*= ω 〇-m*(ipn-ip〇) (6)
[0045] E* = E〇-n*(iqn-iq〇) (7)
[0046] 其中，n = i，2。
[0047] 其中，ω*、Ε*為參考電壓頻率和幅值，m、n為下垂控制系數(shù)，ω日、E日為逆變器空載輸 出電壓頻率和幅值，ipn、iqn為逆變器η輸出有功電流和無(wú)功電流，ipO、iqO系統(tǒng)設(shè)置的額定有 功電流和額定無(wú)功電流值。
[004引如圖2所示為下垂控制曲線圖，下垂控制曲線斜率分別為-m、-n，當(dāng)逆變器輸出有 功功率和無(wú)功功率變化時(shí)，參考電壓的頻率和幅值跟隨變換來(lái)調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率。 [0049 ] 2、瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的計(jì)算
[0050]瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流是基于Ξ相系統(tǒng)來(lái)定義的，對(duì)于單相并聯(lián)逆變器， 需要根據(jù)輸出電流來(lái)構(gòu)造 Ξ相電流。
[0051 ]逆變器η輸出電流為ion,其中n=l，2,令
[0化2] ia=i〇 (8)
[0053] 將ia延時(shí)π/(3ω )并反相得到ic，再用ia和ic構(gòu)造 ib得
[0054] ib = -i￡i-ic (9)
[00對(duì) ia、ib、ic為對(duì)稱的立相電流，將其變換到αβ兩相坐標(biāo)軸上得到瞬時(shí)分量ia和ie，變 換示意圖如圖3所示。
[0056]
(10)
[0057] 式（10)為變換公式，其中：
[005引
（11)
[0059] 根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功理論，對(duì)ia和ie進(jìn)行dq變換，得到單相逆變器輸出的有功電流ip和無(wú) 功電流iq，變換公式為：
[0063] 其中，sin wt、coswt是與逆變器輸出電壓同頻率的正弦波和余弦波，其由逆變器 輸出電壓鎖相得到。
[0064] 利用瞬時(shí)無(wú)功理論對(duì)單相逆變器輸出電流進(jìn)行有功和無(wú)功分解的原理框圖如圖4 所示，分解得到的有功電流ip和無(wú)功電流iq經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除高頻分量就得到有功電流 和無(wú)功電流的瞬時(shí)值和^。
[0065] 圖5-1~圖5-2為逆變器并聯(lián)系統(tǒng)仿真輸出波形，圖5-1為逆變系統(tǒng)交流母線電壓 波形，可W看出波形穩(wěn)定，圖5-2為逆變系統(tǒng)各逆變器輸出電流，可W看出各逆變器電流相 同，逆變系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電流均分。
[0066] W上所述僅是本申請(qǐng)的【具體實(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)，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯?，還可W做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，運(yùn)些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于電流下垂控制的單相并聯(lián)逆變器控制方法，其特征在于，包括以下步驟： 在并聯(lián)逆變器供電系統(tǒng)中，逆變器的輸出有功電流、無(wú)功電流與公共連接點(diǎn)的電壓幅 度參考值、電壓相角參考值構(gòu)成下垂曲線，下垂曲線的斜率為-m、-n; 在多逆變器無(wú)信號(hào)互聯(lián)線經(jīng)過(guò)傳輸線并聯(lián)系統(tǒng)中，流經(jīng)負(fù)載的有功電流和無(wú)功電流變 化時(shí)，每臺(tái)逆變器的輸出有功電流和無(wú)功電流也發(fā)生變化，每臺(tái)逆變器的輸出電壓幅值、頻 率也發(fā)生變化； 根據(jù)參考電壓幅值和頻率合成參考電壓信號(hào)，用參考電壓進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，使逆變 器輸出電流等于參考電壓。2. 權(quán)利要求1所述基于電流下垂控制的單相并聯(lián)逆變器控制方法，其特征在于:其電壓 幅度參考值計(jì)算方法為： 計(jì)算逆變器輸出瞬時(shí)有功電流f，將其減去有功電流設(shè)定值得到有功電流偏差，偏差 值乘以下垂曲線斜率-m得到參考電壓偏移量，將參考電壓偏移量加上參考電壓設(shè)定值得到 參考電壓幅值； 其電壓頻率計(jì)算方法為： 計(jì)算逆變器輸出瞬時(shí)無(wú)功電流.^，將其減去無(wú)功電流設(shè)定值得到無(wú)功電流偏差，偏差 值乘以下垂曲線斜率_m得到參考頻率偏移量，將參考頻率偏移量加上參考頻率設(shè)定值得到 參考電壓頻率。3. 權(quán)利要求2所述基于電流下垂控制的單相并聯(lián)逆變器控制方法，其特征在于:瞬時(shí)有 功電流、瞬時(shí)無(wú)功電流計(jì)算方法為： 將逆變器輸出電流作為三相電流的a相，為其匹配相應(yīng)的b、c兩相電流;將所述三相電 流進(jìn)行abc/αβ變換至αβ坐標(biāo)下的兩相電流;將所述αβ坐標(biāo)下的兩相電流進(jìn)行dq變換，得到 逆變器輸出有功電流和無(wú)功電流;對(duì)所述有功電流和無(wú)功電流進(jìn)行低通濾波，得到瞬時(shí)有 功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流。4. 權(quán)利要求1所述基于電流下垂控制的單相并聯(lián)逆變器控制方法，其特征在于:所述逆 變器無(wú)信號(hào)互連線，經(jīng)過(guò)各自傳輸線并聯(lián)。5. 權(quán)利要求2所述基于電流下垂控制的單相并聯(lián)逆變器控制方法，其特征在于:參考電 壓幅值和參考電壓頻率控制方程為 ω* = co『m*(ipn_ipo) E* = E〇-n*(iqn-iq〇) 其中，η = 1，2; ω*、Ε*為參考電壓頻率和參考電壓幅值;m、n為下垂控制系數(shù)；ω〇、Εο為 逆變器空載輸出電壓頻率和幅值;ipn、1@為逆變器η輸出有功電流和無(wú)功電流;iPo、i qQ系統(tǒng) 設(shè)置的額定有功電流和額定無(wú)功電流值。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電流下垂控制的單相并聯(lián)逆變器控制方法，用于不間斷電源系統(tǒng)，通過(guò)逆變器輸出瞬時(shí)有功電流、無(wú)功電流控制逆變器輸出電壓參考信號(hào)的幅值與頻率；各個(gè)逆變器間無(wú)信號(hào)線連接，當(dāng)各個(gè)逆變器達(dá)到穩(wěn)定時(shí)各個(gè)逆變器輸出電壓相同，達(dá)到輸出有功電流、無(wú)功電流相等，逆變器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)均流，減少了周期功率理論的延遲。
【IPC分類】H02M7/42
【公開(kāi)號(hào)】CN105490571
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510929533
【發(fā)明人】李曉博, 袁其平
【申請(qǐng)人】天津理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日