[发明专利]基于电网电压锁相及虚拟同步机的逆变器控制装置及方法

权利要求书

1.一种基于电网电压锁相及虚拟同步机的逆变器控制装置，其特征是，包括电流测量模块、电压测量模块、PLL锁相模块、实际功率计算模块、常规并网逆变器控制及调制波生成模块、虚拟同步机控制及调制波生成模块、电气主电路虚拟模块、虚拟功率计算模块和调制模块；

电流测量模块，用于采集逆变器输出三相电感电流i_Labc并输出至实际功率计算模块；

电压测量模块，用于采集电网侧三相电压v_gabc分别输出至PLL锁相模块、实际功率计算模块、电气主电路虚拟模块和虚拟功率计算模块；

PLL锁相模块，用于根据电网侧三相电压v_gabc计算出电网电压幅值V_gm及电网电压相位θ_g；

实际功率计算模块，用于根据逆变器输出电流i_Labc和电网电压v_gabc计算得到逆变器实际输出有功功率P_e和无功功率Q_e；

常规并网逆变器控制及调制波生成模块，用于根据逆变器实际输出有功功率率P_e和无功功率Q_e，有功功率给定值P_ref和无功功率给定值Q_ref以及电网电压相位θ_g获得常规并网控制方案下的并网逆变器调制波V_mabc；

电气主电路虚拟模块，用于根据调制波信号V_Vmabc与电网电压信号v_gabc计算获得逆变器虚拟输出电流i_VLabc；

虚拟功率计算模块，用于根据虚拟输出电流i_VLabc与电网电压信号v_gabc计算获得逆变器虚拟输出有功功率P_Ve和无功功率Q_Ve；

虚拟同步机控制及调制波生成模块，用于根据电网电压幅值V_gm、有功功率给定值P_ref和无功功率给定值Q_ref、虚拟有功功率P_Ve和实际输出有功功率P_e经过选通开关S后选通的信号、虚拟无功功率Q_Ve和实际输出无功功率Q_e经过选通开关S后选通的信号，计算获得虚拟同步机控制方案下的并网逆变器调制波V_Vmabc；

调制模块，用于将调制波V_mabc与调制波V_Vmabc经过选通开关S后选通的调制波对载波信号V_r进行调制，产生控制逆变器功率开关的控制信号D。

2.根据权利要求1所述的逆变器控制装置，其特征是，常规并网逆变器控制及调制波生成模块采用基于DQ坐标解耦控制。

3.一种基于电网电压锁相及虚拟同步机的逆变器控制方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，采样逆变器输出电流i_Labc和电网电压v_gabc，计算出电网电压幅值V_gm、电网电压相位θ_g，以及逆变器实际输出有功功率P_e和无功功率Q_e；

步骤S2，在逆变器工作初始阶段，根据并网逆变器实际输出有功功率率P_e和无功功率Q_e，有功功率给定值P_ref和无功功率给定值Q_ref以及电网相位θ_g计算获得逆变器调制波V_mabc，选通开关S选通接入V_mabc对载波信号V_r进行调制，产生控制逆变器功率开关的控制信号D，逆变器完成并网过程；

步骤S3，逆变器并网稳定工作后，根据选通开关S选通接入实际有功功率P_e和无功功率Q_e信号、电网电压幅值V_gm、并网逆变器有功功率给定值P_ref和无功功率给定值Q_ref计算获得逆变器调制波V_Vmabc，选通开关S选通接入调制波V_Vmabc对载波信号V_r进行调制，产生控制逆变器功率开关的控制信号D；

步骤S2中计算获得逆变器调制波V_mabc的具体计算公式如下：

其中：V_d、V_q分别为电网电压v_gabc在两相旋转坐标系下的dq轴分量，I_d、I_q分别为电感电流i_Labc在两相旋转坐标系下的dq轴分量，K_pi、K_ii为电流调节器PI参数，ω为电网角频率，s为拉普拉斯算子；

在逆变器工作初始阶段，同时计算逆变器调制波V_Vmabc，公式如下：

式中：V_n为额定电压幅值，D_q为无功下垂系数，K_q为积分系数，ω_n为额定角频率，D_p为有功下垂系数，J为虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子，V_VSG为虚拟同步机控制生成的调制波幅值，ω_VSG为虚拟同步机控制生成的调制波角频率；

其中逆变器虚拟输出有功功率P_Ve和无功功率Q_Ve，根据逆变器虚拟输出电流i_VLabc与电网电压信号v_gabc计算获得，而逆变器虚拟输出电流i_VLabc根据调制波信号V_Vmabc与电网电压信号v_gabc计算获得，计算公式如下所示：

其中，s为拉普拉斯算子，L为主电路滤波器电感值，r为滤波器电感寄生电阻；

逆变器并网稳定工作的判断依据为调制波V_Vmabc与V_mabc同步；

在步骤S3中，计算逆变器调制波V_Vmabc的公式如下：

式中：V_n为额定电压幅值，D_q为无功下垂系数，K_q为积分系数，ω_n为额定角频率，D_p为有功下垂系数，J为虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子，V_VSG为虚拟同步机控制生成的调制波幅值，ω_VSG为虚拟同步机控制生成的调制波角频率。