CN103683331A - 一种单相逆变器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相逆变器控制系统，将将同步发电机的数学模型引入单相逆变器控制系统，单相逆变器输出电压电流经移相技术分别均移相1200和240°构造出另外两相虚拟电压和虚拟电流。合成的三相虚拟电压和三相虚拟电流经过dq变换，得到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。然后经过同步发电机的数学模型计算出单相逆变器交流端参考电压V_td和V_tq，此参考电压与实测的输出电压即dq变换单元输出的电压dq分量V_d、V_q进行比较，然后通过PI控制器得到最终控制信号。控制信号经过dq反变换之后得到虚拟三相PWM波调制信号，取其中的a相调制信号，由此产生PWM波经过驱动电路来控制单相逆变器桥路开关管的导通和关断，使得单相逆变器具有同步发电机的特性。

Description

一种单相逆变器控制系统

技术领域

本发明属于逆变器控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种将单相逆变器控制成具有模拟同步发电机特性的控制系统。

背景技术

作为一种直流电转换为交流电的设备，单相逆变器在微电网、分布式发电中有着广泛的应用。单相逆变器的性能跟其控制系统有着直接的关系，因此对单相逆变器控制系统的研究对微电网和分布式发电的稳定性分析及其控制有着重要的意义。

图1给出了典型的单相逆变器的结构框图。

如图1所示，单相逆变器通过机端电压电流测量得到机端电压u以及机端电流i，然后送入单相逆变器控制系统中，得到PWM调制信号送入PWM（PulseWidth Modulation，脉宽调制）信号发生器，输出的PWM信号通过驱动电路驱动后，驱动逆变桥电路功率开关管S₁～S₄的导通和关断，将电压为U_dc的直流电源转变为单相交流电，输出经过LC低通滤波后接负载/或并网（并网时，接通开关KM与微电网馈线连接）。

单相逆变器控制系统可以控制单相逆变器的输出功率、机端电压、输出电流以及电网频率具有某种特性。一般而言，可以分为三种：PI控制、电流滞环比较控制、无差拍控制。各类控制特性的工作原理如下：

1、PI控制

PI控制器是目前单相逆变器中应用最广泛的控制系统。利用单相逆变器的输出电压或者输出电流反馈，与给定的参考信号进行比较，产生的误差输入PI控制环节，其输出信号作为调制波，与三角载波比较产生SPWM波来控制单相逆变器开关管的通断，通过电流环和电压环的双闭环控制来实现单相逆变器并网电压的控制和输出功率的控制。

2、电流滞环比较控制

该方法的基本思想是，将单相逆变器的实际并网电流与指令电流进行比较，二者的偏差作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生控制逆变器开关管通断的PWM信号。滞环控制的基本原理是通过设定滞环比较器的上下限，使得逆变器的输出电流准确跟踪参考电流。

3、无差拍控制

无差拍控制是基于离散数学模型实现的PWM方案。将实际输出采样同参考指令进行比较，根据本周期以前的采样值，用模型计算出下一个周期要达到的指定值，通过二者的差值计算开关器件的导通时间，使得下一个周期的实际输出等于参考指令。

但现有的控制，不能有效抑制负荷变化带来的频率波动，不利于微电网的稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种单相逆变器控制系统，其基本思想是利用采集的单相逆变器输出的单相电压和单相电流，通过移相的方法，构造出一个虚拟的三相逆变器，使得输入到控制系统内部的电压和电流是三相的。通过在单相逆变器控制系统中引入同步发电机的数学模型，使单相逆变器能够模拟同步发电机特性，有效抑制负荷变化带来的频率波动，以增强微电网的稳定性。

为实现以上目的，本发明单相逆变器控制系统，其特征在于，包括：

一移相单元，通过移相技术将单相逆变器实际输出的电压u、电流i分别均移相1200和2400构造出另外两相虚拟电压u_b、u_c和虚拟电流i_b、i_c，最终合成对称的虚拟三相电压u_a、u_b、u_c和对称的虚拟三相电流i_a、i_b、i_c；其中，电压u_a、电流i_a为没有移相的电压电流，即单相逆变器实际输出的电压u、电流i；

一dq变换单元，用于对合成的虚拟三相电压u_a、u_b、u_c和虚拟三相电流i_a、i_b、i_c分别进行_dq变换，变换所需的电角度θ由同步发电机机电暂态单元提供，这样，虚拟三相电压u_a、u_b、u_c和虚拟三相电流i_a、i_b、i_c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；

一有功功率计算单元，根据电压dq分量V_d、V_q和电流dq分量i_d、i_q计算出虚拟三相逆变器输出有功功率P_out，然后输入到有功控制模块中；

一有功控制模块，将设定的单相逆变器有功功率P_set扩大三倍，并减去有功功率P_out，然后进行PI控制，得到机械功率P_m1；

一频率控制模块，将同步发电机机电暂态单元输出的电角速度ω除以2π，得到单相逆变器输出的实际频率，然后作为同步发电机实际频率f，与额定频率f_n做差，得到的频率偏差Δf=f_n-f，然后乘以下垂系数D_p进行比例计算，得到功率差值ΔP，再将功率差值ΔP与参考有功功率P_ref进行相加，得到机械功率P_m2，其中参考有功功率P_ref根据分布式能源的状态事先给定；在进行频率无差调节时，还需要将频率偏差Δf进行积分，得到值加入到比例计算得到的功率差值ΔP中；

有功-频率控制开关SW₁，用于选择有功或频率控制；当选择有功控制时，选择机械功率P_m1作为同步发电机的机械功率P_m输入到同步发电机机电暂态单元，当选择频率控制时，选择机械功率P_m2作为同步发电机的机械功率P_m输入到同步发电机机电暂态单元。

同步发电机机电暂态单元，用于接收来自有功-频率控制开关SW₁选择输出的同步发电机机械功率P_m以及来自同步发电机电磁暂态单元输出的电磁功率P_e，由以下方程解出电角度θ、电角速度ω：

$\frac{P_m-P_e}{\mathrm{\ω}}-\mathrm{D\Δ\ω}=J\frac{\mathrm{d\Δ\ω}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

Δω=ω-ω_n   （2）

$\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\ω}---\left(3\right)$

其中，Δω为电角速度差，ω_n为额定电角速度；D为定常阻尼系数，在设置时可以忽略阻尼的影响，设为0，公式（1）可以转换为：

$\frac{P_m-P_e}{\mathrm{\ω}}=J\frac{\mathrm{d\Δ\ω}}{\mathrm{dt}}$

其中，J为转子转动惯量，为需要单相逆变器进行拟模拟的同步发电机的参数；

一无功功率计算单元，根据电压dq分量V_d、V_q和电流dq分量i_d、i_q计算出虚拟三相逆变器输出的无功功率Q_out；

一无功控制模块，用于将设定的单相逆变器无功功率Q_set扩大三倍，并减去无功功率Q_out，然后进行PI控制，得到的值再与设定的参考电压U_ref相加，得到励磁电压E_f1，其中，参考电压U_ref可以设为单相逆变器的额定电压；

一电压幅值计算单元，根据电压dq分量V_d、V_q计算出虚拟三相逆变器输出电压幅值V_out(计算得到的V_out是相电压幅值)，其值等于单相逆变器实际输出电压的幅值；

一电压控制模块，将设定的单相逆变器输出端电压V_set减去虚拟三相逆变器输出电压幅值V_out，然后进行PI控制，得到励磁电压E_f2；

无功-电压控制开关SW₂，用于选择无功或电压控制；当选择无功控制时，选择励磁电压E_f1作为同步发电机的励磁电压E_f输入到同步发电机电磁暂态单元，当选择电压控制时，选择励磁电压E_f2作为同步发电机的励磁电压E_f输入到同步发电机电磁暂态单元；

同步发电机电磁暂态单元，用于接收dq变换单元输出的电流dq分量i_d、i_q，然后根据选择输入励磁电压E_f，由以下方程解出同步发电机的电磁功率P_e以及虚拟三相逆变器的机端参考电压V_td和V_tq：

T′_d0E′_q=E_f-E′_q+(x_d-x′_d)i_d   （4）

T′_q0E′_d=-[E′_d+(x_q-x′_q)i_q]   （5）

P_e=[E′_q+(x′_d-x′_q)i_d]i_q+E′_di_d   （6）

V_td=E′_d+x′_qi_q+R_si_d   （7）

V_tq=E′_q+x′_di_d+R_si_q   （8）

其中，E′_q、E′_d为同步发电机q、d轴暂态电动势，T′_d0和T′_q0为同步发电机d、q轴暂态时间常数，x_d和x_q为同步发电机的d、q轴同步电抗，x′_d和x′_q为同步发电机的d、q轴暂态电抗，R_s为同步发电机定子电阻，T′_d0、T′_q0、x_d、x_q、x′_d、x′_q、R_s分量是需要单相逆变器进行拟模拟的同步发电机的参数；

解出的同步发电机的电磁功率P_e输入到同步发电机机电暂态单元，解出的虚拟三相逆变器的机端参考电压V_td和V_tq输出到比较器中；

比较器和PI控制器，用于将机端参考电压V_td和V_tq分别减去dq变换单元输出的电压dq分量V_d、V_q，然后分别经过PI控制器得到d、q轴控制电压信号E_d、E_q；

一dq反变换单元，补充一个值为0的零轴分量，d、q轴控制电压信号E_d、E_q和补充的零轴分量经dq反变换后产生最终PWM波形的调制信号u_ca、u_cb u_cc，取其中的a相调制信号u_ca输出到PWM信号发生器，用于单相逆变器桥路开关的控制，其中，dq反变换所需的电角度为同步发电机机电暂态单元输出的电角度θ。

本发明的目的是这样实现的：

本发明将同步发电机的机电暂态单元、电磁暂态单元的数学模型引入到单相逆变器控制系统内部，即将同步发电机的数学模型引入单相逆变器控制系统。实测的单相逆变器输出电压电流经移相技术分别移相1200和2400构造出另外两相虚拟电压和虚拟电流，最终合成对称的虚拟三相电压和对称的虚拟三相电流。合成的虚拟三相电压和虚拟三相电流输入到控制系统内部，经过dq变换，得到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，然后经过同步发电机的数学模型计算出虚拟三相逆变器交流端参考电压V_td和V_tq，此参考电压与实测的输出电压dq分量V_d、V_q进行比较，然后通过PI控制器得到最终控制信号。控制信号经过dq反变换之后得到虚拟的三相PWM波调制信号，取其中的a相调制信号，由此产生PWM波经过驱动电路来控制单相逆变器桥路开关管的导通和关断，使得单相逆变器具有同步发电机的特性。

附图说明

图1是典型的单相逆变器的结构框图；

图2是本发明单相逆变器控制系统一种具体实施方式原理图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图2是本发明单相逆变器控制系统一种具体实施方式原理图。

在本实施例中，如图2所示，本发明单相逆变器控制系统包括移相单元1、dq变换单元2、有功功率计算单元3、有功控制模块4、频率控制模块5、有功-频率控制开关SW₁、同步发电机机电暂态单元6、无功功率计算单元7、无功控制模块8、电压幅值计算单元9、电压控制模块10、无功-电压控制开关SW₂、同步发电机电磁暂态单元11、比较器12和PI控制器13以及dq反变换单元14。

移相单元1将单相逆变器实际输出的电压u、电流i分别均移相120°和240°构造出另外两相虚拟电压u_b、u_c和虚拟电流i_b、i_c，最终合成对称的虚拟三相电压u_a、u_b、u_c和对称的虚拟三相电流i_a、i_b、i_c；其中，电压u_a、电流i_a为没有移相的电压电流，即单相逆变器实际输出的电压u、电流i。dq变换单元2对合成的虚拟三相电压u_a、u_b、u_c和虚拟三相电流i_a、i_b、i_c分别进行dq变换，得到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；其中，变换所需的电角度θ由同步发电机机电暂态单元提供。

在有功功率计算单元3中根据电压dq分量V_d、V_q和电流dq分量i_d、i_q计算出虚拟三相逆变器输出有功功率P_out，然后输入到有功控制模块4中；有功控制模块将设定的单相逆变器有功功率P_set扩大三倍，并减去有功功率P_out，然后进行PI控制，得到机械功率P_m1。频率控制模块5将同步发电机机电暂态单元输出的电角速度ω除以2π，得到单相逆变器输出的实际频率，然后作为同步发电机实际频率f与额定频率f_n做差，得到的频率偏差Δf=f_n-f，然后乘以下垂系数D_p进行比例计算，得到功率差值ΔP，再将功率差值ΔP与参考有功功率P_ref进行相加，得到机械功率P_m2，其中，参考有功功率P_ref根据分布式能源的状态事先给定；在进行频率无差调节时，还需要将频率偏差Δf进行积分，得到的值加入到比例计算得到的功率差值ΔP中。

频率控制模块5是用来模拟同步发电机的调速系统和调频系统。频率控制模块5数学模型跟同步发电机一致。

下垂系数D_p可以参考同步发电机的调差系数以及允许的实际频率波动范围来设置。下垂控制的作用是给负载提供功率来减弱频率的波动，模拟同步发电机一次调频，属于有差调节；频率偏差Δf经过积分控制实现频率的无差调节，类似于同步发电机二次调频，属于无差调节，其中，1/T_pS表示积分。

有功-频率控制开关SW₁选择有功或频率控制：当选择有功控制时，选择机械功率P_m1作为同步发电机的机械功率P_m输入到同步发电机机电暂态单元6，当选择频率控制时，选择机械功率P_m2作为同步发电机的机械功率P_m输入到同步发电机机电暂态单元6。当开关SW₁选择有功控制时，表示单相逆变器实际输出有功功率P_out/3必须等于设定的有功功率P_set；当SW₁选择频率控制时，表示逆变器输出电压电流的频率稳定在额定频率，实际输出有功功率由负载决定。

同步发电机机电暂态单元6接收来自有功-频率控制开关SW₁选择输出的同步发电机机械功率P_m以及来自同步发电机电磁暂态单元输出的电磁功率P_e，由以下方程解出电角度θ、电角速度ω：

$\frac{P_m-P_e}{\mathrm{\ω}}-\mathrm{D\Δ\ω}=J\frac{\mathrm{d\Δ\ω}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

Δω=ω-ω_n   （2）

$\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\ω}---\left(3\right)$

其中，Δω为电角速度差，ω_n为额定电角速度；D为定常阻尼系数，在设置时可以忽略阻尼的影响，设为0；J为转子转动惯量，为需要单相逆变器进行拟模拟的同步发电机的参数；

无功功率计算单元7根据电压dq分量V_d、V_q和电流dq分量i_d、i_q计算出虚拟三相逆变器输出无功功率Q_out；无功控制模块8将设定的单相逆变器无功功率Q_set扩大三倍，并减去无功功率Q_out，然后进行PI控制，得到值再与设定的参考电压U_ref相加，得到励磁电压E_f1，其中，参考电压U_ref可以设为单相逆变器的额定电压；

电压幅值计算单元9根据电压dq分量V_d、V_q计算出虚拟三相逆变器输出电压幅值V_out，计算得到的V_out是相电压幅值(不是线电压幅值)，其值等于单相逆变器实际输出电压的幅值。电压控制模块10将设定的单相逆变器输出端电压V_set减去虚拟三相逆变器输出电压幅值V_out，然后进行PI控制，得到励磁电压E_f2。

计算得到的虚拟三相逆变器输出电压幅值V_out输入到电压控制模块10产生励磁电压E_f2。

其中K_V是比例系数，可以根据实际的允许电压波动范围来设置。1/T_vS表示积分环节，可以实现电压无差调节，从而得到励磁电压E_f2的值。

无功-电压控制开关SW₂选择无功或电压控制：当选择无功控制时，选择励磁电压E_f1作为同步发电机的励磁电压E_f输入到同步发电机电磁暂态单元，当选择电压控制时，选择励磁电压E_f2作为同步发电机的励磁电压E_f输入到同步发电机电磁暂态单元。当开关SW₂选择无功控制时，表示单相逆变器实际输出的无功功率Q_out/3必须等于设定的无功功率Q_set；当SW₂选择电压控制时，表示单相逆变器输出的电压V_out等于设定的电压V_set。

这样通过不同的开关选择SW₁、SW₂可以使单相逆变器根据不同的情况工作于不同的模式。

同步发电机电磁暂态单元11接收dq变换单元2输出的电流dq分量i_d、i_q，然后根据选择输入励磁电压E_f，由以下方程解出同步发电机的电磁功率P_e以及虚拟三相逆变器的机端参考电压V_td和V_tq：

T′_d0E′_q=E_f-E′_q+(x_d-x′_d)i_d   （4）

T′_q0E′_d=-[E′_d+(x_q-x′_q)i_q]   （5）

P_e=[E′_q+(x′_d-x′_q)i_d]i_q+E′_di_d   （6）

V_td=E′_d+x′_qi_q+R_si_d   （7）

V_tq=E′_q+x′_di_d+R_si_q   （8）

其中，E′_q、E′_d为同步发电机q、d轴暂态电动势，T_d′₀和T_q′₀为同步发电机d、q轴暂态时间常数，x_d和x_q为同步发电机的d、q轴同步电抗，x′_d和x′_q为同步发电机的d、q轴暂态电抗，R_s为同步发电机定子电阻，T′_d0、T′_q0、x_d、x_q、x′_d、x′_q、R_s分量是需要单相逆变器进行拟模拟的同步发电机的参数。

解出的同步发电机的电磁功率P_e输入到同步发电机机电暂态单元6，解出的虚拟三相逆变器的机端参考电压V_td和V_tq输出到比较器12中。

比较器12将机端参考电压V_td和V_tq分别减去dq变换单元输出的电压dq分量V_d、V_q，然后分别经过PI控制器13得到d、q轴控制电压信号E_d、E_q。事实上，由于单相逆变器的输出阻抗跟同步发电机不一致，加上其他控制参数的影响，单相逆变器实际输出V_d、V_q不一定跟同步发电机一致，因此引入了PI控制器，V_td、V_tq与实测的机端电压d-q分量V_d、V_q分别通过PI控制器得到d-q轴控制电压信号E_d、E_q。

dq反变换单元13补充一个值为0的零轴分量，d、q轴控制电压信号E_d、E_q和补充的零轴分量经dq反变换后产生最终PWM波形的调制信号u_ca、u_cb u_cc，取其中的a相调制信号u_ca输出到PWM信号发生器，用于单相逆变器桥路开关的控制，其中，dq反变换所需的电角度为同步发电机机电暂态单元输出的电角度θ。

由于通过功率计算单元测量的是三相功率，因此，在本发明中，设定的有功功率和设定的无功功率均扩大三倍，然后跟实测的虚拟三相逆变器输出有功功率p_out和无功功率Q_out值进行比较，单相逆变器实际输出的有功功率和无功功率分别为P_out/3和Q_out/3。P_m和P_e分别是机械功率和电磁功率。

测量的单相逆变器端电压u和端电流i滤波后经移相单元分别均移相1200和2400构造出另外两相虚拟电压u_b、u_c和另外两相虚拟电流i_b、i_c，最终合成虚拟三相电压u_a,b,c和虚拟三相电流i_a,b,c输入单相逆变器控制系统。u_a,b,c和i_a,b,c经过d-q变换后得到V_d、V_q、i_d、i_q。E_f和i_d、i_q经过同步发电机电磁暂态单元计算出机端参考电压V_td和V_tq。V_td和V_tq与实测的输出电压V_d、V_q进行比较，分别经过PI控制器得到d-q轴控制电压信号E_d、E_q，补充一个值为0的零轴分量，E_d、E_q和零轴分量经d-q反变换后产生最终PWM波形的调制信号u_ca、u_cb u_cc，取其中的a相u_ca用于单相逆变器桥路开关的控制。

实例

下面给出待模拟的同步发电机参数，均为标幺值。

同步发电机参数：J=0.06，x_d=x_q=2.2001，R_s=0.002395，x_d′=x_q′=1.00312，T_d0′=7.2575，T_q0′=0.0859。

单相逆变器额定电压为220V，额定功率为6.67kW,频率为50HZ。实际上对应的三相同步发电机的额定电压为380V，额定功率为20kW，频率为50Hz。

下面给出两种运行模式：

（1）PQ模式：开关SW₁选择有功控制，开关SW₂选择无功控制。给定Q_set、f_n、P_set的值，此时逆变器实际输出有功功率和无功功率等于设定的参考值。

（2）Vf模式：开关SW₁选择频率控制；开关SW₂选择电压控制。给定f_n、V_set、P_ref的值，此时逆变器输出电压等于设定得出参考电压，频率等于额定频率。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种单相逆变器控制系统，其特征在于，包括：

一移相单元，通过移相技术将单相逆变器实际输出的电压u、电流i分别均移相120°和240°构造出另外两相虚拟电压u_b、u_c和虚拟电流i_b、i_c，最终合成对称的虚拟三相电压u_a、u_b、u_c和对称的虚拟三相电流i_a、i_b、i_c；其中，电压u_a、电流i_a为没有移相的电压电流，即单相逆变器实际输出的电压u、电流i；

一dq变换单元，用于对合成的虚拟三相电压u_a、u_b、u_c和虚拟三相电流i_a、i_b、i_c分别进行dq变换，变换所需的电角度θ由同步发电机机电暂态单元提供，这样，虚拟三相电压u_a、u_b、u_c和虚拟三相电流i_a、i_b、i_c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；

一有功功率计算单元，根据电压dq分量V_d、V_q和电流dq分量i_d、i_q计算出虚拟三相逆变器输出有功功率P_out，然后输入到有功控制模块中；

一有功控制模块，将设定的单相逆变器有功功率P_set扩大三倍，并减去有功功率P_out，然后进行PI控制，得到机械功率P_m1；

一频率控制模块，将同步发电机机电暂态单元输出的电角速度ω除以2π，得到单相逆变器输出的实际频率，然后作为同步发电机实际频率f，与额定频率f_n做差，得到的频率偏差Δf=f_n-f，然后乘以下垂控制系数D_p进行比例计算，得到功率差值ΔP，再将功率差值ΔP与参考有功功率P_ref进行相加，得到机械功率P_m2，其中参考有功功率P_ref根据分布式能源的状态事先给定；在进行频率无差调节时，还需要将频率偏差Δf进行积分，得到值加入到比例计算得到的功率差值ΔP中；

有功-频率控制开关SW₁，用于选择有功或频率控制；当选择有功控制时，选择机械功率P_m1作为同步发电机的机械功率P_m输入到同步发电机机电暂态单元，当选择频率控制时，选择机械功率P_m2作为同步发电机的机械功率P_m输入到同步发电机机电暂态单元；

同步发电机机电暂态单元，用于接收来自有功-频率控制开关SW₁选择输出的同步发电机机械功率P_m以及来自同步发电机电磁暂态单元输出的电磁功率P_e，由以下方程解出电角度θ、电角速度ω：

$\frac{P_m-P_e}{\mathrm{\ω}}-\mathrm{D\Δ\ω}=J\frac{\mathrm{d\Δ\ω}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

Δω=ω-ω_n   （2）

$\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\ω}---\left(3\right)$

其中，Δω为电角速度差，ω_n为额定电角速度；D为定常阻尼系数，在设置时可以忽略阻尼的影响，设为0；J为转子转动惯量，为需要单相逆变器进行拟模拟的同步发电机的参数；

一无功功率计算单元，根据电压dq分量V_d、V_q和电流dq分量i_d、i_q计算出虚拟三相逆变器输出的无功功率Q_out；

一无功控制模块，用于将设定的单相逆变器无功功率Q_set扩大三倍，并减去无功功率Q_out，然后进行PI控制，得到的值再与设定的参考电压U_ref相加，得到励磁电压E_f1。其中，参考电压U_ref可以设为单相逆变器输出的额定电压；

一电压幅值计算单元，根据电压dq分量V_d、V_q计算出虚拟三相逆变器输出电压幅值V_out(计算得到的V_out是相电压幅值)，其值等于单相逆变器输出电压的幅值；

一电压控制模块，将设定的单相逆变器输出端电压V_set减去虚拟三相逆变器输出电压幅值V_out，然后进行PI控制，得到励磁电压E_f2；

无功-电压控制开关SW₂，用于选择无功或电压控制；当选择无功控制时，选择励磁电压E_f1作为同步发电机的励磁电压E_f输入到同步发电机电磁暂态单元，当选择电压控制时，选择励磁电压E_f2作为同步发电机的励磁电压E_f输入到同步发电机电磁暂态单元；

同步发电机电磁暂态单元，用于接收dq变换单元输出的电流dq分量i_d、i_q，然后根据选择输入励磁电压E_f，由以下方程解出同步发电机的电磁功率P_e以及虚拟三相逆变器的机端参考电压V_td和V_tq：

T′_d0E′_q=E_f-E′_q+(x_d-x′_d)i_d   （4）

T′_q0E′_d=-[E′_d+(x_q-x′_q)i_q]（5）

P_e=[E′_q+(x′_d-x′_q)i_d]i_q+E′_di_d   （6）

V_td=E′_d+x′_qi_q+R_si_d   （7）

V_tq=E′_q+x′_di_d+R_si_q   （8）

其中，E′_q、E′_d为同步发电机q、d轴暂态电动势，T′_d0和T′_q0为同步发电机d、q轴暂态时间常数，x_d和x_q为同步发电机的d、q轴同步电抗，x′_d和x′_q为同步发电机的d、q轴暂态电抗，R_s为同步发电机定子电阻，T′_d0、T′_q0、x_d、x_q、x′_d、x′_q、R_s分量是需要单相逆变器进行拟模拟的同步发电机的参数；

解出的同步发电机的电磁功率P_e输入到同步发电机机电暂态单元，解出的虚拟三相逆变器的机端参考电压V_td和V_tq输出到比较器中；

比较器和PI控制器，用于将机端参考电压V_td和V_tq分别减去dq变换单元输出的电压dq分量V_d、V_q，然后分别经过PI控制器得到d、q轴控制电压信号E_d、E_q；

一dq反变换单元，补充一个值为0的零轴分量，d、q轴控制电压信号E_d、E_q和补充的零轴分量经dq反变换后产生最终PWM波形的调制信号u_ca、u_cb u_cc，取其中的a相调制信号u_ca输出到PWM信号发生器，用于单相逆变器桥路开关的控制，其中，dq反变换所需的电角度为同步发电机机电暂态单元输出的电角度θ。

Images