CN104682429B - 一种电压源逆变器并联控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压源逆变器并联控制系统，包括若干并联的电压源逆变器模块，每一所述电压源逆变器模块包括依次连接的电压源、三相逆变器主电路和LC滤波电路，所述电压源逆变器模块还连接至带有切换开关的负荷，所述系统还包括：电流采集模块，第一电压采集模块，第二电压采集模块，参考信号计算模块，相位同步模块，电压参考信号生成模块；控制模块，用于根据所述电压参考信号、滤波电感电流、所述电压源逆变器模块输出的电压和载波电压产生脉冲控制信号，控制所述三相逆变器的开关。本发明稳定性和可靠性更高。

Description

一种电压源逆变器并联控制系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种电压源逆变器并联控制系统。

背景技术

随着国民经济的快速发展，人们对电力的需求量越来越大，电网的规模以及远距离输送的电力容量均在不断增长。此时，集中式大电网成本高、运行难度大、可靠性低等缺陷将随着电网规模的扩大日渐凸显，越来越不能满足人们对电力供应的质量及用电安全性与可靠性的要求。近年来，由电网中单点故障引起的大规模停电事故频频发生，充分暴露出了大电网系统的脆弱性，供电可靠性问题已引起各国人员的高度重视。此外，集中式大电网发电系统不能跟踪电力负荷的变化，系统的灵活性相对较差。若为了短暂的峰荷建造发电厂，所需花费很大，经济效益很低。为了节省投资，提高发电系统的安全性与灵活性，分布式发电系统应运而生。

分布式发电又被称为分散式发电或分布式供电，指的是通过直接布置在配电网或者分布在负荷附近的发电设施经济、高效、可靠地发电。分布式发电系统中各个发电设备相互独立，极大地提高了其安全可靠性，弥补了大电网稳定性的不足。并且，分布式发电系统建造和安装成本较低，相对于大电网而言输配电损耗也较低。同时，分布式发电系统调峰性能好，操作简单，是大电网的有力补充和有效支撑。并且随着太阳能、风能、潮汐能等新能源的大力发展，分布式发电系统得到了极大的应用。因而，分布式发电系统将在现在及未来一段时间内在国民用电中都处于至关重要的位置。

随着分布式发电的快速发展，对容量、性能、可扩展性等要求越来越高。逆变电源作为分布式发电系统中的核心发电设备，其由集中供电向分布式并联供电发展成为必然趋势，同时逆变器并联技术是分布式发电系统实现高可靠性、高冗余性、高容量和高可扩展性的基础，也是分布式发电系统稳定运行的关键所在。

但是目前的逆变器可靠性和稳定性不高，尤其在切换时稳定性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电压源逆变器并联控制系统，稳定性和可靠性更好。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电压源逆变器并联控制系统，包括若干并联的电压源逆变器模块，每一所述电压源逆变器模块包括依次连接的电压源、三相逆变器主电路和LC滤波电路，所述电压源逆变器模块还连接至带有切换开关的负荷，所述系统还包括：

电流采集模块，用于采集所述LC滤波电路的滤波电感电流；

第一电压采集模块，用于采集所述电压源逆变器模块输出的电压；

第二电压采集模块，用于采集所述电压源逆变器模块的连接公共点的电压；

参考信号计算模块，用于根据所述滤波电感电流和所述电压源逆变器模块输出的电压计算得到电压参考信号的幅值信息和频率信息；

相位同步模块，用于根据所述第二电压采集模块采集的电压和所述电压参考信号的频率信息对相位进行同步，生成所述电压参考信号的相位信息；

电压参考信号生成模块，用于根据所述电压参考信号的幅值信息和相位信息生成电压参考信号；

控制模块，用于根据所述电压参考信号、所述滤波电感电流、所述电压源逆变器模块输出的电压和载波电压产生脉冲控制信号，控制所述三相逆变器的开关。

进一步的，所述参考信号计算模块105具体包括：

功率计算单元，用于根据所述滤波电感电流和所述电压源逆变器模块输出的电压计算得到有功功率和无功功率；其中，p_o＝u_oABC·i_ABC，q_o＝u_oABC·(-j)·i_ABC，p_o表示有功功率，q_o表示无功功率，u_oABC表示所述电压源逆变器模块输出的电压，i_ABC表示滤波电感电流；

幅值计算单元，用于根据所述无功功率和逆变器电压-无功下垂曲线计算得到电压参考信号的幅值信息；其中，V_ref＝V^*-q_o·k_v，V_ref表示电压参考信号的幅值信息，V^*为逆变器电压-无功下垂曲线中所对应的最大电压，k_v为电压-无功下垂系数；

频率计算单元，用于根据所述有功功率和逆变器频率-有功下垂曲线计算得到电压参考信号的频率信息；其中，f_ref＝f^*-p_o·k_f+△f，f_ref表示电压参考信号的频率信息，f^*表示逆变器频率-有功下垂曲线中所对应的最大频率，k_f表示频率-有功下垂系数。

进一步的，所述相位同步模块具体包括：

锁相单元，用于从所述第二电压采集模块采集的电压提取出其相位信息；

预同步单元，用于根据所述第二电压采集模块采集的电压的相位信息和同步相位计算单元输出的相位信息计算得到频率调节信号；其中，

△f表示频率调节信号，θ_pcc表示第二电压采集模块采集的电压的相位信息，θ_o表示同步相位计算单元输出的相位信息，k_p表示调节比例系数，k_i表示调节积分系数；

同步相位计算单元，用于根据所述电压参考信号的频率信息和所述频率调节信号计算得到电压参考信号的相位信息；其中，

进一步的，所述电压参考信号生成模块具体用于根据所述电压参考信号的幅值信息和相位信息生成电压参考信号；其中，v_r＝V_ref·sin(θ₀)，v_r表示电压参考信号。

进一步的，所述控制模块具体包括：

调制信号计算单元，用于根据所述电压参考信号、所述LC滤波电路中的滤波电感电流和所述电压源逆变器模块输出的电压产生调制信号；其中，v_m＝v_r-i_ABC·R，v_m表示调制信号电压；

控制单元，用于根据所述调制信号电压对载波电压进行脉宽调制，从而产生脉冲控制信号，控制控制所述三相逆变器的开关。

实施本发明，具有如下有益效果：本发明将多台逆变器并联，各个模块共同承担系统功率，其功率器件所承受的电流应力减少，可靠性提高。此外，每台逆变器容量相对较小，体积和重量减少，易于实现模块化，降低了系统的生产和维护成本。加入了相位同步机制，当逆变器切换时，动态响应良好，保持系统稳定运行，因此可靠性和稳定性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的电压源逆变器并联控制系统的一个实施例的系统框图；

图2是图1的具体结构示意图；

图3是本发明实施例在系统仿真情形1时两台逆变器输出的电流波形；

图4是本发明实施例在系统仿真情形1时逆变器输出公共点的电压波形；

图5是本发明实施例在系统仿真情形2时两台逆变器输出的电流波形；

图6是本发明实施例在系统仿真情形2时逆变器输出公共点的电压波形；

图7是本发明实施例在系统仿真情形3时两台逆变器输出的电流波形；

图8是本发明实施例在系统仿真情形3时逆变器输出公共点的电压波形。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明提供的电压源逆变器并联控制系统的一个实施例的系统框图，包括若干并联的电压源逆变器模块101，每一所述电压源逆变器模块101包括依次连接的电压源U_in、三相逆变器主电路和LC滤波电路，所述电压源逆变器模块101还连接至带有切换开关S的负荷，所述系统还包括：

电流采集模块102，用于采集所述LC滤波电路的滤波电感电流i_ABC；

第一电压采集模块103，用于采集所述电压源逆变器模块101输出的电压u_oABC；

第二电压采集模块104，用于采集所述电压源逆变器模块101的连接公共点的电压u_ABC(pcc)；

参考信号计算模块105，用于根据所述滤波电感电流i_ABC和所述电压源逆变器模块101输出的电压u_oABC计算得到电压参考信号的幅值信息V_ref和频率信息f_ref；

相位同步模块106，用于根据所述第二电压采集模块104采集的电压u_ABC(pcc)和所述电压参考信号的频率信息f_ref对相位进行同步，生成所述电压参考信号的相位信息θ_o；

电压参考信号生成模块107，用于根据所述电压参考信号的幅值信息V_ref和相位信息θ_o生成电压参考信号v_r；

控制模块108，用于根据所述电压参考信号v_r、所述滤波电感电流i_ABC、所述电压源逆变器模块101输出的电压u_oABC和载波电压v_c产生脉冲控制信号d，控制所述三相逆变器的开关。

其中，参照图2，所述参考信号计算模块具体包括：

功率计算单元，用于根据所述滤波电感电流i_ABC和所述电压源逆变器模块101输出的电压u_oABC计算得到有功功率p_o和无功功率q_o；其中，p_o＝u_oABC·i_ABC，q_o＝u_oABC·(-j)·i_ABC；

幅值计算单元，用于根据所述无功功率q_o和逆变器电压-无功下垂曲线计算得到电压参考信号的幅值信息V_ref；其中，V_ref＝V^*-q_o·k_v，V^*为逆变器电压-无功下垂曲线中所对应的最大电压，k_v为电压-无功下垂系数；

频率计算单元，用于根据所述有功功率p_o和逆变器频率-有功下垂曲线计算得到电压参考信号的频率信息f_ref；其中，f_ref＝f^*-p_o·k_f+△f，f^*表示逆变器频率-有功下垂曲线中所对应的最大频率，k_f表示频率-有功下垂系数。

其中，参照图2，所述相位同步模块106具体包括：

锁相单元，用于从所述第二电压采集模块104采集的电压u_ABC(pcc)提取出其相位信息θ_pcc；

预同步单元，用于根据所述第二电压采集模块104采集的电压的相位信息θ_pcc和同步相位计算单元输出的相位信息θ_o计算得到频率调节信号△f；其中，

k_p表示调节比例系数，k_i表示调节积分系数；

同步相位计算单元，用于根据所述电压参考信号的频率信息f_ref和所述频率调节信号△f计算得到电压参考信号的相位信息θ_o；其中，

其中，所述电压参考信号生成模块107具体用于根据所述电压参考信号的幅值信息V_ref和相位信息θ_o生成电压参考信号v_r；其中，v_r＝V_ref·sin(θ₀)。

其中，所述控制模块108具体包括：

调制信号计算单元，用于根据所述电压参考信号v_r、所述LC滤波电路中的滤波电感电流i_ABC和所述电压源逆变器模块101输出的电压u_oABC产生调制信号v_m；其中，v_m＝v_r-i_ABC·R，v_m表示调制信号电压；

控制单元，用于根据所述调制信号电压v_m对载波电压v_c进行脉宽调制，从而产生脉冲控制信号d，控制控制所述三相逆变器的开关。

为说明本发明的正确性和可行性，对所提出的一种电压源逆变器并联控制系统进行了仿真实验验证，其中仿真分为两台逆变器同时开机并联运行和两台逆变器先后投入并联运行两种情况。仿真参数为：两台逆变器额定输出功率均为40kW，直流输入电压U_in均为600VDC，逆变器输出滤波电感L_f均为1mH，输出滤波电容C_f均为50μF(三角型连接)。

仿真情形1：两台逆变器同时开机并联运行，其中在t＝0.4s时刻两台逆变器并联系统负载功率由20kW突加至40kW。

图3为两台逆变器输出的电流波形，图4为逆变器输出公共点的电压波形。

仿真情形2：再将两台逆变器同时开机并联运行，其中在t＝0.4s时刻两台逆变器并联系统负载功率由40kW突卸至20kW：图5为两台逆变器输出的电流波形，图6为逆变器输出公共点的电压波形。

图3、4、5、6给出的仿真波形显示，基于本发明的控制下，两台逆变器并联系统同时开机运行很好得实现了负载功率均分，同时在负载突加\突卸时，并联系统均具有很好的动态响应，逆变器并联系统保持稳定运行。

仿真情形3：最后将两台逆变器先后投入并联运行时，其中第一台逆变器单独带负载功率40kW运行，在t＝0.2s时刻第二台逆变器投入共同承担负载功率。

图7为两台逆变器输出的电流波形，图8为逆变器输出公共点的电压波形。

图7和图8给出的仿真波形显示，基于本发明的控制下，两台逆变器先后投入并联运行时同样很好得实现了负载功率均分，同时在第二台逆变器投入瞬间，系统没有出现电流过冲现象，逆变器实现了很好的平滑切入，整个逆变器并联系统始终保持稳定运行。

实施本发明，具有如下有益效果：本发明将多台逆变器并联，各个模块共同承担系统功率，其功率器件所承受的电流应力减少，可靠性提高。此外，每台逆变器容量相对较小，体积和重量减少，易于实现模块化，降低了系统的生产和维护成本。加入了相位同步机制，当逆变器切换时，动态响应良好，保持系统稳定运行，因此可靠性和稳定性更好。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种电压源逆变器并联控制系统，包括若干并联的电压源逆变器模块，每一所述电压源逆变器模块包括依次连接的电压源、三相逆变器主电路和LC滤波电路，所述电压源逆变器模块还连接至带有切换开关的负荷，其特征在于，所述系统还包括：

电流采集模块，用于采集所述LC滤波电路的滤波电感电流；

第一电压采集模块，用于采集所述电压源逆变器模块输出的电压；

第二电压采集模块，用于采集所述电压源逆变器模块的连接公共点的电压；

参考信号计算模块，用于根据所述滤波电感电流和所述电压源逆变器模块输出的电压计算得到电压参考信号的幅值信息和频率信息；

相位同步模块，用于根据所述第二电压采集模块采集的电压和所述电压参考信号的频率信息对相位进行同步，生成所述电压参考信号的相位信息；

电压参考信号生成模块，用于根据所述电压参考信号的幅值信息和相位信息生成电压参考信号；

控制模块，用于根据所述电压参考信号、所述滤波电感电流、所述电压源逆变器模块输出的电压和载波电压产生脉冲控制信号，控制所述三相逆变器的开关；

所述参考信号计算模块具体包括：

功率计算单元，用于根据所述滤波电感电流和所述电压源逆变器模块输出的电压计算得到有功功率和无功功率；其中，p_o＝u_oABC·i_ABC，q_o＝u_oABC·(-j)·i_ABC，p_o表示有功功率，q_o表示无功功率，u_oABC表示所述电压源逆变器模块输出的电压，i_ABC表示滤波电感电流；

幅值计算单元，用于根据所述无功功率和逆变器电压-无功下垂曲线计算得到电压参考信号的幅值信息；其中，V_ref＝V^*-q_o·k_v，V_ref表示电压参考信号的幅值信息，V^*为逆变器电压-无功下垂曲线中所对应的最大电压，k_v为电压-无功下垂系数；

频率计算单元，用于根据所述有功功率和逆变器频率-有功下垂曲线计算得到电压参考信号的频率信息；其中，f_ref＝f^*-p_o·k_f+Δf，f_ref表示电压参考信号的频率信息，f^*表示逆变器频率-有功下垂曲线中所对应的最大频率，k_f表示频率-有功下垂系数；

所述相位同步模块具体包括：

锁相单元，用于从所述第二电压采集模块采集的电压提取出其相位信息；

预同步单元，用于根据所述第二电压采集模块采集的电压的相位信息和同步相位计算单元输出的相位信息计算得到频率调节信号；其中，

Δf表示频率调节信号，θ_pcc表示第二电压采集模块采集的电压的相位信息，θ_o表示同步相位计算单元输出的相位信息，k_p表示调节比例系数，k_i表示调节积分系数，s表示积分算子；

同步相位计算单元，用于根据所述电压参考信号的频率信息和所述频率调节信号计算得到电压参考信号的相位信息；其中，

${\mathrm{\θ}}_o=(f_{ref}+\mathrm{\Δ}f)\·2\mathrm{\π}\·\frac{1}{s}.$

2.如权利要求1所述的电压源逆变器并联控制系统，其特征在于，所述电压参考信号生成模块具体用于根据所述电压参考信号的幅值信息和相位信息生成电压参考信号；其中，v_r＝V_ref·sin(θ₀)，v_r表示电压参考信号。

3.如权利要求2所述的电压源逆变器并联控制系统，其特征在于，所述控制模块具体包括：

调制信号计算单元，用于根据所述电压参考信号、所述LC滤波电路中的滤波电感电流和所述电压源逆变器模块输出的电压产生调制信号；其中，v_m＝v_r-i_ABC·R，v_m表示调制信号电压，R表示虚拟电阻；

控制单元，用于根据所述调制信号电压对载波电压进行脉宽调制，从而产生脉冲控制信号，控制控制所述三相逆变器的开关。