CN109193810B - 同步逆变器控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种同步逆变器控制方法、装置和系统，包括：功率计算模块；有功频率控制模块根据有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到逆变器的虚拟输出电压相位；无功电压调节模块根据无功功率和预设的无功参数得到逆变器的一次调节电压幅值；调制模块根据虚拟输出电压相位和一次调节电压幅值，生成相应的信号对逆变器的功率开关管进行控制。上述同步逆变器控制装置、方法和系统在进行有功频率控制时，根据有功功率和预设的有功参数对逆变器的频率进行比例积分控制，使得各有功功率控制模块能够独立改变自身出力，实现频率的无差调节，有效地保障了离网运行时的电能质量，与传统的逆变器控制系统相比具有控制可靠性高的优点。

Description

同步逆变器控制方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及微网控制技术领域，特别是涉及一种同步逆变器控制方法、装置及系统。

背景技术

随着可再生能源的发展，微网系统被广泛的应用以解决分布式电源并网问题。传统的电力系统由同步发电机主导，为电力系统提供惯性和阻尼，保证电力系统的稳定运行，同时在励磁、调速器等控制环节的作用下，能够较方便的进行频率和电压调节。受传统的电力系统运行的启发，虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，VSG)控制策略被提出并应用于微网系统中。

虚拟同步发电机是指通过模拟同步发电机的外特性进而进行控制的一种策略，微网系统中逆变器能够通过虚拟同步发电机控制策略为微网提供惯性和阻尼。但是由于传统的虚拟同步发电机通过模拟同步发电机的转子运动所实现的是一次调频，而一次调频是有差调节，不能保证离网运行时的电能质量。因此，传统的逆变器控制系统具有控制可靠性差的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对传统的虚拟同步发电机控制系统控制可靠性差的问题，提供一种同步逆变器控制方法、装置及系统。

一种同步逆变器控制装置，所述装置包括：功率计算模块，用于获取逆变器的输出电压和输出电流，并根据所述输出电压和所述输出电流计算得到所述逆变器的有功功率和无功功率；有功频率控制模块，用于根据所述有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到逆变器的虚拟输出电压相位；无功电压调节模块，用于根据所述无功功率和预设的无功参数得到逆变器的一次调节电压幅值；调制模块，用于根据所述虚拟输出电压相位和所述一次调节电压幅值，生成相应的信号对所述逆变器的功率开关管进行控制。

在一个实施例中，所述有功频率控制模块包括：角频率计算单元，用于根据所述有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到所述逆变器的一次调节输出角频率；相位计算单元，用于根据所述一次调节输出角频率进行计算，得到所述逆变器的虚拟输出电压相位。

在一个实施例中，所述预设的无功参数包括额定电压值和无功功率指令值，所述无功电压调节模块包括：幅值检测单元，用于根据所述逆变器的输出电压，得到相应的电压幅值；下垂无功功率计算单元，用于根据所述电压幅值和额定电压值计算得到逆变器的下垂无功功率；积分调节单元，用于根据所述无功功率指令值、所述无功功率和所述下垂无功功率计算得到所述逆变器的一次调节电压幅值。

在一个实施例中，所述调制模块包括：电流调节单元，用于根据所述虚拟输出电压相位和所述一次调节电压幅值，得到对应的调制波信号；控制单元，用于根据所述调制波信号和预设的载波信号，生成相应的信号对所述逆变器的功率开关管进行控制。

在一个实施例中，所述调制模块还包括PI参数辨识单元，所述PI参数辨识单元用于调整所述电流调节单元的参数。

一种同步逆变器控制方法，所述方法包括：获取逆变器的输出电压和输出电流，并根据所述输出电压和所述输出电流计算得到所述逆变器的有功功率和无功功率；根据所述有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到逆变器的虚拟输出电压相位；根据所述无功功率和预设的无功参数得到逆变器的一次调节电压幅值；根据所述虚拟输出电压相位和所述一次调节电压幅值，生成相应的信号对所述逆变器的功率开关管进行控制。

在一个实施例中，所述根据所述有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到逆变器的虚拟输出电压相位的步骤，包括：根据所述有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到所述逆变器的一次调节输出角频率；根据所述一次调节输出角频率进行计算，得到所述逆变器的虚拟输出电压相位。

在一个实施例中，所述预设的无功参数包括额定电压值和无功功率指令值，所述根据所述无功功率和预设的无功参数得到逆变器的一次调节电压幅值的步骤，包括：根据所述逆变器的输出电压，得到相应的电压幅值；根据所述电压幅值和额定电压值计算得到逆变器的下垂无功功率；根据所述无功功率指令值、所述无功功率和所述下垂无功功率计算得到所述逆变器的一次调节电压幅值。

在一个实施例中，所述根据所述虚拟输出电压相位和所述一次调节电压幅值，生成相应的信号对所述逆变器的功率开关管进行控制的步骤，包括：根据所述虚拟输出电压相位和所述一次调节电压幅值，得到对应的调制波信号；根据所述调制波信号和预设的载波信号，生成相应的信号对所述逆变器的功率开关管进行控制。

一种同步逆变器控制系统，其特征在于，所述系统包括三相逆变器主电路和控制装置，所述控制装置连接所述三相逆变器主电路中的逆变器，所述控制装置用于根据上述任一项所述的方法对所述逆变器的功率开关管进行控制。

上述同步逆变器控制装置、方法和系统，通过获取逆变器的输出电压和电流，得到对应的有功功率和无功功率，然后分别根据有功功率和无功功率进行有功频率控制和无功电压调节，得到逆变器的虚拟输出电压相位和一次调节电压幅值，进而通过调制模块生成相应的控制信号对逆变器的功率开关管进行控制。上述同步逆变器控制装置、方法和系统在进行有功频率控制时，根据有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，即对逆变器的频率进行比例积分控制，使得各有功功率控制模块能够独立改变自身出力，实现频率的无差调节，有效地保障了离网运行时的电能质量，与传统的逆变器控制系统相比具有控制可靠性高的优点。

附图说明

图1为一实施例中同步逆变器控制装置结构示意图；

图2为另一实施例中同步逆变器控制装置结构示意图；

图3为一实施例中有功频率控制框图；

图4为一实施例中角频率计算单元结构示意图；

图5为一实施例中同步逆变器控制方法流程示意图；

图6为一实施例中有功频率控制流程示意图；

图7为一实施例中无功电压调节示意图；

图8为一实施例中逆变器功率开关管控制示意图；

图9为一实施例中同步逆变器控制系统结构示意图；

图10为另一实施例中同步逆变器控制系统结构示意图；

图11为一实施例中有功频率控制小信号模型示意图；

图12为一实施例中同步逆变器控制系统根轨迹示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1，一种同步逆变器控制装置，包括功率计算模块100、有功频率控制模块200、无功电压调节模块300和调制模块400。功率计算模块100，用于获取逆变器的输出电压和输出电流，并根据输出电压和输出电流计算得到逆变器的有功功率和无功功率。

具体地，在传统的发电机系统中，频率的高低与发电机的转速有关，而转速的高低又与作用在发电机轴上的力矩平衡情况有关，发电机输出有功时，有功电流在轴上要产生阻力矩，它由原动机的主力矩来平衡，主力矩克服阻力矩(还有摩擦力矩等)而使发电机以额定转速转动。当系统有功负载增加时，各台发电机的有功电流便要增加，发电机轴上的阻力矩就增大，这时如果不增加主力矩，即开大汽门，则发电机的转速就要下降，频率就回降低(即系统有功不足频率低)。要维持频率不变，也即转速不变，就要开大汽门增加主力矩，也就是调有功。电压的波动主要是由无功负荷引起的，负载对发电机产生去磁电枢反应，使气隙的磁场被削弱，端电压便降低，要使端电压维持不变，就需要增加转子的电流以补偿去磁电枢反应部分，这就是电压变动要调无功的道理。因此，在通过模拟虚拟同步发电机对逆变器进行控制时，同样经过有功频率调节和无功电压调节两种调节机制，根据逆变器的输出电压和输出电流分别计算得到逆变器的有功功率和无功功率，以便于后续模拟虚拟同步发电机对逆变器进行控制。

应当指出的是，在一个实施例中，请参阅图2，在获取逆变器的输出电压和输出电流，并根据输出电压和输出电流计算得到逆变器的有功功率和无功功率之前，还进行逆变器输出电压和输出电流的采集。具体地，本实施例中的逆变器为三相逆变器，能够将直流电源转变为三相交流电源输出，分别采用电压采集模块500和电流采集模块600对三相逆变器的输出电压和输出电流进行采集。可以理解，在一个实施例中，在对三相逆变器的输出电压和输出电流进行采集之后，所采集得到的时三相电压和电流，为了得到相应的电压和电流方便功率计算模块100进行有功功率和无功功率的计算，还通过ABC-dq坐标变换模块700对所采集的三相电压和三相电流进行坐标变换。

有功频率控制模块200，用于根据有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到逆变器的虚拟输出电压相位。

具体地，获取对逆变器的输出电压和输出电流进行有功功率计算得到的有功功率。有功功率是指一个周期内发出或负载消耗的瞬时功率的积分的平均值(或负载电阻所消耗的功率)，因此也称平均功率。根据功率计算模块100进行有功计算得到的有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，即在进行有功频率控制时实现比例积分控制，通过比例积分控制能够使各有功功率控制能够独立改变自身出力，实现频率的无差调节，有效地保证电网离网运行时的电能质量。

进一步地，在一个实施例中，请参阅图2，有功频率控制模块200包括角频率计算单元210和相位计算单元220。角频率计算单元210用于根据有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到逆变器的一次调节输出角频率。

具体地，预设的有功参数包括预设的有功功率指令值和预设的额定功率值，在进行逆变器的输出电压相位计算时，根据预设的有功功率指令值和预设的额定功率值以及经过功率计算得到的有功功率进行比例积分计算，得到逆变器的一次调节输出角频率。其中，预设的有功功率指令值是指用户自定义设置的逆变器的输出有功功率，可以根据用户的需求设置为任意一数值；额定功率是指逆变器的额定电压和额定电流决定的功率值，其为一固定数值。有功功率指令值和额定功率值都可以以预设的形式预存于对应的有功频率控制模块200中，在进行一次调节角频率分析计算时，只要获取相应的逆变器有功功率值即可。可以理解，在另一个实施例中，还可以是在进行有功频率控制时，直接将对应的有功功率指令值和额定功率值输入，也同样可以实现一次调节输出角频率的计算。

请参阅图3，为一实施例中经过有功功率和预设的有功参数得到一次调节输出角频率的控制框图，从图中可得知Δp＝p₀-到Δω＝ω-ω₀的传递函数为：

其中，ω为一次调节输出角频率，ω₀为逆变器的参考角频率，p₀为有功功率指令值，p为逆变器的有功功率，J为转动惯量，D为阻尼系数，K_ω为调频系数，K_I为积分器系数。在逆变器的参考角频率、有功功率指令值均为已知的情况下，通过输入的有功功率就能够得到对应的一次调节输出角频率。请参阅图4，通过在调频控制端(有功频率控制器211)并联一个积分器212，实现对频率的比例积分控制，由Δp＝p₀-到Δω＝ω-ω₀的传递函数，根据终值定理可以得到G1(s)在s趋向于0也即时域t趋向无穷大时为0，则有ω＝ω₀也即可以实现无差调节。，与传统的同步逆变器控制系统相比具有控制可靠性高的优点。

相位计算单元220用于根据一次调节输出角频率进行计算，得到逆变器的虚拟输出电压相位。

具体地，在根据预设的有功参数和计算得到的有功功率计算得到逆变器的一次调节角频率之后，进行相位计算得到逆变器一次调节输出角频率对应的虚拟输出电压相位，以便于后续根据得到的虚拟输出电压相位进行逆变器功率开关管的控制。通过上述逆变器的虚拟输出电压相位计算方法，根据有功功率和对应的预设有功参数值进行比例积分运算，就能够得到逆变器一次调节输出角频率，进而得到相应的虚拟输出电压相位，具有控制可靠性高的优点。

无功电压调节模块300，用于根据无功功率和预设的无功参数得到逆变器的一次调节电压幅值。

具体地，在采集相应的逆变器输出电压和输出电流之后，还能够根据输出电压和输出电流进行无功功率的计算，进而根据所得到而无功功率和预设的无功参数计算得到对应的逆变器一次调节电压幅值，从而实现同步逆变器的无功电压调节，与有功频率调节的得到的虚拟输出电压相位一起，经电流环控制得到调制信号，进而实现对逆变器功率开关管的控制。

在一个实施例中，请参阅图2，无功电压调节模块300包括幅值检测单元310、下垂无功功率计算单元320和积分调节单元330。幅值检测单元310，用于根据逆变器的输出电压，得到相应的电压幅值。

具体地，电压幅值是指周期性电压波形在一定的测量条件下的测量值，反映出该周期性波形的特点。一般说交流电的幅值，是指交流电的最大振幅，瞬间的有效值。可以通过采集的逆变器输出电压对应的波形得到相应的电压幅值。

下垂无功功率计算单元320用于根据电压幅值和额定电压值计算得到逆变器的下垂无功功率。具体地，逆变器的额定电压即为逆变器正常工作时工作电压，也称为标准电压。根据逆变器的输出电压幅值和额定电压对应的幅值进行计算，得到逆变器的下垂无功功率。在一个实施例中，Qd＝Dd(Vn-Vo)，其中Vn为额定电压，Vo为逆变器的输出电压，Dd为电压-无功下垂系数。

积分调节单元330用于根据无功功率指令值、无功功率和下垂无功功率计算得到逆变器的一次调节电压幅值。具体地，在计算得到下垂无功功率之后，根据功率计算得到的无功功率和预设的无功功率指令值计算得到相应的逆变器一次调节电压幅值，以便于后续步骤中电流环根据逆变器一次调节电压幅值和有功功率控制时计算得到的虚拟输出电压相位生成对应的调制信号，从而对逆变器的功率开关管进行控制。应当指出的是，无功功率指令值与有功功率指令值类似，均由可由用户自行设置，可以为任意数值，只要能够合理的表示逆变器的输出无功功率即可。

调制模块400，用于根据虚拟输出电压相位和一次调节电压幅值，生成相应的信号对逆变器的功率开关管进行控制。

具体地，逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V、50HZ正弦或方波)的装置。通过采集的逆变器输出电压和输出电流，以及预设的有功参数和无功参数进行分析计算，得到逆变器的虚拟输出电压相位以及一次调节电压幅值，然后经电流环控制生成相应的控制信号，用于对逆变器的功率开关管进行控制，实现逆变器的控制。

在一个实施例中，请继续参阅图2，调制模块400包括电流调节单元410和控制单元420。电流调节单元410用于根据虚拟输出电压相位和一次调节电压幅值，得到对应的调制波信号。

具体地，在生成相应的控制控制信号对逆变器的功率开关管进行控制时，首先根据有功频率控制得到的逆变器虚拟输出电压相位和无功电压调节得到的逆变器的一次调节电压幅值生成调制波信号，然后根据调制波信号和载波信号得到相应的控制信号，完成对逆变器的功率开关管的控制。

控制单元420用于根据调制波信号和预设的载波信号，生成相应的信号对逆变器的功率开关管进行控制。具体地，载波信号就是把普通信号(声音、图像)加载到一定频率的高频信号上，在没有加载普通信号的高频信号时，高频信号的波幅是固定的，加载之后波幅就随着普通信号的变化而变化(调幅)，还可以调相、调频。载波信号一般要求正弦载波的频率远远高于调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号失真。在一个实施例中，载波信号可以通过DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)或SPWM(Sinusoidal PulseWidth Modulation，正弦脉冲宽度调制)模块生成，然后通过得到的载波信号与调制波信号进行比较分析，得到对应的控制信号实现对逆变器的功率开关管的控制。应当指出的是，在一个实施例中，载波信号为三角载波信号；可以理解，在其它实施例中，载波信号还可以是其它形式的波形，例如正弦载波信号等。在一个实施例中，调制模块400还包括dq-ABC坐标变换单元414，电流调节单元410根据虚拟输出电压相位和一次调节电压幅值生成相应的调制信号之后，还进行坐标变换得到适应逆变器功率开关管的调制信号。

在一个实施例中，调制模块400还包括PI参数辨识单元413，用于调整电流调节单元410的参数。具体地，电流调节单元410在接收到虚拟输出电压相位和一次调节电压幅值之后，根据预设的PI参数生成对应的调制信号，其中，预设的PI参数可以根据PI参数辨识模块进行调节，为同步逆变器控制装置提供自适应能力。PI参数辨识模块可以根据逆变器运行的实验数据，对电流调节单元410的PI参数进行设定或调整，具有适应能力强的优点。

上述同步逆变器控制装置，通过获取逆变器的输出电压和电流，得到对应的有功功率和无功功率，然后分别根据有功功率和无功功率进行有功频率控制和无功电压调节，得到逆变器的虚拟输出电压相位和一次调节电压幅值，进而通过调制模块生成相应的控制信号对逆变器的功率开关管进行控制。上述同步逆变器控制装置在进行有功频率控制时，根据有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，即对逆变器的频率进行比例积分控制，使得各有功功率控制模块能够独立改变自身出力，实现频率的无差调节，有效地保障了离网运行时的电能质量，与传统的逆变器控制系统相比具有控制可靠性高的优点。

请参阅图5，一种同步逆变器控制方法，包括步骤S100、步骤S200、步骤S300和步骤S400。步骤S100，获取逆变器的输出电压和输出电流，并根据输出电压和输出电流计算得到逆变器的有功功率和无功功率。

具体地，在传统的发电机系统中，频率的高低与发电机的转速有关，而转速的高低又与作用在发电机轴上的力矩平衡情况有关，发电机输出有功时，有功电流在轴上要产生阻力矩，它由原动机的主力矩来平衡，主力矩克服阻力矩(还有摩擦力矩等)而使发电机以额定转速转动。当系统有功负载增加时，各台发电机的有功电流便要增加，发电机轴上的阻力矩就增大，这时如果不增加主力矩，即开大汽门，则发电机的转速就要下降，频率就回降低(即系统有功不足频率低)。要维持频率不变，也即转速不变，就要开大汽门增加主力矩，也就是调有功。电压的波动主要是由无功负荷引起的，负载对发电机产生去磁电枢反应，使气隙的磁场被削弱，端电压便降低，要使端电压维持不变，就需要增加转子的电流以补偿去磁电枢反应部分，这就是电压变动要调无功的道理。因此，在通过模拟虚拟同步发电机对逆变器进行控制时，同样经过有功频率调节和无功电压调节两种调节机制，根据逆变器的输出电压和输出电流分别计算得到逆变器的有功功率和无功功率，以便于后续模拟虚拟同步发电机对逆变器进行控制。

应当指出的是，在一个实施例中，在获取逆变器的输出电压和输出电流，并根据输出电压和输出电流计算得到逆变器的有功功率和无功功率之前，还包括采集逆变器输出电压和输出电流的步骤。具体地，本实施例中的逆变器为三相逆变器，能够将直流电源转变为三相交流电源输出，在对三相逆变器的输出电压和输出电流进行采集之后，所采集得到的时三相电压和电流，为了得到相应的电压和电流方便功率计算模块100进行有功功率和无功功率的计算，还对所采集的三相电压和三相电流进行坐标变换。

步骤S200，根据有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到逆变器的虚拟输出电压相位。

具体地，获取对逆变器的输出电压和输出电流进行有功功率计算得到的有功功率。有功功率是指一个周期内发出或负载消耗的瞬时功率的积分的平均值(或负载电阻所消耗的功率)，因此也称平均功率。根据功率计算模块100进行有功计算得到的有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，即在进行有功频率控制时实现比例积分控制，通过比例积分控制能够使各有功功率控制能够独立改变自身出力，实现频率的无差调节，有效地保证电网离网运行时的电能质量。

进一步地，一个实施例中，请参阅图6，步骤S200包括步骤S210和步骤S220。步骤S210，根据有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到逆变器的一次调节输出角频率。

具体地，预设的有功参数包括预设的有功功率指令值和预设的额定功率值，在进行逆变器的输出电压相位计算时，根据预设的有功功率指令值和预设的额定功率值以及经过功率计算得到的有功功率进行比例积分计算，得到逆变器的一次调节输出角频率。其中，预设的有功功率指令值是指用户自定义设置的逆变器的输出有功功率，可以根据用户的需求设置为任意一数值；额定功率是指逆变器的额定电压和额定电流决定的功率值，其为一固定数值。有功功率指令值和额定功率值都可以以预设的形式预存于对应的有功频率控制模块200中，在进行一次调节角频率分析计算时，只要获取相应的逆变器有功功率值即可。可以理解，在另一个实施例中，还可以是在进行有功频率控制时，直接将对应的有功功率指令值和额定功率值输入，也同样可以实现一次调节输出角频率的计算。

请参阅图3，为一实施例中经过有功功率和预设的有功参数得到一次调节输出角频率的控制框图，从图中可得知Δp＝p₀-到Δω＝ω-ω₀的传递函数为：

其中，ω为一次调节输出角频率，ω₀为逆变器的参考角频率，p₀为有功功率指令值，p为逆变器的有功功率，J为转动惯量，D为阻尼系数，K_ω为调频系数，K_I为积分器系数。在逆变器的参考角频率、有功功率指令值均为已知的情况下，通过输入的有功功率就能够得到对应的一次调节输出角频率。即通过在调频控制端(有功频率控制器211)并联一个积分器212，实现对频率的比例积分控制，由Δp＝p₀-到Δω＝ω-ω₀的传递函数，根据终值定理可以得到该调频方案可以实现频率的无差调节，与传统的同步逆变器控制系统相比具有控制可靠性高的优点。

步骤S220，根据一次调节输出角频率进行计算，得到逆变器的虚拟输出电压相位。

具体地，在根据预设的有功参数和计算得到的有功功率计算得到逆变器的一次调节角频率之后，进行相位计算得到逆变器一次调节输出角频率对应的虚拟输出电压相位，以便于后续根据得到的虚拟输出电压相位进行逆变器功率开关管的控制。通过上述逆变器的虚拟输出电压相位计算方法，根据有功功率和对应的预设有功参数值进行比例积分运算，就能够得到逆变器一次调节输出角频率，进而得到相应的虚拟输出电压相位，具有控制可靠性高的优点。

步骤S300，根据无功功率和预设的无功参数得到逆变器的一次调节电压幅值。

具体地，在采集相应的逆变器输出电压和输出电流之后，还能够根据输出电压和输出电流进行无功功率的计算，进而根据所得到而无功功率和预设的无功参数计算得到对应的逆变器一次调节电压幅值，从而实现同步逆变器的无功电压调节，与有功频率调节的得到的虚拟输出电压相位一起，经电流环控制得到调制信号，进而实现对逆变器功率开关管的控制。

在一个实施例中，请参阅图7，预设的无功参数包括额定电压值和无功功率指令值，步骤S300包括步骤S310、步骤S320和步骤S330。步骤S310，根据逆变器的输出电压，得到相应的电压幅值。

具体地，电压幅值是指周期性电压波形在一定的测量条件下的测量值，反映出该周期性波形的特点。一般说交流电的幅值，是指交流电的最大振幅，瞬间的有效值。可以通过采集的逆变器输出电压对应的波形得到相应的电压幅值。

步骤S320，根据电压幅值和额定电压值计算得到逆变器的下垂无功功率。具体地，逆变器的额定电压即为逆变器正常工作时工作电压，也称为标准电压。根据逆变器的输出电压幅值和额定电压对应的幅值进行计算，得到逆变器的下垂无功功率。在一个实施例中，Qd＝Dd(Vn-Vo)，其中Vn为额定电压，Vo为逆变器的输出电压，Dd为电压-无功下垂系数。

步骤S330，根据无功功率指令值、无功功率和下垂无功功率计算得到逆变器的一次调节电压幅值。具体地，在计算得到下垂无功功率之后，根据功率计算得到的无功功率和预设的无功功率指令值计算得到相应的逆变器一次调节电压幅值，以便于后续步骤中电流环根据逆变器一次调节电压幅值和有功功率控制时计算得到的虚拟输出电压相位生成对应的调制信号，从而对逆变器的功率开关管进行控制。应当指出的是，无功功率指令值与有功功率指令值类似，均由可由用户自行设置，可以为任意数值，只要能够合理的表示逆变器的输出无功功率即可。

步骤S400，根据虚拟输出电压相位和一次调节电压幅值，生成相应的信号对逆变器的功率开关管进行控制。

具体地，逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V、50HZ正弦或方波)的装置。通过采集的逆变器输出电压和输出电流，以及预设的有功参数和无功参数进行分析计算，得到逆变器的虚拟输出电压相位以及一次调节电压幅值，然后经电流环控制生成相应的控制信号，用于对逆变器的功率开关管进行控制，实现逆变器的控制。

在一个实施例中，请参阅图8，步骤S400包括步骤S410和步骤S420。步骤S410，根据虚拟输出电压相位和一次调节电压幅值，得到对应的调制波信号。

具体地，在生成相应的控制控制信号对逆变器的功率开关管进行控制时，首先根据有功频率控制得到的逆变器虚拟输出电压相位和无功电压调节得到的逆变器的一次调节电压幅值生成调制波信号，然后根据调制波信号和载波信号得到相应的控制信号，完成对逆变器的功率开关管的控制。

步骤S420，根据调制波信号和预设的载波信号，生成相应的信号对逆变器的功率开关管进行控制。具体地，载波信号就是把普通信号(声音、图象)加载到一定频率的高频信号上，在没有加载普通信号的高频信号时，高频信号的波幅是固定的，加载之后波幅就随着普通信号的变化而变化(调幅)，还可以调相、调频。载波信号一般要求正弦载波的频率远远高于调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号失真。在一个实施例中，载波信号可以通过DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)或SPWM(Sinusoidal Pulse WidthModulation，正弦脉冲宽度调制)模块生成，然后通过得到的载波信号与调制波信号进行比较分析，得到对应的控制信号实现对逆变器的功率开关管的控制。应当指出的是，在一个实施例中，载波信号为三角载波信号。

上述同步逆变器控制方法，通过获取逆变器的输出电压和电流，得到对应的有功功率和无功功率，然后分别根据有功功率和无功功率进行有功频率控制和无功电压调节，得到逆变器的虚拟输出电压相位和一次调节电压幅值，进而通过调制模块400生成相应的控制信号对逆变器的功率开关管进行控制。上述同步逆变器控制方法在进行有功频率控制时，根据有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，即对逆变器的频率进行比例积分控制，使得各有功功率控制模块能够独立改变自身出力，实现频率的无差调节，有效地保障了离网运行时的电能质量，与传统的逆变器控制系统相比具有控制可靠性高的优点。

一种同步逆变器控制系统，请参阅图9，包括三相逆变器主电路10和控制装置，控制装置20连接三相逆变器主电路10中的逆变器，控制装置用于根据上述任一项的方法对逆变器的功率开关管进行控制。

具体地，控制装置20能够采集三相逆变器主电路10中逆变器的输出电压和输出电流，从而根据所采集的电压和电流以及预设的有功参数和无功参数生成对应的控制线号对逆变器的功率开关管进行控制。控制装置20在采集逆变器的输出电压和输出电流之后分别进行有功频率控制和无功电压调节，其中，在进行有功频率控制时，在调频控制端并联一个积分器的形式，构成一个比例积分调剂装置，实现有功频率控制时的比例积分运算与控制，保障了离网运行时的电能质量。

应当指出的是，在一个实施例中，请参阅图10，三相逆变器主电路10包括三相逆变器11和滤波电路12，其中控制装置20与三相逆变器主电路10的滤波电路12连接，三相逆变器11用于与外部直流电源连接，三相逆变器11还与滤波电路12连接，滤波电路12还用于与外部负载连接。在进行有功功率计算时，相应的计算公式为：

其中，P为有功功率，E为发电机内电势，U为发电机两端电压，Z为滤波电路的阻抗，α为阻抗角。

所以根据有功功率的计算公式可以得到对应的同步功率因素为：

其中，S_E为同步功率因素，Es、δs是和参考有功P_ref和参考无功Q_ref有关的稳态工作点。E为发电机内电势，U为发电机两端电压，Z为滤波电路的阻抗，Sn为逆变器的额定功率，δ为功角，α为阻抗角。滤波电路的阻抗Z和阻抗角α满足：

在一个实施例中，请参阅图11，为有功功率的小信号模型图，可以得到Δω₀到Δω的传递函数为：

因此，请参阅图12，可以得到随着KI增大的系统根轨迹图，从系统根轨迹图可以得出，进行有功频率控制时，在调频控制端并联一个积分器，并不会影响系统的稳定性。

上述同步逆变器控制系统，通过获取逆变器的输出电压和电流，得到对应的有功功率和无功功率，然后分别根据有功功率和无功功率进行有功频率控制和无功电压调节，得到逆变器的虚拟输出电压相位和一次调节电压幅值，进而通过调制模块400生成相应的控制信号对逆变器的功率开关管进行控制。上述同步逆变器控制系统在进行有功频率控制时，根据有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，即对逆变器的频率进行比例积分控制，使得各有功功率控制模块能够独立改变自身出力，实现频率的无差调节，有效地保障了离网运行时的电能质量，与传统的逆变器控制系统相比具有控制可靠性高的优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种同步逆变器控制装置，其特征在于，所述装置包括：

功率计算模块，用于获取逆变器的输出电压和输出电流，并根据所述输出电压和所述输出电流计算得到所述逆变器的有功功率和无功功率；

有功频率控制模块，用于根据所述有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到逆变器的虚拟输出电压相位；

无功电压调节模块，用于根据所述无功功率和预设的无功参数得到逆变器的一次调节电压幅值；

调制模块，用于根据所述虚拟输出电压相位和所述一次调节电压幅值，生成相应的信号对所述逆变器的功率开关管进行控制；

其中，所述有功频率控制模块包括：

角频率计算单元，用于根据所述有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到所述逆变器的一次调节输出角频率；所述有功功率到所述一次调节输出角频率的传递函数为:

式中，ω为一次调节输出角频率，ω₀为逆变器的参考角频率，p₀为有功功率指令值，p为逆变器的有功功率，J为转动惯量，D为阻尼系数，

为调频系数，K_I为积分器系数。

2.根据权利要求1所述的同步逆变器控制装置，其特征在于，所述有功频率控制模块还包括：

相位计算单元，用于根据所述一次调节输出角频率进行计算，得到所述逆变器的虚拟输出电压相位。

3.根据权利要求1所述的同步逆变器控制装置，其特征在于，所述预设的无功参数包括额定电压值和无功功率指令值，所述无功电压调节模块包括：

幅值检测单元，用于根据所述逆变器的输出电压，得到相应的电压幅值；

下垂无功功率计算单元，用于根据所述电压幅值和额定电压值计算得到逆变器的下垂无功功率；

积分调节单元，用于根据所述无功功率指令值、所述无功功率和所述下垂无功功率计算得到所述逆变器的一次调节电压幅值。

4.根据权利要求1所述的同步逆变器控制装置，其特征在于，所述调制模块包括：

电流调节单元，用于根据所述虚拟输出电压相位和所述一次调节电压幅值，得到对应的调制波信号；

控制单元，用于根据所述调制波信号和预设的载波信号，生成相应的信号对所述逆变器的功率开关管进行控制。

5.根据权利要求4所述的同步逆变器控制装置，其特征在于，所述调制模块还包括PI参数辨识单元，所述PI参数辨识单元用于调整所述电流调节单元的参数。

6.一种同步逆变器控制方法，其特征在于，用于同步逆变器离网运行控制，所述方法包括：

获取逆变器的输出电压和输出电流，并根据所述输出电压和所述输出电流计算得到所述逆变器的有功功率和无功功率；

根据所述有功功率和预设的有功参数进行比例积分运算，得到所述逆变器的一次调节输出角频率，进而得到逆变器的虚拟输出电压相位；所述有功功率到所述一次调节输出角频率的传递函数为:

式中，ω为一次调节输出角频率，ω₀为逆变器的参考角频率，p₀为有功功率指令值，p为逆变器的有功功率，J为转动惯量，D为阻尼系数，

为调频系数，K_I为积分器系数；

根据所述无功功率和预设的无功参数得到逆变器的一次调节电压幅值；

根据所述虚拟输出电压相位和所述一次调节电压幅值，生成相应的信号对所述逆变器的功率开关管进行控制。

7.根据权利要求6所述的同步逆变器控制方法，其特征在于，所述预设的无功参数包括额定电压值和无功功率指令值，所述根据所述无功功率和预设的无功参数得到逆变器的一次调节电压幅值的步骤，包括：

根据所述逆变器的输出电压，得到相应的电压幅值；

根据所述电压幅值和额定电压值计算得到逆变器的下垂无功功率；

根据所述无功功率指令值、所述无功功率和所述下垂无功功率计算得到所述逆变器的一次调节电压幅值。

8.根据权利要求6所述的同步逆变器控制方法，其特征在于，所述根据所述虚拟输出电压相位和所述一次调节电压幅值，生成相应的信号对所述逆变器的功率开关管进行控制的步骤，包括：

根据所述虚拟输出电压相位和所述一次调节电压幅值，得到对应的调制波信号；

根据所述调制波信号和预设的载波信号，生成相应的信号对所述逆变器的功率开关管进行控制。

9.一种同步逆变器控制系统，其特征在于，所述系统包括三相逆变器主电路和控制装置，所述控制装置连接所述三相逆变器主电路中的逆变器，所述控制装置用于根据权利要求6-8任一项所述的方法对所述逆变器的功率开关管进行控制。

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