CN114123245A - 逆变器控制器、逆变器并网结构和电网低频振荡抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种逆变器控制器、逆变器并网结构和电网低频振荡抑制方法。其中，逆变器控制器包含功率端电压计算模块、无功环节调制电压幅值计算模块、有功环节调制电压相位计算模块以及PWM调制模块。有功环节还附加了有功功率调节模块。所提出的控制器能够通过附加的有功功率调节模块分析VSG暂态能量各分量之间的交互情况，从而以此为依据调节VSG有功环节的参考功率来减少内部能量的交互，以提高逆变器并网系统的低频振荡抑制能力。
Description
技术领域
本发明涉及本发明涉及电力电子逆变器并网控制领域，具体而言，涉及一种逆变器控制器、逆变器并网结构和电网低频振荡抑制方法。
背景技术
区域电网互联已成为电力系统的发展趋势，电网互联有助于新能源发电(光伏发电、风力发电等)的送出，也有利于提高能源利用效率。随着电网互联程度的提高，分布式能源、电动汽车等储能装置的渗透率也会跃上新的台阶。一般地，分布式电源的发电装置和电动汽车充放电装置，主要通过电力电子装置与电网相联，其优点是控制方式灵活，响应速度快，但传统功率控制模式下的电力电子设备缺乏惯性和阻尼。当大量电力电子设备与电网相联时，将导致电网出现低频振荡现象，威胁电网的安全稳定运行。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：在大量电力电子设备与电网相联的情况下，如何抑制电网的低频振荡。目的在于提供一种逆变器控制器、逆变器并网结构和电网低频振荡抑制方法，在VSG控制策略的基础上，通过减少VSG暂态能量各分量之间的交互，使电力系统能够更多地吸收暂态能量，从而抑制电网的低频振荡，保障电力系统安全稳定运行。
本发明通过下述技术方案实现：
首先，本发明提出一种逆变器控制器，包括：功率及端电压计算模块、无功环节调制电压幅值计算模块、有功环节调制电压相位计算模块、有功功率调节模块和PWM调制模块；所述功率及端电压计算模块的输入端接入逆变器输出端的三项电压和三相电流的测量值，输出端接所述无功环节调制电压幅值计算模块和所述有功环节调制电压相位计算模块的输入端；所述有功功率调节模块的输入端获取VSG有功功率增量，输出端接所述有功环节调制电压相位计算模块的输入端；所述无功环节调制电压幅值计算模块和所述有功环节调制电压相位计算模块的输出端接所述PWM调节模块的输入端，所述PWM调节模块的输出端输出PWM控制信号，用于驱动逆变器抑制电网低频振荡。
本发明基于VSG控制策略。根据暂态能流的定义，首先计算了VSG的暂态能量流及其各部分分量(暂态能量的势能分量、阻尼分量及动能分量)，并对各分量之间的交互情况进行分析，得出暂态能量流中各分量的交互主要集中在势能分量与阻尼分量之间，若能降低势能分量与阻尼分量之间的交互，即可从能量的角度提高VSG并网系统的稳定性，从而更好地抑制电力系统低频振荡。因此本发明提出的一种逆变器控制器，附加了有功功率调节模块对阻尼分量进行优化，将影响阻尼分量变化率的主要因素(有功功率相对于有功功率稳态值的增量)作为输入，经逻辑判断和有功功率调节参考值确定，并结合功率及端电压计算模块输出的有功功率在有功环节调制电压相位计算模块中计算得到逆变器调制波相位。同时，利用功率及端电压计算模块输出的无功功率和输出端电压幅值，在无功环节调制电压幅值计算模块中计算得到调制电压幅值。最后利用PWM调制模块根据调制电压幅值和逆变器调制波相位生成PWM控制信号，用于驱动逆变器，从而提高逆变器并网系统的低频振荡抑制能力，保证电力系统安全稳定运行。
作为对本发明的进一步描述，该逆变器控制器还包括dq反变换模块，用于将无功环节调制电压幅值计算结果、有功环节相位计算结果经dq反变换后得到调制电压信号。所述dq反变换模块的输入端接所述无功环节调制电压幅值计算模块和所述有功环节调制电压相位计算模块的输出端，所述dq反变换模块的输出端接所述PWM调节模块的输入端。
作为对本发明的进一步描述，所述功率及端电压计算模块包括：电压dq变换单元、电流dq变换单元、功率计算单元和端电压幅值计算单元；所述电压dq变换单元的输入端接入逆变器的三相电压，所述电流dq变换单元的输入端接入逆变器的三相电流，所述电压dq变换单元的输出端接所述端电压幅值计算单元的输入端，所述电流dq变换单元的输出端接所述功率计算单元的输入端，所述电压dq变换单元与所述电流dq变换单元的dq旋转坐标系角度位置输入均为逆变器调制电压的相角。
作为对本发明的进一步描述，所述无功环节调制电压幅值计算模块包括：依次连接的第一减法运算器、第三减法运算器、第一增益运算器和第一积分运算器，以及依次连接的第二减法运算器和无功下垂控制器；所述第一减法运算器的输入端接所述端电压幅值计算单元的输出端并接收逆变器端电压设定值；所述第二减法运算器的输入端接所述功率计算单元的输出无功功率输出端并接收逆变器输出无功功率设定值；所述无功下垂控制器的输出端接所述第三减法运算器的输入端；所述第一积分运算器输出无功环节调制电压幅值。
作为对本发明的进一步描述，所述有功环节调制电压相位计算模块包括：依次连接的第四减法运算器、有功下垂控制器、第五减法运算器、第二增益运算器、第二积分运算器、乘法运算器和第三积分运算器，以及依次连接的第六减法运算器和第三增益运算器；所述第四减法运算器的输入端接所述功率计算单元的有功功率输出端并接收逆变器输出有功功率设定值；所述第六减法运算器的输入端接所述第二积分运算器的输出端并接收输入的定值；所述第三增益运算器的输出端接所述第五减法运算器的输入端；所述第三积分运算器输出有功环节调制电压相位。
作为对本发明的进一步描述，所述有功功率调节模块包括：依次连接的比较器和有功功率调节参考值生成器；所述比较器的输入端获取VSG有功功率增量；所述有功功率调节参考值生成器的输出端接所述第四减法运算器的输入端。
然后，本发明提出一种逆变器并网结构，包括上述逆变器控制器、逆变器、LC滤波器、传输线路和驱动电路。所述逆变器控制器的输入端接所述逆变器的端电压、电流测量输出端，所述逆变器控制器的输出端接所述逆变器的调制信号输入端。所述LC滤波器的输入端接所述逆变器的输出端，所述LC滤波器的输出端接所述传输线路的输入端，所述传输线路的输出端连接电网侧；所述逆变器控制器的输入端接在所述LC滤波器和所述传输线路之间；所述驱动电路接在所述逆变器控制器的输出端和所述逆变器的输入端之间。
逆变器端LC滤波器的三相电压和三相电流输入至所述逆变器控制器，经分析计算后输出PWM控制信号进入驱动电路，由驱动电路驱动逆变器实现逆变功能。直流侧输出的直流电压经所述逆变器、LC滤波器和传输线路后并入电网。
最后，本发明提出一种电网低频振荡抑制方法，包括以下步骤：
获取逆变器的三相电压和三相电流；
功率及端电压计算模块根据所述三相电压计算得到逆变器的输出端电压幅值，根据所述三相电流计算得到逆变器的输出有功功率和输出无功功率；
无功环节调制电压幅值计算模块根据所述输出端电压幅值和所述输出无功功率，计算得到调制电压幅值；
根据VSG暂态能量流模型，分析得到VSG暂态能量流中阻尼分量的变化率；
有功功率调节模块对所述阻尼分量的变化率进行调节，输出有功功率调节参考值；
有功环节调制电压相位计算模块根据所述输出有功功率和所述有功功率调节参考值，计算得到逆变器调制波相位；
PWM调制模块根据所述调制电压幅值和所述逆变器调制波相位，生成PWM控制信号，用于驱动逆变器抑制电网低频振荡。
作为对本发明的进一步描述，所述有功功率调节参考值的获取方法包括以下步骤：
获取逆变器的输出有功功率P相对于有功功率稳态值P0的增量△P；
设置所述增量△P的阈值上限△Pup和阈值下限△Pdown；
当所述增量△P大于所述阈值上限△Pup时，将所述有功功率调节参考值设定为：
当所述增量△P小于所述阈值下限△Pdown时，将所述有功功率调节参考值设定为：
式中，
为初始有功功率参考值；Kp1和Kp2为有功功率参考值调整系数。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例提供的提出的一种逆变器控制器、逆变器并网结构和电网低频振荡抑制方法，能够减少VSG暂态能量各分量之间的交互，使其帮助系统更多地吸收暂态能量，从而提高逆变器并网VSG抑制电力系统低频振荡的能力；提出的一种以实现逆变器并网电力系统的稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的一种逆变器控制器结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的一种逆变器并网结构代理拓扑结构示意图；
图3为本发明实施例3提供的低频振荡抑制过程中有功功率参考值修正曲线图；
图4为本发明实施例3提供的控制器作用前后系统低频振荡对比图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-功率及端电压计算模块，2-无功环节调制电压幅值计算模块，3-有功环节调制电压相位计算模块，4-有功功率调节模块，5-PWM调制模块，6-dq反变换模块，11-电压dq变换单元，12-电流dq变换单元，13-功率计算单元，14-端电压幅值计算单元，21-第一减法运算器，22-第二减法运算器，23-第三减法运算器，24-无功下垂控制器，25-第一增益运算器，26-第一积分运算器，31-第四减法运算，32-有功下垂控制器，33-第五减法运算器，34-第二增益运算器，35-第二积分运算器，36-乘法运算器，37-第三积分运算器，38-第六减法运算器，39-第三增益运算器，41-比较器，42-有功功率调节参考值生成器，51-逆变器，52-LC滤波器，53-传输线路，54-驱动电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
针对传统功率控制模式下的电力电子设备缺乏惯性和阻尼，当大量电力电子设备与电网相联时，将导致电网出现低频振荡现象，威胁电网的安全稳定运行的问题。本实施例首先根据暂态能流的定义，计算了VSG的暂态能量流及其各部分分量(暂态能量的势能分量、阻尼分量及动能分量)；然后对各分量之间的交互情况进行分析，得出暂态能量流中各分量的交互主要集中在势能分量与阻尼分量之间；最后分析得出：若能降低势能分量与阻尼分量之间的交互，即可从能量的角度提高VSG并网系统的稳定性，从而更好地抑制电力系统低频振荡。
基于上述分析，本实施例提供了如图1所示的一种逆变器控制器，包括：功率及端电压计算模块1、无功环节调制电压幅值计算模块2、有功环节调制电压相位计算模块3、有功功率调节模块4和PWM调制模块5；所述功率及端电压计算模块1的输入端接入逆变器输出端的三项电压和三相电流的测量值，输出端接所述无功环节调制电压幅值计算模块2和所述有功环节调制电压相位计算模块3的输入端；所述有功功率调节模块4的输入端获取VSG有功功率增量，输出端接所述有功环节调制电压相位计算模块3的输入端；所述无功环节调制电压幅值计算模块2和所述有功环节调制电压相位计算模块3的输出端接所述PWM调节模块的输入端，所述PWM调节模块的输出端输出PWM控制信号，用于驱动逆变器抑制电网低频振荡。
上述逆变器控制器，通过附加有功功率调节模块4对阻尼分量进行优化，将影响阻尼分量变化率的主要因素(有功功率相对于有功功率稳态值的增量)作为输入，经逻辑判断和确定有功功率调节参考值，并结合功率及端电压计算模块1输出的有功功率在有功环节调制电压相位计算模块3中计算得到逆变器调制波相位。同时，利用功率及端电压计算模块1输出的无功功率和输出端电压幅值，在无功环节调制电压幅值计算模块2中得到调制电压幅值。最后利用PWM调制模块5根据调制电压幅值和逆变器调制波相位生成PWM控制信号，用于驱动逆变器，从而提高逆变器并网系统的低频振荡抑制能力，保证电力系统安全稳定运行。
进一步的，该逆变器控制器还包括dq反变换模块6，用于将无功环节调制电压幅值计算结果、有功环节相位计算结果经dq反变换后得到调制电压信号。所述dq反变换模块6的输入端接所述无功环节调制电压幅值计算模块2和所述有功环节调制电压相位计算模块3的输出端，所述dq反变换模块6的输出端接所述PWM调节模块的输入端。
以下对上述逆变器控制器中的功率及端电压计算模块1、无功环节调制电压幅值计算模块2、有功环节调制电压相位计算模块3、有功功率调节模块4和dq反变换模块6的内部电路结构分别进行描述。
其中，
功率及端电压计算模块1包括：电压dq变换单元11、电流dq变换单元12、功率计算单元13和端电压幅值计算单元14；所述电压dq变换单元11的输入端接入逆变器的三相电压，所述电流dq变换单元12的输入端接入逆变器的三相电流，所述电压dq变换单元11的输出端接所述端电压幅值计算单元14的输入端，所述电流dq变换单元12的输出端接所述功率计算单元13的输入端，所述电压dq变换单元11与所述电流dq变换单元12的dq旋转坐标系角度位置输入均为逆变器调制电压的相角。
无功环节调制电压幅值计算模块2包括：依次连接的第一减法运算器21、第三减法运算器23、第一增益运算器25和第一积分运算器26，以及依次连接的第二减法运算器22和无功下垂控制器24；所述第一减法运算器21的输入端接所述端电压幅值计算单元14的输出端并接收逆变器端电压设定值；所述第二减法运算器22的输入端接所述功率计算单元13的输出无功功率输出端并接收逆变器输出无功功率设定值；所述无功下垂控制器24的输出端接所述第三减法运算器23的输入端；所述第一积分运算器26输出无功环节调制电压幅值。
有功环节调制电压相位计算模块3包括：依次连接的第四减法运算31器、有功下垂控制器32、第五减法运算器33、第二增益运算器34、第二积分运算器35、乘法运算器36和第三积分运算器37，以及依次连接的第六减法运算器38和第三增益运算器39；所述第四减法运算31器的输入端接所述功率计算单元13的有功功率输出端并接收逆变器输出有功功率设定值；所述第六减法运算器38的输入端接所述第二积分运算器35的输出端并接收输入的定值；所述第三增益运算器39的输出端接所述第五减法运算器33的输入端；所述第三积分运算器37输出有功环节调制电压相位。
有功功率调节模块4包括：依次连接的比较器41和有功功率调节参考值生成器42；所述比较器41的输入端获取VSG有功功率增量；所述有功功率调节参考值生成器42的输出端接所述第四减法运算31器的输入端。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明提出一种如图2所示的逆变器51并网结构，包括上述逆变器控制器、逆变器51、LC滤波器52、传输线路53和驱动电路54。所述逆变器控制器的输入端接所述逆变器51的端电压、电流测量输出端，所述逆变器控制器的输出端接所述逆变器51的调制信号输入端。所述LC滤波器52的输入端接所述逆变器51的输出端，所述LC滤波器52的输出端接所述传输线路53的输入端，所述传输线路53的输出端连接电网侧；所述逆变器控制器的输入端接在所述LC滤波器52和所述传输线路53之间；所述驱动电路54接在所述逆变器控制器的输出端和所述逆变器51的输入端之间。
逆变器51端LC滤波器52的三相电压和三相电流输入至所述逆变器控制器，经分析计算后输出PWM控制信号进入驱动电路54，由驱动电路54驱动逆变器51实现逆变功能。直流侧输出的直流电压经所述逆变器51、LC滤波器52和传输线路53后并入电网。
实施例3
本实施例提出一种电网低频振荡抑制方法，该方法在VSG控制策略的基础上，通过减少VSG暂态能量各分量之间的交互，使电力系统能够更多地吸收暂态能量，从而抑制电网的低频振荡，保障电力系统安全稳定运行，具体包括以下步骤：
步骤1：测量由直流侧输入逆变器端LC滤波器的三相电压ea、eb、ec和三相电流ia、ib、ic；三相电压ea、eb、ec和三相电流ia、ib、ic进入功率及端电压计算模块后，电压dq变换单元通过dq分解，将三相电压ea、eb、ec变换至同步旋转坐标系的dq轴上，得到电压的dq轴分量为ua和ub；同样的，电流dq变换单元通过dq分解，将三相电流ia、ib、ic变换至同步旋转坐标系的dq轴上，得到电压的dq轴分量为ia和ib。
步骤2：功率及端电压计算模块中，端电压幅值计算单元根据所述ua和ub计算得到逆变器的输出端电压幅值，根据所述ua、ub和ia、ib计算得到逆变器的输出有功功率P和输出无功功率Q。输出端电压幅值、输出有功功率和输出无功功率的计算公式为：
式中，P为逆变器输出有功功率，Q为逆变器输出无功功率，Et为逆变器端电压幅值。
步骤3：无功环节调制电压幅值计算模块根据所述输出端电压幅值Et和所述输出无功功率Q，计算得到调制电压幅值Eq，计算公式为：Eq＝∫Ke[(E*-Et)-n(Q-Q*)]dt(2)，式中，E*为逆变器端电压的设定值；Q*为逆变器无功功率的设定值；Ke为放大增益；n为无功电压环节的下垂系数；Eq为逆变器调制波信号中的q轴分量，调制波信号的0轴和d轴分量均为0。
步骤4：根据VSG暂态能量流模型，分析得到VSG暂态能量流中阻尼分量的变化率。
具体的分析过程如下：
根据暂态能量流的定义，计算VSG的暂态能量流及其各部分分量。能量函数的表达式为：
式中，WIN为端口流入的能量，Et和θ为端电压的幅值和相位值，P和Q表示输出的有功功率和无功功率。Ix、Iy、Vx、Vy分别为发电机电流电压在xy坐标系下的分量，Id、Iq、Vd、Vq分别表示发电机电流电压通过dq变换转化到dq坐标系上的分量。
上式(3)可以分作两个部分：
其中，We与无功环节有关，Wg与有功环节有关。
将端口流入的能量WIN运用到VSG中，We可以进一步展开为：
其中，Eq为逆变器输出电压，Rs为滤波器电阻，X1为滤波器电抗。需说明的是，由于RS数值很小，且在动态过程中，Eq又能够很快地达到稳态，即IddEq≈0，因此，将含有Rs项被忽略，得到上述(5)的最终简化结果。
又因为研究对象为暂态能量流，所以需要研究暂态过程中能量的变化。但是，由于暂态过程中电流变化的幅度较小，因此在本实施例中，We不做考虑。
同样的，Wg可以进一步展开为：
结合有功环节逆变器虚拟角频率ω和调制波的相位角δ的计算公式：
可以得到
(7)式中，J为逆变器虚拟转动惯量；m为有功下垂系数；P*为逆变器输出有功功率的设定值；ω*为逆变器输出角频率的设定值；Kd为逆变器虚拟阻尼系数；δ为逆变器调制波相位；ω0为角频率基准值。
再参考Wg部分的表达式(6)，推导暂态过程中Wg的变量如式(9)所示：
参考同步发电机，式(9)中各分量被分别定义为暂态能量的势能分量WPE、阻尼分量WD以及动能分量WKE，如式(10)所示：
由于△ω的变化通常很小，所以动能分量在总的暂态能量流中占据很小的比例，因此暂态能量流中分量的交互主要集中在势能分量与阻尼分量之间，若能降低势能分量与阻尼分量之间的交互，即可从能量的角度提高VSG并网系统的稳定性，从而更好地抑制电力系统低频振荡。因此，附加的有功功率调节模块选定了阻尼分量为优化的对象，即减小阻尼分量WD的变化。
对WD求倒得到的WD变化率为：
接下来，用小信号分析法分析VSG有功环节得到：
式中，△P表示振荡过程中有功功率输出P相对于有功功率稳态值P0的增量，△ω表示振荡过程中角频率输出ω相对于有功功率稳态值ω0的增量；对于VSG有功环节虚拟转动惯量J和虚拟阻尼系数Kd，其设计条件符合J远小于Kd，因此J/Kd项可以忽略，即表达式(12)中，△P和△ω可视为比例环节；如表达式
所示。
将表达式(13)带入表达式(12)得到：
为VSG暂态能量流中阻尼分量的变化率表达式。
步骤5：有功功率调节模块对所述阻尼分量的变化率进行调节，输出有功功率调节参考值。
从表达式(14)可以看出，阻尼分量WD的变化率与ω和△P有关，由于ω的变化造成的影响可以忽略，WD的变化率主要受△P的影响。因此，为了使W D的变化率减小，因此，附加的有功功率调节模块的输出有功功率调节参考值可按照以下方式确定：
当△P大于0且大于设定的阈值上限△Pup，为了减小WD的变化率，需要提高有功功率参考值P*以减小△P；
当△P小于0且小于设定的阈值上限△Pdown，为了减小WD的变化率，需要降低有功功率参考值P*以减小△P；
因此，输出有功功率调节参考值可按以下表达式确定：
式中，
为初始有功功率参考值；Kp1和Kp2为有功功率参考值调整系数，其值为正；△Pup为设定的阈值上限，其值为正；△Pdown为设定的阈值下限，其值为负。
步骤6：有功环节调制电压相位计算模块根据所述输出有功功率P和所述有功功率调节参考值P*，按照表达式(7)计算得到逆变器调制波相位。
步骤7：无功环节调制电压幅值计算结果、有功环节相位计算结果经dq反变换后得到调制电压信号ua、ub、uc，再根据PWM算法生成PWM控制信号，驱动三相逆变桥，实现逆变功能。
需说明的是，本实施例中，
逆变器的额定电压为380V，额定频率50Hz，额定功率为50kW。对应的，逆变器直流端额定电压Udc＝600V。三相全桥逆变电路电力电子器件为IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)，型号为英飞凌F150R12RT4。PWM载波频率为10kHz。LC滤波器的电感L为2.8mH，电容为40μF。虚拟同步发电机有功环节相关控制参数选取为m＝0.01，虚拟转动惯量J＝0.1，虚拟阻尼系数Kd＝1.0，初始参考有功功率
设定的阈值上限△Pup＝0.01，设定的阈值下限△Pdown＝-0.01，有功功率参考值调整系数Kp1＝0.8，Kp2＝0.8。控制过程中有功功率参考值修正的变化情况如图3所示，控制器作用前后系统低频振荡的抑制效果如图4所示。可以看出在该控制器的作用下，系统的低频振荡得到了较好的抑制。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种逆变器控制器，其特征在于，包括：功率及端电压计算模块(1)、无功环节调制电压幅值计算模块(2)、有功环节调制电压相位计算模块(3)、有功功率调节模块(4)和PWM调制模块(5)；所述功率及端电压计算模块(1)的输入端接入逆变器输出端的三项电压和三相电流的测量值，输出端接所述无功环节调制电压幅值计算模块(2)和所述有功环节调制电压相位计算模块(3)的输入端；所述有功功率调节模块(4)的输入端获取VSG有功功率增量，输出端接所述有功环节调制电压相位计算模块(3)的输入端；所述无功环节调制电压幅值计算模块(2)和所述有功环节调制电压相位计算模块(3)的输出端接所述PWM调节模块(5)的输入端，所述PWM调节模块(5)的输出端输出PWM控制信号，用于驱动逆变器抑制电网低频振荡。
2.根据权利要求1所述的一种逆变器控制器，其特征在于，包括dq反变换模块(6)，所述dq反变换模块(6)的输入端接所述无功环节调制电压幅值计算模块(2)和所述有功环节调制电压相位计算模块(3)的输出端，所述dq反变换模块(6)的输出端接所述PWM调节模块(5)的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种逆变器控制器，其特征在于，所述功率及端电压计算模块(1)包括：电压dq变换单元(11)、电流dq变换单元(12)、功率计算单元(13)和端电压幅值计算单元(14)；所述电压dq变换单元(11)的输入端接入逆变器的三相电压，所述电流dq变换单元(12)的输入端接入逆变器的三相电流，所述电压dq变换单元(11)的输出端接所述端电压幅值计算单元(14)的输入端，所述电流dq变换单元(12)的输出端接所述功率计算单元(13)的输入端，所述电压dq变换单元(11)与所述电流dq变换单元(12)的dq旋转坐标系角度位置输入均为逆变器调制电压的相角。
4.根据权利要求3所述的一种逆变器控制器，其特征在于，所述无功环节调制电压幅值计算模块(2)包括：依次连接的第一减法运算器(21)、第三减法运算器(23)、第一增益运算器(25)和第一积分运算器(26)，以及依次连接的第二减法运算器(22)和无功下垂控制器(24)；所述第一减法运算器(21)的输入端接所述端电压幅值计算单元(14)的输出端并接收逆变器端电压设定值；所述第二减法运算器(22)的输入端接所述功率计算单元(13)的输出无功功率输出端并接收逆变器输出无功功率设定值；所述无功下垂控制器(24)的输出端接所述第三减法运算器(23)的输入端；所述第一积分运算器(26)输出无功环节调制电压幅值。
5.根据权利要求3所述的一种逆变器控制器，其特征在于，所述有功环节调制电压相位计算模块(3)包括：依次连接的第四减法运算器(31)、有功下垂控制器(32)、第五减法运算器(33)、第二增益运算器(34)、第二积分运算器(35)、乘法运算器(36)和第三积分运算器(37)，以及依次连接的第六减法运算器(38)和第三增益运算器(39)；所述第四减法运算器(31)的输入端接所述功率计算单元(13)的有功功率输出端并接收逆变器输出有功功率设定值；所述第六减法运算器(38)的输入端接所述第二积分运算器(35)的输出端并接收输入的定值；所述第三增益运算器(39)的输出端接所述第五减法运算器(33)的输入端；所述第三积分运算器(37)输出有功环节调制电压相位。
6.根据权利要求5所述的一种逆变器控制器，其特征在于，所述有功功率调节模块(4)包括：依次连接的比较器(41)和有功功率调节参考值生成器(42)；所述比较器的输入端获取VSG有功功率增量；所述有功功率调节参考值生成器(42)的输出端接所述第四减法运算器(31)的输入端。
7.一种逆变器并网结构，其特征在于，包括：如权利要求1-6中任意一项所述的逆变器控制器和逆变器(51)；所述逆变器控制器的输入端接所述逆变器(51)的端电压、电流测量输出端，所述逆变器控制器的输出端接所述逆变器(51)的调制信号输入端；直流侧输出的直流电压经所述逆变器(51)后并入电网。
8.根据权利要求7所述的一种逆变器并网结构，其特征在于，包括：LC滤波器(52)、传输线路(53)和驱动电路(54)；所述LC滤波器(52)的输入端接所述逆变器(51)的输出端，所述LC滤波器(52)的输出端接所述传输线路(53)的输入端，所述传输线路(53)的输出端连接电网侧；所述逆变器控制器的输入端接在所述LC滤波器(52)和所述传输线路(53)之间；所述驱动电路(54)接在所述逆变器控制器的输出端和所述逆变器(51)的输入端之间。
9.一种如权利要求1-6中任意一项所述的逆变器控制器的电网低频振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取逆变器的三相电压和三相电流；
功率及端电压计算模块根据所述三相电压计算得到逆变器的输出端电压幅值，根据所述三相电流计算得到逆变器的输出有功功率和输出无功功率；
无功环节调制电压幅值计算模块根据所述输出端电压幅值和所述输出无功功率，计算得到调制电压幅值；
根据VSG暂态能量流模型，分析得到VSG暂态能量流中阻尼分量的变化率；
有功功率调节模块对所述阻尼分量的变化率进行调节，输出有功功率调节参考值；
有功环节调制电压相位计算模块根据所述输出有功功率和所述有功功率调节参考值，计算得到逆变器调制波相位；
PWM调制模块根据所述调制电压幅值和所述逆变器调制波相位，生成PWM控制信号，用于驱动逆变器抑制电网低频振荡。
10.根据权利要求9所述的一种电网低频振荡抑制方法，其特征在于，所述有功功率调节参考值的获取方法包括以下步骤：
获取逆变器的输出有功功率P相对于有功功率稳态值P0的增量△P；
设置所述增量△P的阈值上限△Pup和阈值下限△Pdown；
当所述增量△P大于所述阈值上限△Pup时，将所述有功功率调节参考值设定为：
当所述增量△P小于所述阈值下限△Pdown时，将所述有功功率调节参考值设定为：
式中，
为初始有功功率参考值；Kp1和Kp2为有功功率参考值调整系数。
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