[发明专利]一种单相逆变器控制系统

说明书

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（Pulse Width 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；