[发明专利]一种具有阻尼实时控制功能的逆变器控制器

说明书

本发明提供了一种具有阻尼实时控制功能的逆变器控制器。该控制器可以通过下列步骤在线调整虚拟阻尼系数：系统参数的输入、电流电压的采集与变换、电网侧电压角频率及幅值的计算、输出功率及电压幅值的计算、调制波幅值的计算、调制波频率及相位的计算、坐标反变换及PWM信号的生成。在调制波相位的计算中，本发明首先通过实时建立逆变器的特征方程、计算特征根，并根据特征根实部判断系统是否在稳定域满足稳定裕度要求；其次通过分解输出功率得到虚拟阻尼转矩与虚拟同步转矩，计算系统阻尼比；最后通过调节虚拟阻尼系数使系统达到最佳的阻尼状态。该方法不仅使得逆变器有较好的运行特性，而且能够有效改善系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及电力电子逆变器领域，特别涉及一种具有阻尼实时控制功能的逆变器控制器。

背景技术

鉴于能源、环保和供电可靠性的压力，分布式发电(Distributed Generation，DG)、微电网、智能电网相继成为电力领域的研究热点。在DG和微电网中，输出功率具有随机性的新能源(如光伏，风电，电动汽车等)将大面积取代传统电力系统中的同步发电机。作为新电源并网发电的重要接口，逆变器虽因控制灵活、成本低廉和使用方便等优点得到广泛应用，但也存在着过载能力差、输出阻抗小和几乎不存在惯性等缺点。比如，当输出功率变化或负荷突变时，同步发电机会通过释放储存在转子上的动能以抑制频率的快速变化，而逆变器因惯性的缺失容易导致频率的突变。针对上述不足，相关学者提出了虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术，该技术模拟了同步发电机的外特性，将同步发电机中的转子运动方程引入逆变器的有功频率环节，增加了系统的惯性。然而，虚拟同步发电机在改善系统频率稳定性的同时，却有可能恶化了系统的功角稳定性。比如，对于含VSG的单机无穷大系统来说，当系统参数一定时，虽然VSG通过引入同步发电机的机械电磁方程使其具有一定的惯量和阻尼，但由于其引入的惯量和阻尼相对于整个系统来说比较小，系统中的其他部分可能会发生负阻尼作用从而抵消系统中原有的正阻尼，降低系统稳定性。

为了改善功角稳定性，学术界对逆变器模拟同步发电机高阶模型进行了相关研究，并提出一些改进型的虚拟同步发电机控制策略。这些控制策略虽然丰富了虚拟同步发电机的理论，但控制策略也变越来越复杂。这导致系统的稳定机理不明确，也增加了系统的不可靠。除该方案之外，有学者考虑到，相比同步发电机的参数受到限制，虚拟同步发电机的参数具有更强的可控性，故提出通过在线整定控制器参数的策略以改善系统稳定性，并成为了一种较为有效的手段。专利“一种虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法”中提出根据功率偏差调节虚拟阻尼系数以抑制低频振荡。然而，该专利中在动态调整阻尼系数的同时，又增加新的调节系数，增加了参数整定的复杂性。并且，该方法只是从振荡表象即功率偏差出发对阻尼系数进行调节，而没有从逆变器振荡机理出发调节阻尼系数，也没有使阻尼系数达到最优。因此，如何设计一种虚拟同步发电机系统的控制器，使系统具有最佳阻尼以改善系统功角稳定性，成为现如今一个亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种具有阻尼实时控制功能的逆变器控制器。该装置的主要执行步骤如下：

步骤1，逆变器初次使用时，输入系统所需参数。该参数包括逆变器所接滤波器和联接至公共耦合点线路的电路参数以及部分控制参数。所述电路参数包括逆变器所接滤波器的滤波电感L_f，滤波电容C_f及寄生电阻R_a，逆变器联接到公共耦合点的线路阻抗R_E和L_E。所述控制参数为有功下垂系数m_p、虚拟转动惯量J、无功下垂系数n_p、电压积分系数K、电压反馈系数K_a。