[发明专利]具有弱电网故障穿越能力的下垂控制逆变器及其控制方法

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1.具有弱电网故障穿越能力的下垂控制逆变器的控制方法，其特征在于，所述具有弱电网故障穿越能力的下垂控制逆变器是在正常运行时采用下垂控制方法的三相并网逆变器，由三相半桥逆变电路、AD采样及调理电路、DSP控制模块和IGBT驱动保护电路组成；

所述三相半桥逆变电路由IGBT管Q₁～Q₆组成；用于对输入的直流电进行逆变产生电网所需的交流电，其输入端经直流侧电容C_dc与直流电源连接，输出端经交流滤波电感L_f、交流滤波电阻R_f和交流滤波电容C_f后，通过连接线路接入电网，连接线路电阻为R_g、电感为L_g；所述三相半桥逆变电路采用三组FF450R12ME4半桥模块组成；所述Q₁、Q₃和Q₅的集电极均连接至直流电源的正端，Q₂、Q₄和Q₆的发射极均连接至直流电源的负端；所述Q₁的发射极连接Q₄的集电极，Q₃的发射极连接Q₆的集电极，Q₅的发射极Q₂的集电极；所述Q₁、Q₃和Q₅的发射极还分别经一交流滤波电感L_f、交流滤波电阻R_f和交流滤波电容C_f后通过连接线接入电网；所述交流滤波电容C_f采用星型连接方式；

所述AD采样及调理电路由电流传感器及调理电路、电压传感器及调理电路、AD转换器1和AD转换器2组成；所述AD转换器1和AD转换器2均采用AD7656转换器；所述电流传感器及调理电路采用霍尔电流传感器，用于采集三相半桥逆变电路交流侧的两相电感电流i_lab和三相进网电流i_oabc，并将采集信息传输至DSP控制模块；所述电压传感器及调理电路采用霍尔电压传感器，用于采集三相半桥逆变电路直流侧电压U_dc、三相电容电压u_oabc和三相PCC并网点电压u_pabc，并将采集信息传输至DSP控制模块；

所述DSP控制模块由电网电压锁相单元、参考电流计算单元、电网故障检测单元、控制模式切换单元、功率外环控制单元、电压内环控制单元、电流内环控制单元、坐标变换单元、相位跟踪单元、电流跟踪单元和PWM单元组成；采用DSP28335控制器，其输出端与IGBT驱动保护电路的输入端连接；所述电网电压锁相单元，用于闭环跟踪PCC并网点电压u_pabc的相位θ_p，依次通过对PCC并网点电压u_pabc进行坐标变换、一阶惯性环节1、锁相环PI参数、参考角频率ω₀和积分器，输出相位θ_pll；所述故障检测单元，用于实时监测进网电流i_oabc瞬时值和获取PCC并网点电压幅值u_pm，并在两者之一触发对应保护设定值后产生电网故障信号；所述控制模式切换单元，用于进行下垂控制模式与电流控制模式间的切换，包括六组控制开关S_1～6；所述功率外环控制单元，用于在下垂控制模式通过有功功率参考值P_o^*、无功功率参考值Q_o^*、额定电压幅值U₀、参考角频率ω₀、电压下垂系数n、频率下垂系数m，输出参考电压u_od^*和相位θ_d；所述电压内环控制单元，用于在下垂控制模式通过参考电压u_oqd^*、反馈输出电压u_odq和前馈输出电流i_odq，u_oq^*＝0，输出参考电流i_ldqr；所述电流内环控制单元，用于通过参考电流i_ldq^*、反馈输出电流i_ldq、前馈输出电压u_odq，输出调制波dq轴分量E_dq；所述参考电流计算单元，用于计算PCC并网点电压幅值u_pm及其标幺值U_pm，并通过优先无功注入曲线要求和一阶惯性环节2，根据U_pm获取有功和无功参考电流i_dqset；所述相位跟踪单元，用于在电流控制模式通过并网点电压相位θ_p、控制参数k_p、频率下垂系数m、参考角频率ω₀和积分器，输出为相位θ_d；所述电流跟踪单元，用于在电流控制模式通过有功和无功参考电流i_dqset、控制参数k_c、电压环PI参数、前馈输出电流i_odq，输出参考电流i_ldqr；所述坐标变换单元，用于进行abc坐标至dq坐标变换或dq坐标至abc坐标变换；所述PWM单元，用于调制生成PWM控制信号；

所述IGBT驱动保护电路采用2SP0115T2A0-12驱动模块，其输出端与Q₁～Q₆的栅极连接；

具体步骤如下：

步骤S1、AD采样及调理电路实时采集12路的电压和电流信号，包括直流侧电压U_dc、两相电感电流i_lab、三相电容电压u_oabc、三相进网电流i_oabc、三相PCC并网点电压u_pabc；

步骤S2、坐标变换单元对各采集信号进行同步旋转坐标变换得到各采集信号的dq轴分量，包括两相电感电流dq轴分量i_ldq、三相电容电压dq轴分量u_odq、三相进网电流dq轴分量i_odq、三相PCC并网点电压dq轴分量u_pdq；

步骤S3、将PCC并网点电压u_pabc坐标变换所得q轴分量u_pq输入电网电压锁相单元，使u_pq依次通过一阶惯性环节1、PI控制器后，参考角频率ω₀，然后通过一个积分器后输出相位θ_pll，并将输出的相位θ_pll反馈至输入进行闭环控制；

步骤S4、参考电流计算单元对PCC并网点电压幅值u_pm进行计算并获取其标幺值U_pm，然后根据无功电流曲线和逆变器2倍电流裕量要求，分别计算无功参考电流初始值i_qset2和有功参考电流初始值i_dset2，然后经一阶惯性环节2输出无功参考电流i_qset和有功参考电流i_dset；

步骤S5、功率外环控制单元根据三相电容电压dq轴分量u_odq和三相进网电流dq轴分量i_odq计算逆变器输出的有功功率初始值p_o和无功功率初始值q_o，并经一阶滤波器输出有功功率P_o和无功功率Q_o；

步骤S6、故障检测单元判断PCC并网点电压幅值u_pm是否小于预设电压限值V^trip；同时，实时判断三相进网电流i_oabc是否大于预设电流限值I^trip，若u_pm小于V^trip或i_oabc大于I^trip，则故障检测单元输出的故障标志位Flag_f由0置1，否则故障检测单元输出的故障标志位Flag_f仍置0；

步骤S7、控制模式切换单元判断故障标志位Flag_f是否等于0，如是，控制三相并网逆变器工作于下垂控制模式，功率外环控制单元输出参考电压u_od^*和相位θ_d，电压内环控制单元输出参考电流i_ldqr，参考相位θ等于功率外环控制单元输出相位θ_d，参考电流i_ldq^*等于电压内环控制单元输出电流i_ldqr；

步骤S8、控制模式切换单元判断故障标志位Flag_f是否等于1，如是，控制模式切换单元控制三相并网逆变器工作于电流控制模式，参考相位θ等于电网电压锁相单元输出相位θ_p，参考电流i_ldq^*等于参考电流计算单元输出电流i_dqset，相位跟踪单元和电流跟踪单元依次开始工作，并输出相位θ_d和电流i_ldqr备用；

步骤S9、电流内环控制单元基于参考电流i_ldq^*生成调制波dq轴分量E_dq；

步骤S10、坐标变换单元对调制波dq轴分量E_dq进行反坐标变换生成三相调制波；

步骤S11、DSP控制模块的PWM单元进行调制生成PWM控制信号，并经过IGBT驱动保护电路，进而来驱动三相半桥逆变电路工作；

步骤S12、返回步骤S1并继续循环执行以上步骤。