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2025-05-16 19:22本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】并、離網(wǎng)運(yùn)行，且可無(wú)縫切換。良好的電網(wǎng)同步跟蹤能力。虛擬同步發(fā)電機(jī)特性。集成蓄電池管理功能。具有較高的整機(jī)效率。系統(tǒng)整體拓?fù)淙缦聢D所示：。根據(jù)蓄電池側(cè)電壓和逆變模塊輸入電壓的關(guān)系，升壓比大致在倍左右，考慮到成本、體積等因素，升壓模塊采用兩級(jí)Boost電路串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。關(guān)管IPP200N25N3，其耐壓為250V，25攝氏度下的電流為64A。效率要求，綜合確定系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率為10kHz。第一級(jí)DC-DC升壓電路工作在電流連續(xù)模式下。為了保證變換器正常工作，所以要對(duì)電感L1和電容C2進(jìn)行設(shè)計(jì)。電感電流不能出現(xiàn)斷續(xù)；其次要保證電流的紋波滿足設(shè)計(jì)要求。式中VL1為電感電壓，L1為電感的電感量。何變化，系統(tǒng)都能滿足額定輸出520W和紋波系數(shù)為的要求。取L1電感值為1mH。系統(tǒng)的穩(wěn)定性并會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的成本增加。所以電容C2的設(shè)計(jì)原則是滿足電壓的紋。結(jié)合實(shí)際并留一定裕量，取電容C2=470uF。
【正文】 此，電壓矢量 U2 在 q 軸上的投影值恒定為 0 時(shí)，電壓矢量 U U2 將不存在相位差及頻率差。 = [U2 cos(θ2 ? θ1)U2 sin(θ2 ? θ1)] 根據(jù)上述思想，設(shè)計(jì)了虛擬同步發(fā)電機(jī)同步控制器，其原理框圖如 下 圖 所示： 同步控制器原理框圖 首先，采用基于二階廣義積分器的單相鎖相環(huán)獲取各電壓矢量的幅值、相位及頻率信息；之后進(jìn)行頻率差及幅值差控制，產(chǎn)生相應(yīng)的頻率及幅值的偏移量，疊加于預(yù)并機(jī)的額定頻率及額定電壓，最終實(shí)現(xiàn)同步控制。頻率及電壓偏移信號(hào)的產(chǎn)生過(guò)程為：電壓矢量 U2 在 q 軸上的分量與 0 做差，其差值經(jīng)過(guò) PI 控制產(chǎn)生頻率偏移量 ω s（須進(jìn)行限幅），對(duì)電壓矢量的幅值差進(jìn)行 PI 控制，產(chǎn)生幅值偏移量 U s（須進(jìn)行限幅） 離網(wǎng)模式 運(yùn)行于離網(wǎng)模式 時(shí) ，由于失去了大電網(wǎng)的電壓參考， 逆變器 必須能維持自身的電壓及頻率信息，且 微網(wǎng)內(nèi) 各單元應(yīng)根據(jù)自身容量合理調(diào)節(jié)功率輸出，繼續(xù)為本地關(guān)鍵負(fù)荷提供高質(zhì)量的電能。 根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的本體算法與調(diào)速控制，可以得到虛擬同步發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制框圖，如下圖所示： 虛擬同步發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制框圖 考慮到一次調(diào)頻的作用是為了增大系統(tǒng)阻尼，因此 令阻尼系數(shù) D 等于 0 得， ?ω(s)?P(s) =mjmω0s+ 1 上式表明頻率增量Δ ω 關(guān)于有功功率 Δ P 的閉環(huán)傳遞函數(shù)為一階慣性環(huán)節(jié)， 該慣性環(huán)節(jié)不僅對(duì)輸出有功功率 Pe 起到了濾波作用，而且適當(dāng)?shù)倪x取參數(shù) m 、 J ，在一定程度上可以改善 VSG 的頻率穩(wěn)定性。有功功率 頻率調(diào)差系數(shù) m值反映了輸出有功功率變化后， VSG 頻率偏移量， m的取值應(yīng)滿足： {ω0 ?m(Pmax ?P0) ≥ ωminω0 ?m(Pmin ?P0) ≤ ωmax 同理根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制，無(wú)功功率 電壓調(diào)差系數(shù) n 應(yīng)滿足： {U0 ? n(Qmax ?Q0) ≥ UminU0 ? n(Qmin ?Q0) ≤ Umax 并網(wǎng)模式 有功功率的控制 并網(wǎng)運(yùn)行模式下有功功率 頻率閉環(huán)控制圖 由上面控制框圖可得， 并網(wǎng)運(yùn)行模式下虛擬同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)輸出有功功率為： Pe = P0 + 1m(ω0 ? ωG) 無(wú)功功率的控制 并網(wǎng)運(yùn)行模式下無(wú)功功率 電壓閉環(huán)控制圖 由上圖可知，并聯(lián)運(yùn)行模式下虛擬同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)輸出無(wú)功功率為： Qe = nUnU +1Q0 + UnU+ 1(U0 ?VG) 由上式可得， 穩(wěn)態(tài)情況下，輸出無(wú)功功率與等效輸出阻抗等有關(guān)，若并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)僅采用無(wú)功功率 電壓下垂控制對(duì)勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將無(wú)法使得輸出無(wú)功功率跟蹤額定無(wú)功功率 ，因此，在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)需對(duì)其輸出無(wú)功功率進(jìn)行積分控制 ，相應(yīng)的控制框圖 ： 加入無(wú)功功率積分控制后，虛擬同步發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)運(yùn)行模式下的穩(wěn)態(tài)輸出無(wú)功功率為額定無(wú)功功率 Q0 ，實(shí)現(xiàn)了輸出無(wú)功功率的無(wú)差控制 。 模式的切換 在并網(wǎng)工作模式下，逆變器的輸出電壓被電網(wǎng)電壓箝位而不可控，需要由電流環(huán)來(lái)控制進(jìn)網(wǎng)電流，此時(shí)為電流控制方式；在 離網(wǎng) 工作模式下，逆變器的輸出電壓由電壓環(huán)控制，此時(shí)為電壓控制方式。 在兩種工作模式切換瞬間，并網(wǎng)逆變器必須準(zhǔn)確快速地實(shí)現(xiàn)兩種控制方式的轉(zhuǎn)換，同時(shí)還要保證切換時(shí)刻，逆變器的輸出電壓幅值和相位不能與電網(wǎng)電壓幅值和相位相差太大，否則會(huì)造成本地負(fù)載電壓突變問(wèn)題，對(duì)其產(chǎn)生損害。另外，現(xiàn)有電網(wǎng)故障檢測(cè)存在檢測(cè)盲區(qū)或檢測(cè)延時(shí)，會(huì)造成電網(wǎng)斷電，但并網(wǎng)逆變器仍處于電流控制方式時(shí)，也會(huì)使輸出電壓處于 失控狀態(tài)。 為了解決上述問(wèn)題，本方案通過(guò) 間接電流控制，將電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，與獨(dú)立控制模式的電壓控制方式相結(jié)合，避免了控制模式的切換，從而真正實(shí)現(xiàn)了逆變方式的無(wú)縫切換 。下圖為間接電流控制型雙模式逆變器控制原理框圖： 并網(wǎng)到離網(wǎng) 過(guò)程可分為主動(dòng)退網(wǎng)和被迫退網(wǎng)。主動(dòng)退網(wǎng)時(shí)，系統(tǒng)收到退網(wǎng)指令后，發(fā)出信號(hào)斷開(kāi)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后電壓基準(zhǔn)信號(hào)切換到給定值。強(qiáng)迫退網(wǎng)是指由于電網(wǎng)故障引起的退網(wǎng)。一旦檢測(cè)到電網(wǎng)故障，保持幅相調(diào)節(jié)器的輸出，發(fā)出斷網(wǎng)指令，等待斷網(wǎng)；當(dāng)故障檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)檢測(cè)延時(shí)或檢測(cè)失敗時(shí)，必將 導(dǎo)致幅相調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)入限定值，此時(shí)逆變器的輸出電壓和頻率將保持在限幅值，等待斷網(wǎng)。設(shè)計(jì)該限幅值為本地負(fù)載正常工作時(shí)的允許范圍內(nèi)，仍能保持本地負(fù)載的正常供電。 獨(dú)立到并網(wǎng)過(guò)程 ： 當(dāng)系統(tǒng)收到并網(wǎng)指令后，將采取下述步驟進(jìn)行并網(wǎng)：①檢測(cè)到電網(wǎng)運(yùn)行正常；②逆變器輸出的幅值和相位迅速跟蹤電網(wǎng)的幅值和相位；③發(fā)出控制信號(hào)閉合并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，同時(shí)φ在 G（ s）作用下緩慢增大，從而調(diào)節(jié)進(jìn)網(wǎng)電流至設(shè)定值。 DCDC 級(jí)控制 策略 DCDC 級(jí)需要將輸出電壓穩(wěn)定在 400V，為逆變級(jí)提供穩(wěn)定的輸入電壓。 控制框圖如下圖： 將升壓級(jí)的輸出電壓與給定值相減，得到的差值經(jīng) PI 控制器， DSP 用 PI 控制器的結(jié)果來(lái)控制 PWM 波的占空比，從而將輸出電壓穩(wěn)定在 400V。 Δ Uo1 PI PWM 調(diào)制 Uo1*+ Uo1—
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