CN113964858B - 一种基于对偶同步原理的三相逆变器并网控制*** - Google Patents

一种基于对偶同步原理的三相逆变器并网控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于对偶同步原理的三相逆变器并网控制***。设置了同步控制环和电压稳定外环;同步控制环连接到积分器的输入端,电压稳定外环连接到电流限幅器的输入端;同步控制环根据有功功率和有功功率参考值采用同步控制函数进行同步控制获得角频率,根据q轴电压分量和功率因数角建立制动辅助环对角频率修正,积分地输出相位;电压稳定外环根据三相电压或者功率幅值和参考值比较,经电压控制函数后选择和电流参考值结合输出d轴电流参考值。本发明为电流源三相逆变器提供了组网能力和惯量支撑,提升了其在弱网下的同步性能,避免了同步能力弱的问题,避免了因电流限幅导致暂态失稳的问题,使得三相逆变器与同步机完全对偶。

Description

一种基于对偶同步原理的三相逆变器并网控制***
技术领域
本发明涉及并网三相逆变器的控制领域的并网控制***和方法,具体涉及 一种对偶同步机式的三相逆变器并网控制***。
背景技术
随着电力电子技术的发展,越来越多的可再生能源发电和直流输电通过三 相逆变器并入电网。这为电网提供便利的同时也为其安全运行带来了新的挑战。
目前常见的并网三相逆变器主要为锁相环同步的电流源型三相逆变器和虚 拟同步机式的电压源型三相逆变器两种。其中,锁相环同步的电流源型三相逆 变器不具备电压和频率支撑能力,不能为电网提供其所需惯量,弱网下因外环 和同步控制环的耦合,容易发生稳定性问题。虚拟同步机式的电压源型三相逆 变器模仿同步机特性,提供电压和频率支撑的能力,不易发生小干扰失稳。
但三相逆变器模仿同步机时,外特性作为电压源会在过载时由于电流限幅 的原因蜕化为电流源,使得功角曲线发生切换,稳定分析变得复杂,稳定裕度 降低,更容易发生暂态失稳。因此,如何使并网三相逆变器同时保证弱网下小 干扰稳定性和暂态稳定性的同时,而且还可以为电力***提供所需的惯量,在 现有技术中比较缺乏相关技术。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种对偶同步机式的三相逆变器并网控制 ***。该控制下的三相逆变器具有小干扰稳定性较好,不存在暂态下功角曲线 切换,能够为电网提供惯量和频率支撑等优点,能实现三相逆变器并网的稳定 运行。本发明采用有功功率同步,控制外环维持电压电流幅值,控制内环采用 电流dq解耦控制。与虚拟同步机相比由于没有电压外环,功角曲线一直为电 流功角曲线,避免了虚拟同步机电流饱和下曲线切换的问题,且采用制动辅助环提高暂态稳定性。
为了实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
本发明包括三相逆变器、电网侧结构、空间矢量脉宽调制器、派克变换器、 积分器、电流内环;三相逆变器和电网侧结构连接,外部输入信号依次经积分 器后连接输入到空间矢量脉宽调制器,外部输入信号同时经电流限幅器、电流 内环后连接输入到空间矢量脉宽调制器,空间矢量脉宽调制器连接输入到三相逆变器的三相控制端;其特征在于:还设置了同步控制环和电压稳定外环;同 步控制环连接到积分器的输入端,电压稳定外环连接到电流限幅器的输入端。
所述的电网侧结构包括了LCL滤波器、变压器、线路、电网;电网依次经 线路、变压器、LCL滤波器后和三相逆变器的三相输入端连接。
这样本发明共设置了包含三个控制环:同步控制环,电压稳定外环和电流 内环。其中,电流内环为现有控制,来保证电流的跟踪性能。同步控制环为有 功功率同步,采用对偶摇摆方程同步为逆变器并网控制***提供惯量,也可构 造其他传递函数实现快速同步。电压稳定外环,采用(1/1+Ts)的一阶惯性控制或者下垂的比例控制方式维持电压电流的幅值。
所述的同步控制环接收三相逆变器的有功功率PE和无功功率Q、三相逆变 器的q轴电压分量Vq以及预设的有功功率参考值Pref,同步控制环根据有功功 率PE和有功功率参考值Pref采用同步控制函数进行同步控制获得三相逆变器的 角频率,同时根据三相逆变器的q轴电压分量Vq以及功率因数角 建立制动辅助环进行对三相逆变器的角频率进行修正,进而将三 相逆变器的角频率通过积分器积分获得三相逆变器的输出相位输入到空间矢量 脉宽调制器。
三相逆变器的有功功率PE和无功功率Q是由三相逆变器上所采集的三相 电流和三相电压进行计算转换获得。三相逆变器的q轴电压分量Vq是由三相电 压经过派克变换器的派克变换处理获得。
所述的同步控制环中,采用以下公式的对偶摇摆方程作为同步控制函数:
其中,J为惯性系数,D为阻尼系数,ω*为三相逆变器的角频率的标幺值, ω0为角频率参考值,PE为三相逆变器的有功功率,Pref为三相逆变器的有功功 率参考值,t表示时间;上述公式可见,对偶摇摆方程与同步机对偶摇摆方程 相比,有功项符号相反,满足三相逆变器运行在电流功角0-90°的需求。
对对偶摇摆方程进行拉式变换到频域表达式,将有功功率PE减去有功功率 参考值Pref获得功率误差,将功率误差利用频域表达式处理获得三相逆变器的 角频率的标幺值ω*,将三相逆变器的角频率的标幺值ω*乘以基准值ωbasic后获 得三相逆变器的角频率的实际值;再将三相逆变器的角频率的实际值通过积分 器积分获得三相逆变器的输出相位输入到空间矢量脉宽调制器和派克变换器中, 输出相位经派克变换器中用于控制派克变换。
所述的同步控制函数采用惯性控制,本发明上述同步控制函数是惯性控制 的一种,采用有功功率PE减去有功功率参考值Pref进行同步,构造惯性控制为 电力***提供频率与惯量支撑。
所述的同步控制环中添加制动辅助环,制动辅助环根据功率因数角建立 以下无功判据:
其中,表示预设的功率因数角的极限值,sign是投入制动辅助环的标志;
制动辅助环通过功率因数角判断是否越过不稳定界限,若越过稳定界限进 入不稳定区域,则投入制动辅助环制动控制制造暂态平衡点,防止暂态失稳。
当sign=1时,则投入制动辅助环,根据三相逆变器的q轴电压分量Vq加 入同步控制函数中,同步控制函数变为:
其中,Kq是辅助制动环的制动系数,Vq表示三相逆变器的q轴电压分量。
当sign=0时,则不投入制动辅助环,保持同步控制函数不变。
上述公式可见,当因电压跌落或者过载导致有功参考值大于有功极限时, 电流功角(两个电流源之间的相角差)会逐渐增大到超过90°的区域,触发制动 控制构造虚拟功率,构造了暂态平衡点,使电流功角不再继续增大。触发制动 控制时,对应的功角曲线变为图5。
本发明通过同步控制环,采取额外的制动辅助环来提高暂态稳定性。
对偶同步机式三相逆变器的稳定运行范围在0°-90°,当因电压跌落或过 载等原因导致运行点越过90°进入90-180°时就会失稳。在本发明的同步控制 环中加入制动辅助环,防止暂态失稳,证三相逆变器的暂态稳定。
所述的电压稳定外环接收预设的电压参考值V0、预设的电流参考值I0、预 设的无功功率参考值Q0、三相电压幅值V和无功功率幅值Q,电压稳定外环 根据三相电压幅值V或者无功功率幅值Q和对应的参考值进行比较,然后通过 电压控制函数G(s)控制后选择和预设的电流参考值I0进行结合输出三相逆变器 的d轴电流参考值Idref*,三相逆变器的q轴电流参考值Iqref*取为零。
所述的电压稳定外环中,根据将三相电压幅值V和对应的电压参考值进行 相减再经电压控制函数处理,再相加三相逆变器的电流参考值I0获得三相逆变 器的d轴电流参考值Idref *,具体表示为:
Idref *=I0+G(s)(V0-V)
其中,G(s)表示电压控制函数,s表示拉普拉斯算子,V表示三相逆变器的 三相电压幅值,V0表示三相逆变器的电压参考值,I0表示三相逆变器的电流参 考值,Idref *表示三相逆变器的d轴电流参考值。
所述的电压稳定外环中,根据将三相功率幅值Q和对应的功率参考值进行 相减再经电压控制函数处理,再相加三相逆变器的电流参考值I0获得三相逆变 器的d轴电流参考值Idref *,具体表示为:
Idref *=I0+G(s)(Q0-Q)
其中,G(s)表示电压控制函数,s表示拉普拉斯算子,Q表示三相逆变器的 三相功率幅值,Q0表示三相逆变器的功率参考值,I0表示三相逆变器的电流参 考值,Idref *表示三相逆变器的d轴电流参考值。
将三相逆变器的d轴电流参考值Idref*和q轴电流参考值Iqref*共同输入经电 流限幅后输入到电流内环,电流内环处理输出得到三相逆变器的d轴、q轴调 制电压分量,进而输入到空间矢量脉宽调制器;电流限幅是针对输入的值采用 预设阈值进行截断处理,大于预设阈值的值直接赋值为预设阈值,小于等于预 设阈值的值保持不变。
空间矢量脉宽调制器根据电流内环输出的三相逆变器的d轴、q轴调制电 压分量和同步控制环输出的三相逆变器的输出相位处理输出三相逆变器的脉宽 调制波形,再发送到三相逆变器,控制三相逆变器的工作。
本发明通过电压稳定外环,根据给定的三相逆变器的电压参考值和电流参 考值,保证三相逆变器能够维持输出的电压、电流幅值。
所述电流内环采用dq解耦控制。本发明通过电流内环采用dq解耦控制, 由于与其他控制环在时间尺度上不存在耦合,可以实现参数的无源设计,同时 保证电流内环的跟踪性能和稳定性。
现有控制通常使得三相逆变器外特性表现为恒定电压源。而本发明的三相 逆变器外特性表现为恒定电流源,因此在分析时可将电网与网侧阻抗通过诺顿 等效为两个并联电流源的形式,与同步机并网时等效为两个电压源串联形成外 特性对偶,两者的等效电路图如图2所示。
由于其外特性与同步机形成对偶,则其功率方程形式与同步机相同。而在 同步机中,其功角定义为同步机机端电压超前电网电压的角度,三相逆变器的 电流功角定义为三相逆变器电流滞后于电网电流的角度(图3),形成功角的对偶。由于功角的定义对偶,因此三相逆变器同步控制里为PE-Pref与同步机中同步 环节里的Pref-PE相反。
三相逆变器功角运行区域与同步机相同,三相逆变器在电流功角为0-90° 时,其功率特性与同步机功角在0-90°时相同,轻载吸收无功,重载发出无功。
本发明将三相逆变器的外特性设计为电流源,即取消外环跟踪控制,只保 留电流内环的跟踪控制,仍然采用传统的dq解耦控制,控制框图如图1。将三 相逆变器并网等效为电流源并联如图2。其中,线路阻抗与无穷大电网通过诺 顿等效变换为无穷大电流源并联线路导纳B(线路电抗X的倒数)。这与同步 机并网等效为电压源串联形成对偶。
定义三相逆变器电流的相角滞后反向网侧电流相角的角度为电流功角δI, 与同步机功角的对比如图3,则其功率方程为如下公式:
其中,δI为对偶同步机的功角,其定义为三相逆变器电流滞后反向等效网 侧电流的角度,I0表示三相逆变器电流幅值,Ig表示诺顿等效后网侧电流的幅 值,B表示等效导纳等于网侧电抗X的倒数。
本发明与同步机的功率方程形式相图。
设计三相逆变器运行在电流功角0-90°的区域,以此来满足三相逆变器既 能发出无功又能吸收无功的要求,与同步机运行在功角0-90°的特性形成对偶。
为了使三相逆变器具有惯量提供和频率支撑能力,需要构造惯性的传递函 数。为了满足运行区域对偶的目的,惯性传递函数的输入为P-P0。P为三相逆 变器有功功率,P0为有功功率参考值。可以看出,对偶的同步输入与同步机对 偶摇摆方程相比,有功项符号相反,满足三相逆变器运行在电流功角0-90°的 需求。则***在0-90°为稳定运行区域,90-180°为不稳定运行区域。
采取额外的制动辅助环来提高暂态稳定性。对偶同步机式三相逆变器的稳 定运行范围在0°-90°,当因电压跌落或过载等原因导致运行点越过90°进入 90-180°时就会失稳。因此为了防止暂态失稳,在同步控制环中加入制动辅助 环,保证三相逆变器的暂态稳定。
给定三相逆变器机端电压参考值(或者无功功率参考值)和输出电流参考 值,保证三相逆变器能够维持输出的电压、电流幅值。
电流内环仍然采用传统的dq解耦控制,由于与其他控制环在时间尺度上 不存在耦合,可以实现参数的无源设计,同时保证电流内环的跟踪性能和稳定 性。
本发明的有益效果是:
本发明给电流源形式的三相逆变器提供了惯性,提高了电流源三相逆变器 在弱网下的小干扰稳定性,同时避免了虚拟同步机式三相逆变器电流饱和导致 失稳的问题,通过制动辅助环提高了其暂态稳定性,使得三相逆变器具有良好 的惯量、频率支撑能力和较大的稳定裕度,且在多机分析时可完全借鉴同步机 理论。
本发明的这样的控制结构为电流源三相逆变器提供了组网能力和惯量支撑, 提升了其在弱网下的同步性能,避免了传统锁相环式电流源三相逆变器弱网下 同步能力弱的问题。同时,与虚拟同步机相比,避免了因电流限幅导致暂态失 稳的问题。
本发明的控制结构使得三相逆变器与同步机完全对偶:电压源与电流源外 特性对偶,功率方程对偶,对偶摇摆方程对偶,功角运行区域对偶。
附图说明
图1为本发明的控制框图;
图2为本发明与同步机的对偶等效电路图;
图3为本发明与同步机的功角向量图对比图;
图4为本发明实施例的控制框图
图5为本发明实施例在暂态下启用制动辅助环的功角曲线图;
图6为本发明实施例不同功率参考值下有功功率、无功功率、频率的波形 图;
图7为本发明实施例在网侧频率波动时,不同惯量系数下有功功率、无功 功率、频率的波形图;
图8为本发明实施例在网侧电压大幅跌落时,有制动辅助环和无制动辅助 环时的有功功率、无功功率、频率的波形图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实例对本发明作进一步详细说明。
本发明的具体实施例如下:
如图1所示,***包括三相逆变器、电网侧结构、空间矢量脉宽调制器、 派克变换器、积分器、电流内环;三相逆变器和电网侧结构连接,外部输入信 号依次经积分器后连接输入到空间矢量脉宽调制器,外部输入信号同时经电流 限幅器、电流内环后连接输入到空间矢量脉宽调制器,空间矢量脉宽调制器连接输入到三相逆变器的三相控制端;还设置了同步控制环和电压稳定外环;同 步控制环连接到积分器的输入端,电压稳定外环连接到电流限幅器的输入端。
所述的电网侧结构包括了LCL滤波器、变压器、线路、电网;电网依次经 线路、变压器、LCL滤波器后和三相逆变器的三相输入端连接。
如图4所示,控制环包括同步控制环、无功-电流(Q-I)控制外环(或电 压-电流(U-I)控制外环)和电流内环。
其中,同步控制环采用功率对偶摇摆方程和暂态稳定辅助控制,电流内环 采用传统的dq解耦控制,控制外环的可以是惯性环节1/(Js+D),也可以是下垂 控制。
同步控制环中,采用以下公式的对偶摇摆方程作为同步控制函数:
其中,J为惯性系数,D为阻尼系数,ω*为三相逆变器的角频率的标幺值, ω0为角频率参考值,PE为三相逆变器的有功功率,Pref为三相逆变器的有功功 率参考值,t表示时间;上述公式可见,对偶摇摆方程与同步机对偶摇摆方程 相比,有功项符号相反,满足三相逆变器运行在电流功角0-90°的需求。
对对偶摇摆方程进行拉式变换到频域表达式,将有功功率PE减去有功功率 参考值Pref获得功率误差,将功率误差利用频域表达式处理获得三相逆变器的 角频率的标幺值ω*,将三相逆变器的角频率的标幺值ω*乘以基准值ωbasic后获 得三相逆变器的角频率的实际值;再将三相逆变器的角频率的实际值通过积分 器积分获得三相逆变器的输出相位输入到空间矢量脉宽调制器和派克变换器中, 输出相位经派克变换器中用于控制派克变换。
本实例以对偶摇摆方程的同步方式为例,在本发明中称为对偶摇摆方程同 步,与同步机对偶摇摆方程相对偶。使三相逆变器具有惯量提供和频率支撑能 力,可以在同步控制环中采用惯性传递函数。
具体实施在同步控制环中添加制动辅助环,制动辅助环根据无功功率Q建 立以下无功判据:
其中,I0表示三相逆变器的电流参考值,X表示电网侧的等效电抗,sign 是投入制动辅助环的标志;
制动辅助环通过无功特性判断是否越过不稳定界限,若越过稳定界限进入 不稳定区域,则投入制动辅助环制动控制制造暂态平衡点,防止暂态失稳。
当sign=1时,则投入制动辅助环,根据三相逆变器的q轴电压分量Vq加 入同步控制函数中,同步控制函数变为:
其中,Kq是辅助制动环的制动系数,Vq表示三相逆变器的q轴电压分量。
当sign=0时,则不投入制动辅助环,保持同步控制函数不变。
上述公式可见,当因电压跌落或者过载导致有功参考值大于有功极限时, 电流功角会逐渐减小到0-90°区域,触发制动控制构造虚拟功率,构造了暂态 平衡点,使电流功角不再继续减小。触发制动控制时,对应的功角曲线变为图 5。
本发明通过同步控制环,采取额外的制动辅助环来提高暂态稳定性。
对偶同步机式三相逆变器的稳定运行范围在0°-90°,当因电压跌落或过 载等原因导致运行点越过90°进入90-180°时就会失稳。在本发明的同步控制 环中加入制动辅助环,防止暂态失稳,证三相逆变器的暂态稳定。
本实施例以控制外环采用U-I下垂为例,来维持三相逆变器电压和电流幅 值,其控制表达式为公式。
Idref *=I0+KV(V0-V)
其中,KV是U-I的下垂系数,V表示三相逆变器电容电压幅值,V0表示三 相逆变器电压的给定参考值,I0表示三相逆变器电流的给定参考值,Iref*表示 U-I下垂输出到电流内环的三相逆变器电流参考值。
电流内环仍然采用dq解耦控制,由于与其他控制环在时间尺度上不存在 耦合,可以实现参数的无源设计,同时保证电流内环的跟踪性能和稳定性。
在Matlab/Simulink软件中搭建如图1所示的单机无穷大***,用来做仿真 分析。部分变量的定义及物理意义如下表1所示。
表1实施例仿真验证中部分***变量的参数值
图6为本发明实施例仿真验证中,不同功率参考值时,三相逆变器有功功 率、无功功率、频率和电流功角的波形图。图6表示在轻载时,三相逆变器吸 收无功功率;在重载时,三相逆变器发出无功功率,与理论分析相符。本发明具有良好的动态响应能力,在有功功率参考值发生变化时,三相逆变器可实时 跟踪有功功率的变化且保证频率的稳定性。
图7表示在不同惯量系数J下,当电网频率变化时,三相逆变器有功功率、 无功功率、频率的波形图。由图6可以看出,在增大惯量系数后,可以延缓频 率和有功功率的变化速度,因此本发明可以为***提供惯量支撑
图8表示在网侧电压跌落严重时,有辅助制动环和无辅助制动环时的功率 和频率变化曲线。由图8可知,当发生电压跌落时,传统控制没有辅助制动环 时,当电网发生电压跌落的故障时,三相逆变器发生了暂态失稳;在采用本发明带有制动辅助环的控制后,三相逆变器在电网电压跌落时仍然可以保持稳定。 电流功角的变化和稳定机理符合理论分析,且有辅助制动环可以提高***的暂 态稳定性。
因此对偶同步控制的三相逆变器可以为***提供惯量和频率支撑,有良好 的小干扰稳定性,且采用辅助制动环后具有良好的暂态稳定性。
本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明做 出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于对偶同步原理的三相逆变器并网控制***,包括三相逆变器、电网侧结构、空间矢量脉宽调制器、派克变换器、积分器、电流内环;其特征在于:还设置了同步控制环和电压稳定外环;同步控制环连接到积分器的输入端,电压稳定外环连接到电流限幅器的输入端;
所述的同步控制环接收三相逆变器的有功功率PE和无功功率Q、三相逆变器的q轴电压分量Vq以及预设的有功功率参考值Pref,同步控制环根据有功功率PE和有功功率参考值Pref采用同步控制函数进行同步控制获得三相逆变器的角频率,同时根据三相逆变器的q轴电压分量Vq以及功率因数角建立制动辅助环进行对三相逆变器的角频率进行修正,进而将三相逆变器的角频率通过积分器积分获得三相逆变器的输出相位输入到空间矢量脉宽调制器;
所述的同步控制环中,采用以下公式的对偶摇摆方程作为同步控制函数:
其中,J为惯性系数,D为阻尼系数,ω*为三相逆变器的角频率的标幺值,ω0为角频率参考值,PE为三相逆变器的有功功率,Pref为三相逆变器的有功功率参考值,t表示时间;
对对偶摇摆方程进行拉式变换到频域表达式,将有功功率PE减去有功功率参考值Pref获得功率误差,将功率误差利用频域表达式处理获得三相逆变器的角频率的标幺值ω*,将三相逆变器的角频率的标幺值ω*乘以基准值ωbasic后获得三相逆变器的角频率的实际值;再将三相逆变器的角频率的实际值通过积分器积分获得三相逆变器的输出相位输入到空间矢量脉宽调制器和派克变换器中;
所述的同步控制环中添加制动辅助环,制动辅助环根据功率因数角建立以下无功判据:
其中,表示预设的功率因数角的极限值,sign是投入制动辅助环的标志;
当sign=1时,则投入制动辅助环,根据三相逆变器的q轴电压分量Vq加入同步控制函数中,同步控制函数变为:
其中,Kq是辅助制动环的制动系数,Vq表示三相逆变器的q轴电压分量;
当sign=0时,则不投入制动辅助环,保持同步控制函数不变;
所述的电压稳定外环接收预设的电压参考值V0、预设的电流参考值I0、预设的无功功率参考值Q0、三相电压幅值V和无功功率幅值Q,电压稳定外环根据三相电压幅值V或者无功功率幅值Q和对应的参考值进行比较,然后通过电压控制函数G(s)控制后选择和预设的电流参考值I0进行结合输出三相逆变器的d轴电流参考值Idref*;
将三相逆变器的d轴电流参考值Idref*和q轴电流参考值Iqref*共同输入经电流限幅后输入到电流内环,电流内环处理输出得到三相逆变器的d轴、q轴调制电压分量,进而输入到空间矢量脉宽调制器;空间矢量脉宽调制器根据电流内环输出的三相逆变器的d轴、q轴调制电压分量和同步控制环输出的三相逆变器的输出相位处理输出三相逆变器的脉宽调制波形,再发送到三相逆变器,控制三相逆变器的工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于对偶同步原理的三相逆变器并网控制***,其特征在于:
所述的电压稳定外环中,根据将三相电压幅值V和对应的电压参考值进行相减再经电压控制函数处理,再相加三相逆变器的电流参考值I0获得三相逆变器的d轴电流参考值Idref*,具体表示为:
Idref*=I0+G(s)(V0-V)
其中,G(s)表示电压控制函数,s表示拉普拉斯算子,V表示三相逆变器的三相电压幅值,V0表示三相逆变器的电压参考值,I0表示三相逆变器的电流参考值,Idref*表示三相逆变器的d轴电流参考值。
3.根据权利要求1所述的一种基于对偶同步原理的三相逆变器并网控制***,其特征在于:所述的电压稳定外环中,根据将三相功率幅值Q和对应的功率参考值进行相减再经电压控制函数处理,再相加三相逆变器的电流参考值I0获得三相逆变器的d轴电流参考值Idref*,具体表示为:
Idref*=I0+G(s)(Q0-Q)
其中,G(s)表示电压控制函数,s表示拉普拉斯算子,Q表示三相逆变器的三相功率幅值,Q0表示三相逆变器的功率参考值,I0表示三相逆变器的电流参考值,Idref*表示三相逆变器的d轴电流参考值。
4.根据权利要求1所述的一种基于对偶同步原理的三相逆变器并网控制***,其特征在于:所述电流内环采用dq解耦控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115133578B (zh) * 2022-08-04 2024-05-28 四川大学 无网压传感器的电压源并网换流器功率自同步控制方法
CN116599125B (zh) * 2023-05-04 2023-11-24 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 一种新能源场站仿真优化方法、装置、设备及存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102914325A (zh) * 2012-10-19 2013-02-06 南京信息工程大学 一种基于消散型同步的混沌背景下微弱信号检测方法
CN105356783A (zh) * 2015-10-28 2016-02-24 浙江大学 一种针对下垂控制逆变器的增强型限流控制方法
CN110380451A (zh) * 2019-06-24 2019-10-25 上海交通大学 一种具有主动惯量响应能力的双馈风电机组
CN110729929A (zh) * 2019-10-21 2020-01-24 南京航空航天大学 一种双绕组永磁电机起动发电***及其容错控制方法
CN112018804A (zh) * 2019-05-29 2020-12-01 郑州大学 交直流混合微电网耦合逆变器级联控制实现方法
CN112968466A (zh) * 2021-02-02 2021-06-15 四川大学 一种基于功角估计的并网逆变器暂态控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102914325A (zh) * 2012-10-19 2013-02-06 南京信息工程大学 一种基于消散型同步的混沌背景下微弱信号检测方法
CN105356783A (zh) * 2015-10-28 2016-02-24 浙江大学 一种针对下垂控制逆变器的增强型限流控制方法
CN112018804A (zh) * 2019-05-29 2020-12-01 郑州大学 交直流混合微电网耦合逆变器级联控制实现方法
CN110380451A (zh) * 2019-06-24 2019-10-25 上海交通大学 一种具有主动惯量响应能力的双馈风电机组
CN110729929A (zh) * 2019-10-21 2020-01-24 南京航空航天大学 一种双绕组永磁电机起动发电***及其容错控制方法
CN112968466A (zh) * 2021-02-02 2021-06-15 四川大学 一种基于功角估计的并网逆变器暂态控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Interconnecting Very Weak AC Systems by Multiterminal VSC-HVDC Links With a Unified Virtual Synchronous Control;Linbin Huang 等;《IEEE JOURNAL OF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN POWER ELECTRONICS》;20180930;第06卷(第03期);1041-1053 *
Symmetric Admittance Modeling for Stability Analysis of Grid-Connected Converters;Luyao Xu 等;《IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION》;20200331;第35卷(第01期);434-444 *

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