一种基于PQ控制的DG逆变器模型 A DG Inverter Model Based on PQ Control

doi:10.12677/JEE.2017.52020

Journal of Electrical Engineering
Vol.05 No.02(2017), Article ID:20903,6 pages
10.12677/JEE.2017.52020

A DG Inverter Model Based on PQ Control

Jiangang Du¹, Hong Zhang²

●Abstract

●Full-Text PDF

●Full-Text HTML

●Full-Text ePUB

●Linked References

●How to Cite this Article

¹State Grid Chengdu Electric Power Supply Company, Chengdu Sichuan

²School of Electrical and Information Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu Sichuan

Received: May 21^st, 2017; accepted: Jun. 6^th, 2017; published: Jun. 9^th, 2017

ABSTRACT

Grid-connected inverter as a link between the distributed power supply and power grid, plays a key role to the distributed power supply and the network performance. In this paper, a DG inverter model based on PQ control is designed. The inverter is selected by using the three-phase bridge PWM inverter, and the KCL and KVL are used to model the mathematical model. The mathematical model is analyzed by the mathematical model so as to carry out the design of the inverter controller. PQ control module (Controller) provides the dq conversion module mainly by the frequency tracking effect of the SPLL and coordinate transformation (SPLL/dq_transform); it can get the reference current dq component (i_Ldref, i_Lqref), power and power factor control (P/Q control) module, and the final can be 6-way PWM control signal current control (I Control) module. The simulation results show that the DG inverter model based on PQ control is excellent in performance.

Keywords:PQ Control, DG Inverter, SPWM Modulation

一种基于PQ控制的DG逆变器模型

都健刚¹，张红²

¹国家电网成都供电公司，四川成都

²西南石油大学电气信息学院，四川成都

收稿日期：2017年5月21日；录用日期：2017年6月6日；发布日期：2017年6月9日

摘要

并网逆变器作为连接分布式电源与电网的纽带，对分布式电源的并网性能有关键性的影响。本文设计了一种基于PQ控制的DG逆变器模型，逆变部分选用三相桥式PWM逆变器，采用SPWM调制方法，利用KCL和KVL，对其进行数学建模，通过分析其数学模型进行逆变控制器的设计。PQ控制模块(Controller)主要由具有频率跟踪作用的SPLL与提供坐标变换的dq变换模块(SPLL/dq_transform)、能够得到参考电流dq分量(i_Ldref, i_Lqref)的功率及功率因数控制(P/Q Control)模块、以及最终能够得到6路PWM控制信号的电流控制(I Control)模块组成。仿真结果表明：本文设计的基于PQ控制的DG逆变器模型性能优良。

关键词 :PQ控制，DG逆变器，SPWM调制

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

近20年以来，越来越多的国家都已积极开展对分布式发电系统(DG)的研究，它相对于传统的发电方式具有更多的优点，例如：对环境造成的污染少、安装地点灵活、能源利用率高(能够实现能源的阶级利用，具备制冷、发电、供热等服务功能)、能够提高供电可靠性、安全性等优点 [1] [2] [3] 。基于PQ控制的DG模型主要包括整流主电路模块(Rectifier system)、整流控制器模块(Rectifier Controller)、升压模块(Boost System)、逆变模块、PQ控制模块(Controller)、LC滤波器(LC Fliter)、三相变压器(Three-Phase Transformer)等 [4] 。逆变器由控制电路与主电路构成，根据不同的分类方式，又可分为不同的种类。所谓P/Q控制，是指由主电网来承受微电网内的负荷变动、系统频率的变化以及电压波动，各个微源(MS)通过将主电网的频率、电压当做支撑，而不对系统频率、电压进行控制调节。通常P/Q控制策略有两种：一种是给定MS原动机有功参考值P_ref，同时利用电压控制器来对P进行调控，而无功Q则直接利用给定的Q_ref进行调控；另一种则是通过直接控制逆变器实现，具体做法是采用有功率参考值Pref、Qref进行调节 [5] 。

本文设计了一种基于PQ控制的DG逆变器模型，逆变部分选用三相桥式PWM逆变器，采用SPWM调制方法。PQ控制模块(Controller)主要由具有频率跟踪作用的SPLL与提供坐标变换的dq变换模块(SPLL/dq_transform)、能够得到参考电流dq分量(i_Ldref, i_Lqref)的功率及功率因数控制(P/Q Control)模块、以及最终能够得到6路PWM控制信号的电流控制(I Control)模块组成。

2. 逆变模块主电路搭建

逆变器由控制电路与主电路构成。根据不同的分类方式，又可分为不同的种类。本文逆变部分选用三相桥式PWM逆变器，其主电路结构简图如图1中所示。采用SPWM调制方法。其中L、C构成输出滤波器。

利用KCL和KVL，对其进行数学建模，通过分析其数学模型从而进行逆变控制器的设计。

3. PQ控制模块(Controller)搭建

PQ控制模块(Controller)主要由具有频率跟踪作用的SPLL与提供坐标变换的dq变换模块(SPLL/dq_transform)、能够得到参考电流dq分量(i_Ldref, i_Lqref)的功率及功率因数控制(P/Q Control)模块、以及最终能够得到6路PWM控制信号的电流控制(I Control)模块，Controller的仿真模型如图2所示。

Figure 1. Three phase PWM inverter main circuit

图1. 三相PWM逆变器的主电路

Figure 2. Controller model

图2. Controller模型

SPLL/dq_transform锁相环节能够有效的跟踪输入电压u_abc(不易受电压扰动的影响)，兼具良好的滤波效果，达到实时跟踪电网频率，同时为dq环节提供参考角频率ω(使uq = 0)的目的，dq坐标变换由abc_to_dq0 Transformation模块提供 [6] 。其仿真模型如图3所示，图4为SPLL模块频率跟踪仿真图。

以给定MS的功率参考值P_ref、Q_ref，以及由SPLL/dq_transform模块得到的U_d、U_q作为输入，经过Switch、Gain、Divide等环节，最终输出I_{d_ref}、I_{q_ref}。其仿真模型如图5所示。

I Control模块内部只要包括PI环节(Discrete PI Controller模块)、电压前馈补偿、dq变换环节，得到参考电压u_dref、u_qref，通过坐标变换(abc_to_dq0 Transformtion模块)，得到所需的U_ref，经PWM发生器，生成6路PWM控制信号。其中Discrete PI Controller模块中K_pP = K_pQ = 0.5，K_iP = K_iQ = 20。其仿真模型如图6所示。

电流内环控制系统的幅频特性与相频特性进行仿真分析如图7、图8所示。图7为加入PI环节的开环频域响应仿真曲线，图8为加入PI环节的闭环频域响应仿真曲线。