本发明提供一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置及方法，装置包括输入开关、输入变压器、连接电抗、功率单元、输出电抗及输出开关，通过在功率单元的整流侧加调制波来使功率单元的电压趋于稳定，通过控制四象限电力电子变流器输出端的电压电流，来改变四象限电力电子变流器发出或吸收有功或无功功率，从而模拟同步发电机、异步发电机、同步电动机、异步电动机的运行特性。在发电机特性时，变流器可为负载提供电源，也可为负载提供试验源以检测负载特性，还可调节电网无功功率等；在电动机特性时，变流器作为负载，可为待考核电源提供负载以检测电源特性，亦可作为负载调节电网功率平衡等，控制方便，响应及时。
1.一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置，其特征在于：包括输入开关、输入变压器、连接电抗、功率单元、输出电抗、输出开关及第一控制系统，所述输入变压器采用三个单相变压器串联结构，原边采用三角形接法，副边采用多副边绕组结构，每个副边绕组均依次连接电抗及单个功率单元，每个副边绕组上的单个功率单元之间采用级联形式连接起来，组成单相功率单元，功率单元由三个单相功率单元组成，三个单相功率单元的输出端均分别通过输出电抗及输出开关与电网或待测设备相连，功率单元的输出端采用带中线的星型接法，第一控制系统控制连接功率单元的逆变侧，用于形成调制波对功率单元的逆变侧进行调制；
所述第一控制系统在形成调制波时，先对功率单元逆变侧有功功率的参考值和实际值的差值进行PI控制，同时第一控制系统还对功率单元逆变侧无功功率的参考值和实际值的差值进行PI控制，将有功功率和无功功率的PI控制结果进行坐标变换，得到功率单元逆变侧的电流参考值，第一控制系统再将功率单元逆变侧的电流参考值与功率单元逆变侧电流实际值之差进行重复学习控制，得到电压调制信号，然后第一控制系统将四象限电力电子变流器输出端的输出电压及超前于输出端电压90°的调制电压相加，得到电压前馈控制信号，最后，第一控制系统将此电压前馈控制信号与电压调制信号相加，得到功率单元逆变侧的调制波，将此调制波加在功率单元的逆变侧，即可对功率单元的逆变侧进行调制，从而调节装置输出电压和输出电流的相位。
2.如权利要求1所述的一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置，其特征在于：
所述每个副边绕组上的单个功率单元采用两个H桥背靠背连接方式，左侧H桥为整流侧，右侧H桥为逆变侧，H桥采用全控半导体器件，且均并联有反向续流二极管，在两个H桥之间并联有储能电容。
3.如权利要求2所述的一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置，其特征在于：
所述的每个副边绕组上的单个功率单元之间采用级联形式连接起来，级联个数由待模拟电机的电压等级确定，每相的单个功率单元的逆变侧采用载波移相正弦波脉宽调制方式进行控制。
4.如权利要求3所述的一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置，其特征在于：
还包括第二控制系统，第二控制系统控制连接功率单元的整流侧，用来形成调制波对功率单元整流侧进行调制，在形成调制波时，第二控制系统通过先将采集到的储能电容两端的电压进行滑窗求平均，得到一个周期的平均值之后，再将此平均值和储能电容两端的额定电压之差进行PI控制，第二控制系统再将PI控制的输出信号与电压互感器采集到的输入变压器副边绕组的电压相乘后，得到功率单元输入电流的参考值，然后，第二控制系统将功率单元输入电流的参考值与电流互感器采集到的功率单元输入电流的测量值之差进行P控制，得到调制信号，接着，第二控制系统将输入变压器副边绕组的电压进行P控制后得到前馈控制信号，最后，第二控制系统将调制信号与前馈控制信号相加，即可得到功率单元整流侧的调制波，将此调制波加在功率单元的整流侧，即可对功率单元的整流侧进行调制，使储能电容上具有稳定的电压。
5.利用权利要求4所述的一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置进行模拟的方法，其特征在于：依次包括以下步骤
(1)先闭合输入开关，输入变压器投入工作，储能电容开始充电；
(2)选择所需的电压Uref、电流Iref、相角θref，计算出有功功率参考值Pref、无功功率参考值Qref，其中，Pref＝UrefIrefcosθref，Qref＝UrefIrefsinθref，下标ref表示参考值；
(3)利用功率传感器采集功率单元逆变侧的有功功率P和无功功率Q，将计算出的有功功率参考值Pref与测量到功率单元逆变侧的有功功率P的差值输入第一PI控制器，将计算出的无功功率参考值Qref与测量到功率单元逆变侧的的无功功率Q的差值输入第二PI控制器，经过PI控制之后的有功功率和无功功率经过坐标变换后得到功率单元逆变侧的电流参考值i*；第一PI控制器的计算公式为 第二PI控制器的计算公式为 其中，kp3、kp4均为比例系数，ki3、ki4均为积分系数，下标p表示比例，下标i表示积分，s表示拉普拉斯变换；
(4)利用电流互感器采集功率单元逆变侧的电流实际值is，将步骤(3)得到的功率单元逆变侧的电流参考值i*与功率单元逆变侧的电流实际值is的差值进行重复学习控制，得到调制信号Vm1；
(5)利用电压互感器采集装置输出端电压us，将电压us乘以比例系数kp5后得到与输出电压同相位的分量kp5us，电压us⊥乘以比例系数kp6后得到超前于输出电压90°的分量kp6us⊥，kp5us与kp6us⊥相加后，得到前馈控制信号Vm2，将调制信号Vm1与前馈控制信号Vm2相加后，得到单个功率单元逆变侧的调制波Vm，电压us⊥为超前于装置输出端电压90°的电压，下标p表示比例；
(6)将步骤(5)得到的单个功率单元逆变侧的调制波Vm依次错开180/N，N为每相单个功率单元的个数，即可得到各个单相功率单元的调制波；
(7)将步骤(6)得到的各个单相功率单元的调制波依次加在功率单元的逆变侧，对功率单元的逆变侧进行控制，从而调节装置输出电压和输出功率的相位。
6.如权利要求5所述的一种模拟方法，其特征在于，还包括步骤(8)至步骤(13)，具体为：
(8)利用电压互感器采集储能电容两端的电压，记为udc,将电压udc滑窗求平均得到一个周期的平均值 下标dc表示直流；
(9)将步骤(8)得到的平均值 与储能电容两端电压的参考值 的差值Δudc输入第三PI控制器，得到信号ΔI，参考值 的大小等于储能电容的额定电压；第三PI控制器的计算公式为 其中，kp为比例系数，p表示比例，ki为积分系数，i表示积分，s表示拉普拉斯变换；
(10)利用电压互感器采集输入变压器副边绕组的电压us1，将步骤(9)得到的信号ΔI与输入变压器副边绕组电压us1相乘后得到功率单元输入电流的参考值 下标s1表示变压器副边；
(11)利用电流互感器采集功率单元的输入电流is，将功率单元输入电流的参考值 与功率单元输入电流的测量值is的差值Δis输入第一P控制器，乘以比例系数kp1后，得到电压调制信号um1，其中，下标p表示比例；
(12)将采集到的输入变压器副边绕组的电压us1输入第二P控制器，乘以比例系数kp2后，得到电压前馈控制信号um2，将电压调制信号um1与电压前馈控制信号um2相加，得到功率单元整流侧的调制波um，其中，下标s1表示变压器副边，下标s表示变压器，下标p表示比例；
(13)将步骤(12)得到的调制波um加在功率单元的整流侧，使储能电容上具有稳定的电压。
一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置及方法。
背景技术
[0002] 电机在工业生产和研究试验中有着至关重要的作用。同步发电机、异步发电机可以发出有功功率和感性、容性无功功率，因此可以为负载供电或对电网进行有功、无功调节。同步电动机、异步电动机可以吸收有功功率和感性、容性无功功率，因此可以作为负载或对电网进行有功、无功调节。
[0003] 由于传统电机的惯性大、响应慢且功能具有局限性，对电机的控制较复杂，因此，用电力电子装置模拟电机特性得到青睐。申请号为201410157692.0的中国发明专利公开了《一种基于虚拟同步发电机的微网微源控制方法》，该专利利用电力电子来模拟同步发电机的特性，可以模拟同步发电机对微网进行有功调节和无功调节，同时还可实现微网不同运行模式下的切换，但是该方法只能模拟同步发电机的运行特性，具有一定的局限性。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置及方法，既可以模拟同步发电机、异步发电机的特性，还可以模拟同步电动机、异步电动机的特性。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置，包括输入开关、输入变压器、连接电抗、功率单元、输出电抗、输出开关及第一控制系统，所述输入变压器采用三个单相变压器串联结构，原边采用三角形接法，副边采用多副边绕组结构，每个副边绕组均依次连接连接电抗及单个功率单元，每个副边绕组上的单个功率单元之间采用级联形式连接起来，组成单相功率单元，功率单元由三个单相功率单元组成，三个单相功率单元的输出端均分别通过输出电抗及输出开关与电网或待测设备相连，功率单元的输出端采用带中线的星型接法，第一控制系统控制连接功率单元的逆变侧，用于形成调制波对功率单元的逆变侧进行调制；
[0007] 所述第一控制系统在形成调制波时，先对功率单元逆变侧有功功率的参考值和实际值的差值进行PI控制，同时第一控制系统还对功率单元逆变侧无功功率的参考值和实际值的差值进行PI控制，将有功功率和无功功率的PI控制结果进行坐标变换，得到功率单元逆变侧的电流参考值，第一控制系统再将此参考值与功率单元逆变侧电流实际值之差进行重复学习控制，得到电压调制信号，然后第一控制系统将变流器输出端的输出电压及超前于输出端电压90°的调制电压相加，得到电压前馈控制信号，最后，第一控制系统将此电压前馈控制信号与电压调制信号相加，得到功率单元逆变侧的调制波，将此调制波加在功率单元的逆变侧，即可对功率单元的逆变侧进行调制，从而调节装置输出电压和输出电流的相位。
[0008] 所述每个副边绕组上的单个功率单元采用两个H桥背靠背连接方式，左侧H桥为整流侧，右侧H桥为逆变侧，H桥采用全控半导体器件，且均并联有反向续流二极管，在两个H桥之间并联有储能电容。
[0009] 所述的每个副边绕组上的单个功率单元之间采用级联形式连接起来，级联个数由待模拟电机的电压等级确定，每相的单个功率单元的逆变侧采用载波移相正弦波脉宽调制方式进行控制。
[0010] 还包括第二控制系统，第二控制系统控制连接功率单元的整流侧，用来形成调制波对功率单元整流侧进行调制，在形成调制波时，第二控制系统通过先将采集到的储能电容两端的电压进行滑窗求平均，得到一个周期的平均值之后，再将此平均值和储能电容两端的额定电压之差进行PI控制，第二控制系统再将PI控制的输出信号与电压互感器采集到的输入变压器副边绕组的电压相乘后，得到功率单元输入电流的参考值，然后，第二控制系统将此参考值与电流互感器采集到的功率单元输入电流的测量值之差进行P控制，得到调制信号，接着，第二控制系统将输入变压器副边绕组的电压进行P控制后得到前馈控制信号，最后，第二控制系统将调制信号与前馈控制信号相加，即可得到功率单元整流侧的调制波，将此调制波加在功率单元的整流侧，即可对功率单元的整流侧进行调制，使储能电容上具有稳定的电压。
[0011] 一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟方法，依次包括以下步骤
[0012] (1)先闭合输入开关，输入变压器投入工作，储能电容开始充电；
[0013] (2)选择所需的电压Uref、电流Iref、相角θref，计算出有功功率参考值Pref、无功功率参考值Qref，其中，Pref＝UrefIrefcosθref，Qref＝UrefIrefsinθref，下标ref表示电网；
[0014] (3)利用功率传感器采集功率单元逆变侧的有功功率P和无功功率Q，将计算出的有功功率参考值Pref与测量到功率单元逆变侧的的有功功率P的差值输入第一PI控制器，将计算出的无功功率参考值Qref与测量到功率单元逆变侧的的无功功率Q的差值输入进行输入第二PI控制器，经过PI控制之后的有功功率和无功功率经过坐标变换后得到功率单元逆变侧的电流参考值i*；第一PI控制器的计算公式为 第二PI控制器的计算公式为其中，kp3、kp4均为比例系数，ki3、ki4均为积分系数，下标p表示比例，下标i表示积分；
[0015] (4)利用电流互感器采集功率单元逆变侧的电流实际值is，将步骤(3)得到的功率单元逆变侧的电流参考值i*与功率单元逆变侧的电流实际值is的差值进行重复学习控制，得到调制信号Vm1；
[0016] (5)利用电压互感器采集装置输出端电压us，将电压us乘以比例系数kp5后得到与输出电压同相位的分量kp5us，电压us⊥乘以比例系数kp6后得到超前于输出电压90°的分量kp6us⊥，kp5us与kp6us⊥相加后，得到前馈控制信号Vm2，将调制信号Vm1与前馈控制信号Vm2相加后，得到单个功率单元逆变侧的调制波Vm，电压us⊥为超前于装置输出端电压90°的电压，下标p表示比例；
[0017] (6)将步骤(5)得到的单个功率单元逆变侧的调制波Vm依次错开180/N，N为每相功率单元的个数，即可得到各个功率单元的调制波；
[0018] (7)将步骤(6)得到的各个功率单元的调制波依次加在功率单元的逆变侧，对功率单元的逆变侧进行控制，从而调节装置输出电压和输出功率的相位。
[0019] 还包括步骤(8)至步骤(13)，具体为：
[0020] (8)利用电压互感器采集储能电容两端的电压，记为udc,将其滑窗求平均得到一个周期的平均值 下标dc表示直流；
[0021] (9)将步骤(8)得到的平均值 与储能电容两端电压的参考值 的差值Δudc输入第三PI控制器，得到信号ΔI，参考值 的大小等于储能电容的额定电压；第三PI控制器的计算公式为 其中，kp为比例系数，p表示比例，ki为积分系数，i表示积分，s表示拉普拉斯变换；
[0022] (10)利用电压互感器采集输入变压器副边绕组的电压us1，将步骤(9)得到的信号ΔI与输入变压器副边绕组电压us1相乘后得到功率单元输入电流的参考值 下标s1表示变压器副边，下标s表示变压器；
[0023] (11)利用电流互感器采集功率单元的输入电流is，将功率单元输入电流的参考值与功率单元输入电流的测量值is的差值Δis输入第一P控制器，乘以比例系数kp1后，得到电压调制信号um1，其中，下标p表示比例；
[0024] (12)将采集到的输入变压器副边绕组的电压us1输入第二P控制器，乘以比例系数kp2后，得到电压前馈控制信号um2，将电压调制信号um1与电压前馈控制信号um2相加，得到功率单元整流侧的调制波um，其中，下标s1表示变压器副边，下标s表示变压器，下标p表示比例；
[0025] (13)将步骤(12)得到的调制波um加在功率单元的整流侧，使储能电容上具有稳定的电压。
[0026] 本发明可以同时模拟同步发电机、同步电动机、异步发电机、异步电动机的特性。
[0027] 当电流超前电压0～90°时，变流器发出有功功率功率和容性无功；当电流滞后电压0～90°时，变流器发出有功功率和感性无功功率，此时变流器模拟同步或异步发电机特性。
[0028] 当电流超前电压90～180°时，变流器吸收有功功率和感性无功功率；当电流滞后电压90～180°时，变流器吸收有功功率和容性无功功率，此时变流器模拟同步或异步电动机特性。
[0029] 在发电机特性时，变流器可为负载提供电源，也可为负载提供试验源以检测负载特性，还可调节电网无功功率等；在电动机特性时，变流器作为负载，可为待考核电源提供负载以检测电源特性，亦可作为负载调节电网功率平衡等；同时本发明采用四象限电力电子变流器模拟电机，控制方便，响应及时。
附图说明
[0030] 图1为本发明所述的基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置拓扑结构图；
[0031] 图2为图1所示装置中功率单元的电路图；
[0032] 图3为图1所示装置中单相电力电子变流器的拓扑结构示意图；
[0033] 图4为图2所示功率单元整流侧调制波生成算法框图；
[0034] 图5为变流器并网时功率单元逆变侧调制波生成算法框图；
[0035] 图6为图3所示单相输出端电压电流向量图。
具体实施方式
[0036] 如图1至图3所示，本发明所述的基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置包括输入开关101、输入变压器102、连接电抗103、功率单元104、输出电抗105、输出开关106、第一控制系统和第二控制系统，输入变压器102采用三个单相变压器串联的结构，原边采用三角形接法，副边采用多副边绕组结构，每个副边绕组均分别连接连接电抗103及单个功率单元，每个副边绕组上的单个功率单元之间采用级联形式连接起来，组成单相功率单元，级联个数由待模拟系统的电压等级确定，每个副边绕组上的单个功率单元之间采用载波移相正弦波脉宽调制(CPS-SPWM)方式进行控制，功率单元104由三个单相功率单元组成，三个单相功率单元的输出端均分别通过输出电抗105及输出开关106与电网或待测设备相连，功率单元104的输出端采用带中线的星型接法。
[0037] 每个副边绕组上的单个功率单元均采用两个H桥背靠背连接方式，左侧H桥为整流侧，右侧H桥为逆变侧，储能电容C并联于两个H桥之间，G1，G2，G3，G4，G5，G6，G7，G8是并联有反向续流二极管的IGBT。
[0038] 第一控制系统控制连接功率单元104的逆变侧，用于形成调制波对功率单元104的逆变侧进行调制，第一控制系统在形成调制波时，先对功率单元104逆变侧有功功率的参考值和实际值的差值进行PI控制，同时第一控制系统还对功率单元104逆变侧无功功率的参考值和实际值的差值进行PI控制，将有功功率和无功功率的PI控制结果进行坐标变换，得到功率单元104逆变侧的电流参考值，第一控制系统再将此参考值与功率单元104逆变侧电流实际值之差进行重复学习控制，得到电压调制信号，然后第一控制系统将变流器输出端的输出电压及超前于输出端电压90°的调制电压相加，得到电压前馈控制信号，最后，第一控制系统将此电压前馈控制信号与电压调制信号相加，得到功率104单元逆变侧的调制波，将此调制波加在功率单元的逆变侧，即可对功率单元的逆变侧进行调制，从而调节装置输出电压进而输出电流的相位。
[0039] 第二控制系统控制连接功率单元104的整流侧，用来形成调制波对功率单元104整流侧进行调制，在形成调制波时，第二控制系统通过先将采集到的储能电容C两端的电压进行滑窗求平均，得到一个周期的平均值之后，再将此平均值和储能电容C两端的额定电压之差进行PI控制，第二控制系统再将PI控制的输出信号与电压互感器采集到的输入变压器102副边绕组的电压相乘后，得到功率单元104输入电流的参考值，然后，第二控制系统将此参考值与电流互感器采集到的功率单元104输入电流的测量值之差进行P控制，得到调制信号，接着，第二控制系统将输入变压器102副边绕组的电压进行P控制后得到前馈控制信号，最后，第二控制系统将调制信号与前馈控制信号相加，即可得到功率单元104整流侧的调制波，将此调制波加在功率单元104的整流侧，即可对功率单元104的整流侧进行调制，使储能电容C上具有稳定的电压。
[0040] 如图4图5所示，本发明所述的基于四象限电力电子变流器的电机模拟方法依次包括以下步骤：
[0041] (1)先闭合输入开关101，输入变压器102投入工作，储能电容C开始充电；
[0042] (2)利用电压互感器采集储能电容C两端的电压，记为udc,将其滑窗求平均得到一个周期的平均值 其中下标dc表示直流；
[0043] 储能电容两端的电压udc实际包含直流分量和交流分量，但交流分量的幅值较小且不易被控制，所以将对udc的控制转变为对其直流分量 的控制，将udc滑窗求平均得到一个周期的平均值 即直流分量 滑窗求平均采用滑窗FFT分析法，为公知技术，在此不再赘述。
[0044] (3)将步骤(2)得到的平均值 与储能电容C两端电压的参考值 的差值Δudc输入第三PI控制器，得到信号ΔI，第三PI控制器的计算公式为 其中，kp为比例系数，p表示比例，ki为积分系数，i表示积分，s表示拉普拉斯变换，参考值 的大小等于储能电容C两端的额定电压，可通过查手册获得，Δudc可通过软件做差获得。
[0045] (4)利用电压互感器采集输入变压器102副边绕组的电压us1，将步骤(3)得到的信号ΔI与输入变压器102副边绕组电压us1相乘后得到功率单元104输入电流的参考值 其中下标s1表示输入变压器102副边，下标s表示输入变压器102，ΔI与输入变压器102副边绕组电压us1相乘通过软件实现。
[0046] (5)利用电流互感器采集功率单元104的输入电流is，将功率单元104输入电流的参考值 与功率单元104输入电流的测量值is的差值Δis输入第一P控制器，乘以比例系数kp1，得到电压调制信号um1，其中，下标p表示比例，下标p1仅为区分作用，并非变量，下标m、m1及s仅起到区分作用，并非变量，Δis通过软件做差获得。
[0047] (6)将采集到的输入变压器102副边绕组的电压us1输入第二P控制器，乘以比例系数kp2后，得到电压前馈控制信号um2，将步骤(5)得到的电压调制信号um1与电压前馈控制信号um2相加，得到功率单元104整流侧的调制波um，将此调制波um加在功率单元104的整流侧，使储能电容C上的电压保持稳定，其中，下标s1表示输入变压器102副边，下标s表示输入变压器102，下标m、m2均起到区分作用，并非变量，下标p表示比例，下标p2仅为区分作用，并非变量。
[0048] (7)选择所需的电压Uref、电流Iref、相角θref，计算出有功功率参考值Pref、无功功率参考值Qref，其中，Pref＝UrefIrefcosθref，Qref＝UrefIrefsinθref，下标ref表示电网。
[0049] 本发明所述装置的输出侧连接在电网的某个位置，故电压Uref是确定的，电流Iref和相角θref则根据用户需要自行确定。
[0050] (8)利用功率传感器采集功率单元104逆变侧的有功功率P和无功功率Q，将计算出的有功功率参考值Pref与测量到功率单元104逆变侧的有功功率P的差值输入第一PI控制器，第一PI控制器的计算公式为 将计算出的无功功率参考值Qref与测量到功率单元逆变侧的的无功功率Q的差值输入第二PI控制器，第二PI控制器的计算公式为经过PI控制之后的有功功率和无功功率经过dq-abc变换(即坐标变换)后得到功率单元逆变侧的电流参考值i*；
[0051] kp3、kp4均为比例系数，ki3、ki4均为积分系数，下标p表示比例，下标i表示积分，下标p3、p4、i3、i4均仅为区分作用，并非变量；dq-abc变换，即坐标变换为公知技术，在此不再赘述。
[0052] (9)利用电流互感器采集功率单元104逆变侧的电流实际值i,将步骤(8)得到的功率单元104逆变侧的电流参考值i*与功率单元104逆变侧的电流实际值i的差值进行重复学习控制，得到调制信号Vm1，下标m和m1仅起到区分作用，并非变量。
[0053] 重复学习控制过程如图6中框图所示，图中kr为反馈比例系数，为保证一定的稳定裕度，本实施例中kr取0.8～2；kf为遗忘因子，通常取值小于1，本实施例中取值为0.95；ks为重复控制系数，当kr与kf取值确定后，ks取值影响系统稳定性，当ks＝2时，系统处于临界稳定，因此ks取0～2，本实施例中ks取值为1～1.5，e-sT表示学习周期的延时算子，重复学习控制过程利用误差信号的周期性进行补偿，使系统的周期误差能够逐步衰减或消除，从而使得系统输出达到预期目标的控制策略。利用重复学习控制，能够在实现对指令电流准确跟踪的同时确保补偿的静态误差为零。在本发明中，利用上述重复学习控制过程，可以使电压调制信号Vm1达到预期值。
[0054] (10)利用电压互感器采集装置输出端电压us，对于A相来说，即为图3中输出端AN两点之间的电压，将输出端电压us乘以比例系数kp5后得到与输出端电压us同相位的分量kp5us，电压us⊥乘以比例系数kp6后得到超前于输出电压90°的分量kp6us⊥，电压us⊥为超前于装置输出端电压90°的电压，可利用移相变压器获得，kp5us与kp6us⊥相加后，得到前馈控制信号Vm2，将步骤(9)得到的调制信号Vm1与前馈控制信号Vm2相加，得到单个功率单元逆变侧的调制波Vm，其中，下标p表示比例，下标p5、p6、m、m2、s均仅起到区分作用，并非变量。
[0055] 单个功率单元采用级联形式，将上述单个功率单元逆变侧的调制波Vm依次错开180/N，N为每相功率单元的个数，即可得到各个功率单元的调制波。
[0056] (11)将步骤(10)得到的各个功率单元的调制波依次加在功率单元104的逆变侧，对功率单元104进行控制，从而调节输出电压和输出电流的相位。
[0057] 本发明在工作时，上述步骤中得到的调制波分别加入功率单元的整流侧和逆变侧，分别测量输出端电压和电流的幅值及相位，如图6所示，为输出端电压、为输出端电流，θ为输出端电流 超前输出端电压 的角度，以输出端电压 作为参考向量，当输出端电流 在第一象限，即输出端电流相位超前输出端电压相位0～90°时，变流器发出有功功率和容性无功功率；当输出端电流 在第IV象限，即输出端电流相位滞后输出端电压相位0～90°时，变流器发出有功功率和感性无功功率，以上两种情况下变流器模拟同步发电机和异步发电机的特性。
[0058] 当输出端电流 在第II象限，即输出端电流相位超前输出端电压相位90～180°时，变流器吸收有功功率和感性无功率；当输出端电流 在第III象限，即输出端电流相位滞后输出端电压相位90～180°时，变流器吸收有功功率和容性无功功率，以上两种情况下变流器模拟同步电动机和异步电动机的特性。
