一種低電壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)功率均分控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種低電壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)功率均分控制方法，屬于分布式發(fā)電 及智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了解決分布式電源接入電網(wǎng)的技術(shù)難題，電力系統(tǒng)相關(guān)學(xué)者們提出了微電網(wǎng)的 概念。微電網(wǎng)是由分布式微源、能量轉(zhuǎn)換裝置及本地負載通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)自我 控制、保護和管理的局部發(fā)電系統(tǒng)。在微電網(wǎng)中，大多數(shù)分布式微源均通過逆變器接口接入 交流母線，從而形成了一種多逆變器并聯(lián)運行環(huán)境。
[0003] 由于交流母線上的本地負載多種多樣，其中不可避免地有非線性負載存在，這樣 就給微電網(wǎng)中的逆變器控制帶來巨大挑戰(zhàn)：除了考慮基波功率的合理分配以外，還需要有 效避免諧波功率對逆變器運行的影響；另外，各個并聯(lián)逆變器均通過饋線接入交流母線，由 于各逆變器位置不一，則饋線長度各異，進而導(dǎo)致饋線的電氣參數(shù)各不相同。除此之外，各 個并聯(lián)逆變器的額定容量未必一致，按照它們各自的額定容量分配功率，至今仍是低電壓 微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)運行這一領(lǐng)域研宄的難點。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中與本發(fā)明申請相關(guān)的內(nèi)容主要有以下幾篇文獻：
[0005] 文獻一為2014年6月發(fā)表在《電工技術(shù)學(xué)報》第29卷第6期上的《并聯(lián)逆變器輸 出阻抗分析及電壓控制策略》一文。該文在分析低電壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)控制策略時， 提出了一種基于虛擬復(fù)阻抗的電壓控制策略，最終使逆變器等效輸出阻抗呈現(xiàn)純電阻性特 性，并在低電壓微電網(wǎng)帶純電阻性負載實驗中取得較好的實驗效果。然而，該文實驗驗證部 分應(yīng)用的是純電阻性負載，而且兩臺并聯(lián)逆變器的額定容量相同，故該文提出的控制方法 是否能夠有效應(yīng)對實際相對復(fù)雜的低電壓微電網(wǎng)多逆變器孤島運行環(huán)境，有待進一步研宄 和驗證。不過，該文提出的虛擬復(fù)阻抗這一思想為進一步研宄低電壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián) 控制策略，提供了很好的借鑒。
[0006] 文獻二為2013年11月發(fā)表在《電網(wǎng)技術(shù)》第37卷第11期上的《基于分頻虛擬電 阻的多逆變器并聯(lián)控制策略》一文。該文針對低電壓微電網(wǎng)帶非線性負載的多逆變器并聯(lián) 系統(tǒng)，提出了一種分頻虛擬電阻的多逆變器并聯(lián)控制策略。對每個逆變器的輸出電流采用 帶通濾波器進行分頻，得到各次諧波電流；通過將各次虛擬電阻分別引入到逆變器輸出的 各次諧波電流反饋環(huán)中，得到各次指令諧波電壓，從而對電壓控制環(huán)進行修正。然而，該文 未對額定容量不一致的各逆變器功率均分控制進行研宄，此外，相較于虛擬復(fù)阻抗而言，文 中所述分頻虛擬電阻增大了逆變器輸出阻抗中的電阻性分量，但對于逆變器輸出阻抗中電 感性分量不能夠改變，故此方法有待進一步改進。
[0007] 中國專利文獻CN102437589B公開了一種單相太陽能發(fā)電多逆變器并聯(lián)功率均分 控制方法。該專利將PID控制方法與無差拍控制方法結(jié)合使用。但是，該專利未考慮諧波 功率、饋線阻抗不一致、逆變器額定容量不一致等實際條件下的多種復(fù)雜因素對逆變器功 率均分控制的影響。
[0008] 中國專利文獻CN102842921B公開了一種魯棒功率下垂控制的微電網(wǎng)多逆變器并 聯(lián)電壓控制方法。針對微電網(wǎng)中的每臺逆變器，采用魯棒功率下垂控制器計算并合成逆變 器輸出參考電壓；通過引入虛擬復(fù)阻抗，采用基于虛擬阻抗和準(zhǔn)諧振PR控制的多環(huán)電壓控 制方法，使得逆變器輸出阻抗在工頻條件下呈純阻性，從而實現(xiàn)微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)運行 和功率均分。然而，該專利所涉及方法應(yīng)用于含有非線性負載、逆變器額定容量不一致等條 件下的低電壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)控制系統(tǒng)時，應(yīng)作進一步研宄和改進。
[0009] 中國專利文獻CN103227581B公開了一種諧波下垂控制的逆變器并聯(lián)諧波環(huán)流抑 制方法，包括諧波下垂控制、功率下垂控制及電壓控制。諧波下垂控制通過快速傅里葉FFT 變換分頻檢測特征次諧波功率，根據(jù)諧波下垂特性，計算出逆變器輸出的特征次諧波參考 電壓，功率下垂控制計算出基波參考電壓，兩者合成作為逆變器輸出參考電壓。但是，該專 利需要對瞬時有功功率和瞬時無功功率進行快速傅里葉變換FFT，分頻檢測出特征次諧波 功率，然后對特征次諧波分別計算并合成諧波參考電壓，這樣具體實施過程過于復(fù)雜，程序 計算量比較大，可能會影響系統(tǒng)的快速響應(yīng)速度。
[0010] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中并未較好地解決低電壓微電網(wǎng)中存在的諧波功率、饋線阻 抗不一致、逆變器額定容量不一致等實際復(fù)雜因素時逆變器功率均分控制這一技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種低電壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)功率均分控制 方法。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0013] 一種低電壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)功率均分控制方法，該方法適用于低電壓微電網(wǎng) 多逆變器并聯(lián)功率均分控制系統(tǒng)，所述低電壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)功率均分控制系統(tǒng)包括 若干并聯(lián)的逆變器、公共母線、線性和非線性負載、集中控制器；所述逆變器的主電路包括 順次連接的直流穩(wěn)壓電源、H橋逆變電路、LC濾波電路、饋線，所述H橋逆變電路設(shè)有Si-S 4 四個功率開關(guān)管，所述逆變器還包括驅(qū)動及保護電路、本地控制器；若干個并聯(lián)的逆變器通 過所述饋線連接至公共母線，所述公共母線上接有線性和非線性負載，所述公共母線上還 設(shè)有集中控制器；
[0014] 所述集中控制器對公共母線電壓進行采樣處理和計算，所述集中控制器的輸出通 過低帶寬通信傳送至各并聯(lián)逆變器的本地控制器中，所述本地控制器輸出信號通過所述驅(qū) 動及保護電路，驅(qū)動所述H橋逆變電路Si-S 4四個功率開關(guān)管的開通與關(guān)斷；具體步驟包 括：
[0015] (1)在每個采樣周期的起始點，所述本地控制器對濾波電容電壓u。、濾波電感電流 k、饋線電流i liM分別進行采樣與處理；所述集中控制器對公共母線電壓u p。。進行采樣、處 理與計算，得到dq坐標(biāo)系下公共母線電壓h次諧波分量的d坐標(biāo)分量upcxh_ d和dq坐標(biāo)系下 公共母線電壓h次諧波分量的q坐標(biāo)分量upcxh q;
[0016] (2)將濾波電容電壓u。與饋線電流i liM相乘得瞬時有功功率p，將濾波電容電壓 u。移相90°后與饋線電流i liM相乘得到虛擬瞬時無功功率q ;
[0017] (3)瞬時有功功率p通過數(shù)字低通濾波得到逆變器有功功率平均值P，虛擬瞬時無 功功率q經(jīng)數(shù)字帶通濾波得到逆變器無功功率平均值Q ;
[0018] (4)根據(jù)電阻性等效輸出阻抗條件下的功率下垂控制方法，分別由逆變器有功功 率平均值P和逆變器無功功率平均值Q計算得到參考電壓幅值E和參考電壓角頻率《;
[0019] (5)由參考電壓角頻率《和參考電壓幅值E合成下垂控制輸出參考電壓udM()p a;
[0020] (6)對下垂控制輸出參考電壓udnK)p aM時四分之一工頻周期，得下垂控制輸出參 考電壓UdM()p_ a的共軛值U d_p j，對下垂控制輸出參考電壓UdM()p_ a和下垂控制輸出參考電壓 的共軛值進行PLL鎖相，得到下垂控制輸出參考電壓相位角0 dM()p;
[0021] (7)所述集中控制器通過低帶寬通信，將dq坐標(biāo)系下公共母線電壓h次諧波分量 的d坐標(biāo)分量upcxh_d和dq坐標(biāo)系下公共母線電壓h次諧波分量的q坐標(biāo)分量u 傳送至 本地控制器；本地控制器參考h 0 dnK)p，對dq坐標(biāo)系下公共母線電壓h次諧波分量的d坐標(biāo) 分量upcxh_d和dq坐標(biāo)系下公共母線電壓h次諧波分量的q坐標(biāo)分量u 進行dq/ a |3坐 標(biāo)變換，得到a |3坐標(biāo)系下公共母線電壓up。。的h次諧波分量upcxh_a以及a |3坐標(biāo)系下 公共母線電壓up。。的h次諧波分量upc;c;h a的共軛值upc;c;h fi;其中，dq/a 0坐標(biāo)變換是指將 相關(guān)電氣量由dq坐標(biāo)系變換至a |3坐標(biāo)系；
[0022] (8) a 0坐標(biāo)系下公共母線電壓七。。的h次諧波分量upcxha、a 0坐標(biāo)系下公共母 線電壓up。。的h次諧波分量u pcxh_a的共軛值u pcxh_p與h次諧波反饋系數(shù)G h運算，得到h次 諧波虛擬阻抗電壓uvh;
[0023] (9)饋線電流、^乘以虛擬復(fù)阻抗Z vf，得到基波虛擬阻抗電壓uvf;
[0024] (10)下垂控制輸出參考電壓ud_p a減去基波虛擬阻抗電壓uvf和濾波電容電壓 u。，得到的差值通過第一準(zhǔn)比例諧振控制進行電壓調(diào)節(jié)；h次諧波虛擬阻抗電壓u vh加上濾 波電容電壓u。，得到的和值通過第二準(zhǔn)比例諧振控制進行電壓調(diào)節(jié)；
[0025] (11)第一準(zhǔn)比例諧振控制的輸出減去第二準(zhǔn)比例諧振控制的輸出，得到的差值為 參考電流i Mf;
[0026] (12)參考電流iMf減去濾波電感電流I，得到的差值再乘以電流增益M導(dǎo)到調(diào)制 信號i r;
[0027] (13)調(diào)制信號i,通過驅(qū)動及保護電路，驅(qū)動H橋逆變電路S ^&四個功率開關(guān)管 的通斷。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟（1)中，所述集中控制器對公共母線電壓up。。進行采 樣、處理與計算，得到dq坐標(biāo)系下公共母線電壓h次諧波分量的d坐標(biāo)分量u pcxh JP dq坐 標(biāo)系下公共母線電壓h次諧波分量的q坐標(biāo)分量upcxh q，具體步驟包括：
[0029] a、集中控制器采用滑窗離散傅里葉變換SDFT提取公共母線電壓up。。的基波分量 U pcxf a及公共母線電壓U p。。的h次諧波分量U pcxh a，對公共母線電壓Up。。的基波分量U pc;rf a 延時四分之一工頻周期，得到公共母線電壓up。。的基波分量U pcxf a的共軛值U pc;rfj，對公共 母線電壓Up。。的h次諧波分量u praha延時四分之一 h次諧波頻率周期，得到公共母線電壓 up。。的h次諧波分量u prah a的共軛值u pcxhj ;滑窗離散傅里葉變換SDFT在Z域中的傳遞函 數(shù)HSDFT(z)如式（I )所示：
【主權(quán)項】
1. 一種低電壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)功率均分控制方法，其特征在于，該方法適用于低 電壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)功率均分控制系統(tǒng)，所述低電壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)功率均分控 制系統(tǒng)包括若干并聯(lián)的逆變器、公共母線、線性和非線性負載、集中控制器；所述逆變器的 主電路包括順次連接的直流穩(wěn)壓電源、H橋逆變電路、LC濾波電路、饋線，所述H橋逆變電路 設(shè)有3 1-&四個功率開關(guān)管，所述逆變器還包括驅(qū)動及保護電路、本地控制器；