[发明专利]一种微网逆变系统及适用于该微网逆变系统的电能质量控制方法

说明书

技术领域

本发明属于基于逆变系统的微网电能质量领域，涉及一种微网逆变系统及适用于该微网逆变系统的电能质量控制方法。

背景技术

现在全世界的供电系统中90％是以大机组、大电网、高电压为特征的单一式供电系统，但是由于传统能源资源的逐渐枯竭，当今社会许多部门对电能质量要求的提高，以及世界各国对环保问题的日益重视，分布式发电(DG)获得了越来越多的重视与应用，而由小容量分布式电源形成的微网研究更加令人关注。微网发电供能系统具有电源类型多样、控制方式复杂、运行模式多变的特点。微网中既可能包含冷/热/电联供微型燃气轮机等易于控制的电源，也可能包含如风力发电、光伏发电等具有间歇性和不易控制的电源，同时还需要配置各种类型的储能装置，这些电源的投切以及相互影响增加了微网电能质量问题的复杂性。微网中原始输出方式为直流的风电系统、燃料电池、光伏电源、蓄电池和高速透平等具有间歇性、复杂性、多样性、不稳定性特点，有关以上微电源的各种并网方案通常需要通过电力电子装置将电源与常规配电网并网运行，对微网中逆变系统进行适当的电能质量调节具有很大意义。

由于微网供电系统本身间歇性、不稳定的特点，基于逆变系统的微网供电系统输出功率和电压难以保证稳定，给微网用户带来各种电能质量问题，对于微网逆变系统电能质量问题的分析及高渗透率下微网电能质量的研究，虽然已经受到高度重视，但由于微网本身结构的复杂性和多样性，还缺乏从方法论的角度对其中的作用机理进行深入揭示。国内用以稳定微网逆变系统输出的技术还处在起步研究阶段。王志群，周双喜，朱守真的“逆变型分布式电源控制系统设计，电力系统自动化，2004年12月25日，第28卷第24期”一文提出了一种含有直流电压波动前馈补偿的双环串级PI控制器是与本发明最为相关的背景技术，由于串级PI实际应用中控制量过多，本发明中的功率环控制器中没有采用PI调节器，使得整个控制方法简单易于实现。另外本发明的电流环控制器的控制方式与已有的技术有很大不同，提出了与本发明相关理论的工程应用实例。本发明属于科技发展过程中可以理解的技术改进范围。

发明内容

针对目前基于逆变系统的微网电能质量问题，本发明旨在提出一种微网逆变系统及适用于该微网逆变系统的电能质量控制方法，保证逆变器输出设定的功率值并使得输出电压稳定在理想范围内。

本发明采取的技术方案包括：

一种微网逆变系统，包括分布式电源即微源，带动发电机发出非工频交流电，经整流后转换为直流电，或输出方式为直流的微源，再经电容平波，以两电平的形式逆变成工频交流电，经电感-电容(LC)滤波器滤波后，通过隔离变压器连接到配网公共连接点(PCC)。

其中微源包含须经逆变器并网的原始输出方式为直流(DC)的微电源：光伏发电系统、燃料电池系统或原始输出方式为交流但经整流环节后变为直流电的微电源如风力发电系统、透平以及上述任意几种的组合，如风光互补系统、风蓄互补系统等。

适用于上述微网逆变系统的电能质量控制方法包含电流内环、功率外环以及锁相环三个环节，逆变器输出电流i_Labc作为电流内环反馈量输入，公共连接点电流i_Oabc以及电压v_Oabc作为功率外环反馈量输入，功率控制器根据设定的有功p^*和无功q^*，经矩阵运算给出参考电流值的d轴和q轴分量i_LDQ^*，并将其作为电流控制器的输入；电流控制器将参考电流值i_LDQ^*与逆变器输出反馈电流值i_LDQ比较，根据差量做出调节，输出参考电压v_DQ^*控制逆变器，锁相环使d-q变换器相位θ^*跟随公共连接点电压v_Oabc的相位信息。

本发明采用的锁相环的优选操作步骤基于瞬时无功功率理论，工作原理是将三相输入电压v_Oabc经abc-dq0变换得到v_ODQ，变换所使用的角度是锁相环的输出θ^*，v_OQ的大小反映输入电压相位θ和锁相环输出相位θ^*之间的差值，它与0相减后的值经比例积分(PI)调节器调节后为误差信号ω^*，ω^*经积分环节得到最终输出的相位θ^*。