[发明专利]一种基于电容电压微分的微电网多逆变器并联运行控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电容电压微分的微电网多逆变器并联运行控制方法,属于分布式发电及电力电子技术领域。

背景技术

采用微电网的形式接纳分布式电源，解决分布式发电对大电网带来的不利影响，已成为当前电力系统研究的热点。

微电网中存在大量的分布式电源，例如，光伏发电，主要为当地负荷提供能源来源时，就需要多台逆变器并联运行，来实现大容量供电以及冗余供电，此时，微电网需要可靠的多逆变器并联运行控制系统来实现孤岛模式下的运行。同时，为了实现微电网中逆变器并联的热插拔，基于下垂控制的无互联线并联结构成为最佳选择。

简而言之，下垂控制方法即，根据有功-频率曲线和无功-电压曲线，通过调节有功功率实现输出电压角频率控制、调节无功功率实现输出电压幅值控制。该方法无需逆变器间的通信协调，实现了逆变器接入的“即插即用”，以及孤岛运行模式下微电网内部电力平衡和频率的统一。

然而，随着对基于下垂控制的多逆变器并联运行控制方法的深入，有以下几个问题需要解决：

(1)传统的下垂控制方法一般将逆变器的输出阻抗设计呈电感性，而低电压微电网中，连接线路的线路电阻远大于线路感抗，此时不能够较好实现功率的精确分配，容易存在较大的环流存在。

(2)为了实现逆变器输出阻抗的可控，研究者提出了虚拟阻抗，但是有些虚拟阻抗策略过于复杂，难以实现；且将控制策略重点放在电压控制上面，使得系统的动态响应慢，电流畸变率也随之升高。

(3)有些技术中，功率计算环节取用的交流量为滤波电容电压和线路电流，不能够精确地反映逆变器输出功率。

在现有技术当中与本专利申请相关的内容主要有以下几篇文献：

张庆海、罗安、陈燕东等人于2012年5月4日投稿，2014年6月发表在《电工技术学报》第29卷第6期上的《并联逆变器输出阻抗分析及电压控制策略》一文。文章详细分析了引入虚拟复阻抗后，逆变器输出阻抗的变化，提出了新的电压控制策略，实验表明，引入的虚拟复阻抗使得逆变器输出阻抗呈电阻性，可使并联系统具有较好的性能。然而，文中未充分考虑电流控制环节的设计。另外，此文中，功率计算环节取用的交流量为滤波电容电压和线路电流，不能够精确地表达逆变器输出功率。

中国专利文献CN 102437589 B公开了一种单相太阳能发电多逆变器并联功率均分控制方法，包括由若干个逆变器并联组成的单相太阳能发电多逆变器并联系统，然而，控制方法中未利用虚拟阻抗技术，尤其是后来提出的虚拟复阻抗技术，在改变逆变器输出阻抗、使得并联控制方法具有更广泛的适应性方面，还有待进一步改进和完善。

中国专利文献CN 102447268 B公开了一种基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法，主要包括外环电压PI控制、内环鲁棒预测电流无差拍控制、功率前馈控制三个部分，其中，电压外环PI控制用于稳定直流侧电容电压；内环鲁棒预测电流无差拍控制通过超前控制，对下一个控制周期的电网电压进行线性预测和并网电流进行非线性预测，得到下一个周期的并网电流指令值，再通过无差拍控制实现PWM调制和并网控制，但是，该发明针对的是并网运行逆变器，对于孤岛(离网)模式下微电网多逆变器并联控制尚未提及。

张庆海、彭楚武、陈燕东、金国彬、罗安发表于2012年9月5日《中国电机工程学报》第32卷第25期上的《一种微电网多逆变器并联运行控制策略》一文。该文采用的是电压电流双环控制，外环是采用PI控制的电压控制环、内环是采用比例P控制的电感电流调节环。需要指出的是，电流内环比例P调节由于没有积分环节，相较于无差拍控制而言，系统稳定性和控制精度较差。

中国专利文献CN 102842921 B公开了一种鲁棒功率下垂控制的微电网多逆变器并联电压控制方法。针对微电网中的每台逆变器，采用鲁棒功率下垂控制器计算并合成逆变器输出参考电压；通过引入含电阻分量和感抗分量的虚拟复阻抗，采用基于虚拟阻抗和准谐振PR控制的多环电压控制方法，使得逆变器输出阻抗在工频条件下呈纯阻性，从而实现微电网多逆变器并联运行和功率均分，并增强了微电网并联系统对数值计算误差、参数漂移、噪声干扰等的鲁棒性。但是，该专利中控制电容电流的本质还是在控制电容电压，或者说是输出电压；同时，该专利中需要对逆变器输出线路电流和滤波电容电流同时采集，而滤波电容电流可以通过对采集的滤波电容电压微分获得。另外，该专利在功率计算环节取用的交流量为滤波电容电压和线路电流，而不是滤波电容电压和滤波电感电流，同样不能够精确表达逆变器输出功率。