[发明专利]一种并网模式下串联逆变器的分散式功率平衡控制方法

权利要求书

1.一种并网模式下串联逆变器的分散式功率平衡控制方法，其特征在于，串联逆变器由N个相互级联的逆变器首尾相互连接组成，用以提升整体输出电压等级和功率容量，实现低压分布式电源的友好型并网，向大电网注入所需的有功和无功功率；针对单独的一个逆变器模块，提供一种分散式功率均衡控制方法，不需要逆变器模块间任何通信信息，仅仅依靠自身本地信号，实现对单个逆变器模块的独立控制，稳态下保证逆变器模块间的功率均衡和并网频率同步。

2.根据权利要求1所述的一种并网模式下串联逆变器的分散式功率平衡控制方法，其特征在于，串联逆变器系统采用级联单相全桥逆变器，通过叠加所有逆变器模块的输出电压，实现升压的目的，并通过线路阻抗与低/中/高压大电网并网，因此，并网点的总电压V_p∠δ_p为所有逆变器模块电压之和的形式：

Vpejδp=Σj=1NVjejδj]]>

其中，V_i和δ_i代表第i个逆变器模块的输出电容电压幅值和相位角，N代表逆变器级联总个数；

根据级联逆变器并网的拓扑结构，级联逆变器通过线路阻抗向大电网注入功率，为了实现单独逆变器的独立控制，第i个逆变器模块的输出有功功率P_i和无功功率Q_i表示为：

Pi+jQi=Viejδi·((Vpejδp-Vgejδg)/(|Zline|ejθline))*]]>

其中，V_g和δ_g代表大电网的电压幅值和相角，|Z_line|和θ_line代表并网点和大电网间线路阻抗的模值和矢量角，对于中高压电力系统，并网线路阻抗一般呈主感性，即θ_line≈π/2；

将并网点电压带入输出功率表达式中，可以推导出第i个逆变器模块的有功功率P_i和无功功率Q_i传输特性为：

Pi=Vi|Zline|(Vgsin(δi-δg)-Σj=1NVjsin(δi-δj))]]>

Qi=Vi|Zline|(Σj=1NVjcos(δi-δj)-Vgcos(δi-δg))]]>

功率传输表达式中，功率的输出特性不仅与大电网电压等级有关，还与级联的逆变器电压幅值及其之间的相位差有关，建立单独逆变器模块的输出特性模型，为本地分散式控制方法实现奠下基础。

3.根据权利要求1所述的一种并网模式下串联逆变器的分散式功率平衡控制方法，其特征在于，单独的逆变器模块采用本地分散式控制系统，通过采集自身功率输出信息，构造功率-角频率上垂控制，并与额定电压幅值相乘，得到逆变器底层跟踪参考信号，具体的分散式控制系统中，包括了功率计算模块、功率上垂控制模块、电压电流跟踪模块和PWM调制模块，其功能和实现表述如下：

功率计算模块：采集单独逆变器的实时输出电压V_oac和电流信号I_oac，并计算出自身输出的平均有功功率P_o和无功功率Q_o：

Po=VoacIoacτs+1;Qo=Voac′Ioacτs+1]]>

其中，V′_oac为V_oac滞后90度的电压，τ为功率低通滤波常数；

功率上垂控制模块：根据功率计算模块的功率信息，构造新型的上垂控制，为电压电流跟踪模块提供电压跟踪参考，为了实现无通信条件下的功率平衡和并网频率同步，分散式的上垂控制策略设计如下：

ωi=ω*+m·(Pi-P*)Vi=V*=Vg/k]]>

其中，ω_i和V_i为第i个逆变器模块底层电压角频率和幅值参考信号，可以合成为V_isin(ω_it),ω^*为并网侧额定角频率，P^*为逆变器模块需要输出的额定有功功率，m为有功-角频率上垂控制的正反馈系数，k为一个正值的电压调节系数，可以根据并网侧无功功率的需求灵活调节；

由于所有串联逆变器模块的电压幅值V*均相同，且所有模块均流过相同的并网电流，因此，各个模块的输出视在功率均相等：

S₁＝S₂＝…＝S_N

另外，根据构造的有功-角频率上垂控制特性，稳态下所有逆变器模块具有一致的并网频率，因此，每个模块的输出有功功率均相等，且均等于需要传输的额定有功功率：

P₁＝P₂＝…＝P_N＝P^*

根据每个模块具有相等的视在功率和有功功率，模块间的无功功率也会实现平衡：

Q₁＝Q₂＝…＝Q_N＝Q^*

电压电流跟踪模块：根据功率上垂控制模块生成的参考电压V_isin(ω_it)对逆变器的输出电容电压和电感电流进行双闭环跟踪控制，提高逆变器自身动态响应，合理设计多时间尺度下的控制带宽，为PWM调制模块提供逆变器内电压参考；

PWM调制模块：根据电压电流跟踪模块提供的自身逆变器内电压参考信号进行调制处理，生成本地单相全桥逆变器的开关信号，驱动半导体开关器件动作。