[發明專利]一種微網逆變系統及適用于該微網逆變系統的電能質量控制方法

無效

• 申請號: 200910044610.0
• 申請日: 2009-10-23
• 公開（公告）號: CN101697420A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 羅安;呂志鵬;于力;彭雙劍;康珍;蘭征;蔡平;呂文坤;沈瑤;郭镥
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明屬于基于逆變系統的微網電能質量領域，涉及一種微網逆變系統及適用于該微網逆變系統的電能質量控制方法。

背景技術

現在全世界的供電系統中90％是以大機組、大電網、高電壓為特征的單一式供電系統，但是由于傳統能源資源的逐漸枯竭，當今社會許多部門對電能質量要求的提高，以及世界各國對環保問題的日益重視，分布式發電(DG)獲得了越來越多的重視與應用，而由小容量分布式電源形成的微網研究更加令人關注。微網發電供能系統具有電源類型多樣、控制方式復雜、運行模式多變的特點。微網中既可能包含冷/熱/電聯供微型燃氣輪機等易于控制的電源，也可能包含如風力發電、光伏發電等具有間歇性和不易控制的電源，同時還需要配置各種類型的儲能裝置，這些電源的投切以及相互影響增加了微網電能質量問題的復雜性。微網中原始輸出方式為直流的風電系統、燃料電池、光伏電源、蓄電池和高速透平等具有間歇性、復雜性、多樣性、不穩定性特點，有關以上微電源的各種并網方案通常需要通過電力電子裝置將電源與常規配電網并網運行，對微網中逆變系統進行適當的電能質量調節具有很大意義。

由于微網供電系統本身間歇性、不穩定的特點，基于逆變系統的微網供電系統輸出功率和電壓難以保證穩定，給微網用戶帶來各種電能質量問題，對于微網逆變系統電能質量問題的分析及高滲透率下微網電能質量的研究，雖然已經受到高度重視，但由于微網本身結構的復雜性和多樣性，還缺乏從方法論的角度對其中的作用機理進行深入揭示。國內用以穩定微網逆變系統輸出的技術還處在起步研究階段。王志群，周雙喜，朱守真的“逆變型分布式電源控制系統設計，電力系統自動化，2004年12月25日，第28卷第24期”一文提出了一種含有直流電壓波動前饋補償的雙環串級PI控制器是與本發明最為相關的背景技術，由于串級PI實際應用中控制量過多，本發明中的功率環控制器中沒有采用PI調節器，使得整個控制方法簡單易于實現。另外本發明的電流環控制器的控制方式與已有的技術有很大不同，提出了與本發明相關理論的工程應用實例。本發明屬于科技發展過程中可以理解的技術改進范圍。

發明內容

針對目前基于逆變系統的微網電能質量問題，本發明旨在提出一種微網逆變系統及適用于該微網逆變系統的電能質量控制方法，保證逆變器輸出設定的功率值并使得輸出電壓穩定在理想范圍內。

本發明采取的技術方案包括：

一種微網逆變系統，包括分布式電源即微源，帶動發電機發出非工頻交流電，經整流后轉換為直流電，或輸出方式為直流的微源，再經電容平波，以兩電平的形式逆變成工頻交流電，經電感-電容(LC)濾波器濾波后，通過隔離變壓器連接到配網公共連接點(PCC)。

其中微源包含須經逆變器并網的原始輸出方式為直流(DC)的微電源：光伏發電系統、燃料電池系統或原始輸出方式為交流但經整流環節后變為直流電的微電源如風力發電系統、透平以及上述任意幾種的組合，如風光互補系統、風蓄互補系統等。

適用于上述微網逆變系統的電能質量控制方法包含電流內環、功率外環以及鎖相環三個環節，逆變器輸出電流i_Labc作為電流內環反饋量輸入，公共連接點電流i_Oabc以及電壓v_Oabc作為功率外環反饋量輸入，功率控制器根據設定的有功p^*和無功q^*，經矩陣運算給出參考電流值的d軸和q軸分量i_LDQ^*，并將其作為電流控制器的輸入；電流控制器將參考電流值i_LDQ^*與逆變器輸出反饋電流值i_LDQ比較，根據差量做出調節，輸出參考電壓v_DQ^*控制逆變器，鎖相環使d-q變換器相位θ^*跟隨公共連接點電壓v_Oabc的相位信息。

本發明采用的鎖相環的優選操作步驟基于瞬時無功功率理論，工作原理是將三相輸入電壓v_Oabc經abc-dq0變換得到v_ODQ，變換所使用的角度是鎖相環的輸出θ^*，v_OQ的大小反映輸入電壓相位θ和鎖相環輸出相位θ^*之間的差值，它與0相減后的值經比例積分(PI)調節器調節后為誤差信號ω^*，ω^*經積分環節得到最終輸出的相位θ^*。