[發明專利]一種基于電容電壓微分的微電網多逆變器并聯運行控制方法

有效

• 申請號: 201510058688.3
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104600753A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 張慶海;梁甲文;劉安華
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網山東省電力公司聊城供電公司
• 主分類號: H02J3/42
• 分類號: H02J3/42
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種基于電容電壓微分的微電網多逆變器并聯運行控制方法,屬于分布式發電及電力電子技術領域。

背景技術

采用微電網的形式接納分布式電源，解決分布式發電對大電網帶來的不利影響，已成為當前電力系統研究的熱點。

微電網中存在大量的分布式電源，例如，光伏發電，主要為當地負荷提供能源來源時，就需要多臺逆變器并聯運行，來實現大容量供電以及冗余供電，此時，微電網需要可靠的多逆變器并聯運行控制系統來實現孤島模式下的運行。同時，為了實現微電網中逆變器并聯的熱插拔，基于下垂控制的無互聯線并聯結構成為最佳選擇。

簡而言之，下垂控制方法即，根據有功-頻率曲線和無功-電壓曲線，通過調節有功功率實現輸出電壓角頻率控制、調節無功功率實現輸出電壓幅值控制。該方法無需逆變器間的通信協調，實現了逆變器接入的“即插即用”，以及孤島運行模式下微電網內部電力平衡和頻率的統一。

然而，隨著對基于下垂控制的多逆變器并聯運行控制方法的深入，有以下幾個問題需要解決：

(1)傳統的下垂控制方法一般將逆變器的輸出阻抗設計呈電感性，而低電壓微電網中，連接線路的線路電阻遠大于線路感抗，此時不能夠較好實現功率的精確分配，容易存在較大的環流存在。

(2)為了實現逆變器輸出阻抗的可控，研究者提出了虛擬阻抗，但是有些虛擬阻抗策略過于復雜，難以實現；且將控制策略重點放在電壓控制上面，使得系統的動態響應慢，電流畸變率也隨之升高。

(3)有些技術中，功率計算環節取用的交流量為濾波電容電壓和線路電流，不能夠精確地反映逆變器輸出功率。

在現有技術當中與本專利申請相關的內容主要有以下幾篇文獻：

張慶海、羅安、陳燕東等人于2012年5月4日投稿，2014年6月發表在《電工技術學報》第29卷第6期上的《并聯逆變器輸出阻抗分析及電壓控制策略》一文。文章詳細分析了引入虛擬復阻抗后，逆變器輸出阻抗的變化，提出了新的電壓控制策略，實驗表明，引入的虛擬復阻抗使得逆變器輸出阻抗呈電阻性，可使并聯系統具有較好的性能。然而，文中未充分考慮電流控制環節的設計。另外，此文中，功率計算環節取用的交流量為濾波電容電壓和線路電流，不能夠精確地表達逆變器輸出功率。

中國專利文獻CN?102437589?B公開了一種單相太陽能發電多逆變器并聯功率均分控制方法，包括由若干個逆變器并聯組成的單相太陽能發電多逆變器并聯系統，然而，控制方法中未利用虛擬阻抗技術，尤其是后來提出的虛擬復阻抗技術，在改變逆變器輸出阻抗、使得并聯控制方法具有更廣泛的適應性方面，還有待進一步改進和完善。

中國專利文獻CN?102447268?B公開了一種基于功率前饋的魯棒雙環光伏并網控制方法，主要包括外環電壓PI控制、內環魯棒預測電流無差拍控制、功率前饋控制三個部分，其中，電壓外環PI控制用于穩定直流側電容電壓；內環魯棒預測電流無差拍控制通過超前控制，對下一個控制周期的電網電壓進行線性預測和并網電流進行非線性預測，得到下一個周期的并網電流指令值，再通過無差拍控制實現PWM調制和并網控制，但是，該發明針對的是并網運行逆變器，對于孤島(離網)模式下微電網多逆變器并聯控制尚未提及。

張慶海、彭楚武、陳燕東、金國彬、羅安發表于2012年9月5日《中國電機工程學報》第32卷第25期上的《一種微電網多逆變器并聯運行控制策略》一文。該文采用的是電壓電流雙環控制，外環是采用PI控制的電壓控制環、內環是采用比例P控制的電感電流調節環。需要指出的是，電流內環比例P調節由于沒有積分環節，相較于無差拍控制而言，系統穩定性和控制精度較差。

中國專利文獻CN?102842921?B公開了一種魯棒功率下垂控制的微電網多逆變器并聯電壓控制方法。針對微電網中的每臺逆變器，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；通過引入含電阻分量和感抗分量的虛擬復阻抗，采用基于虛擬阻抗和準諧振PR控制的多環電壓控制方法，使得逆變器輸出阻抗在工頻條件下呈純阻性，從而實現微電網多逆變器并聯運行和功率均分，并增強了微電網并聯系統對數值計算誤差、參數漂移、噪聲干擾等的魯棒性。但是，該專利中控制電容電流的本質還是在控制電容電壓，或者說是輸出電壓；同時，該專利中需要對逆變器輸出線路電流和濾波電容電流同時采集，而濾波電容電流可以通過對采集的濾波電容電壓微分獲得。另外，該專利在功率計算環節取用的交流量為濾波電容電壓和線路電流，而不是濾波電容電壓和濾波電感電流，同樣不能夠精確表達逆變器輸出功率。