本發(fā)明涉及一種基于九開(kāi)關(guān)管逆變器(NSI)的多功能分布式電源并網(wǎng)裝置的配置方案，適用于分布式電源的并網(wǎng)控制，為補(bǔ)償大量非線性和沖擊負(fù)載接入后造成的公用電網(wǎng)諧波污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)分布式電源逆變器在電網(wǎng)故障狀態(tài)下的低電壓穿越，基于九開(kāi)關(guān)管逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而設(shè)計(jì)的一種新型分布式電源并網(wǎng)逆變裝置，屬于分布式發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著地球傳統(tǒng)化石能源的枯竭，可再生能源成為全球新的研究熱點(diǎn)。其中光伏、風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，技術(shù)相對(duì)成熟，已實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化商業(yè)開(kāi)發(fā)。在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，分布式電源的直流側(cè)可能出現(xiàn)過(guò)電壓、過(guò)電流等一系列暫態(tài)過(guò)程，進(jìn)而損壞分布式電源并網(wǎng)變流器中的電力電子設(shè)備。新的分布式電源并網(wǎng)導(dǎo)則要求風(fēng)機(jī)、光伏等發(fā)電機(jī)組必須具備一定的低電壓穿越能力。

與此同時(shí)，隨著利用電力電子裝置的非線性負(fù)荷和分布式發(fā)電系統(tǒng)大量接入配電網(wǎng)，使得電網(wǎng)電流的諧波含量驟增，上述諧波污染使公用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴(yán)重。較大的諧波電流將直接威脅到配電網(wǎng)的運(yùn)行安全。在現(xiàn)有技術(shù)手段中，電力有源濾波(APF)技術(shù)是治理電網(wǎng)諧波污染的主要手段之一，在電網(wǎng)，尤其是配電和用電領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

為解決分布式電源接入時(shí)的低電壓穿越問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了眾多分布式電源低電壓穿越方案，總結(jié)起來(lái)可分為以下3類(lèi)：(1)在直流環(huán)節(jié)加裝卸荷電阻，通過(guò)卸荷電阻消耗多余的有功功率，可將直流母線電壓的波動(dòng)范圍限制在10％的額定范圍內(nèi)，但系統(tǒng)效率較低，散熱設(shè)計(jì)困難；(2)通過(guò)機(jī)側(cè)變流器控制直流母線電壓，將不能釋放的能量存儲(chǔ)在機(jī)組傳動(dòng)鏈中，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不受控，會(huì)對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)；(3)采用儲(chǔ)能裝置將多余的能量存儲(chǔ)起來(lái)，雖然可實(shí)現(xiàn)功率平滑，但會(huì)增加系統(tǒng)成本。本發(fā)明依據(jù)德國(guó)E.ON標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，通過(guò)兩個(gè)網(wǎng)側(cè)變流器端口向并網(wǎng)點(diǎn)注入無(wú)功功率來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式電源的低電壓穿越。

現(xiàn)有的電能質(zhì)量問(wèn)題表現(xiàn)為諧波污染和無(wú)功缺額，傳統(tǒng)可供選擇的治理方法主要分為以無(wú)源電力濾波器、并聯(lián)補(bǔ)償電容器為代表的無(wú)源設(shè)備，以及以有源濾波器和靜止無(wú)功補(bǔ)償器為代表的有源設(shè)備。其中無(wú)源設(shè)備具有結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠性高、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但亦有與電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生諧振的潛在危險(xiǎn)，且當(dāng)系統(tǒng)以小方式運(yùn)行時(shí)，容易造成無(wú)功過(guò)補(bǔ)償，增加系統(tǒng)損耗，威脅電網(wǎng)運(yùn)行安全。而有源設(shè)備因具有運(yùn)行方式靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)、調(diào)節(jié)速度快等優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代無(wú)源設(shè)備成為中、低壓配電網(wǎng)中電能質(zhì)量治理裝置發(fā)展的主流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)諧波和無(wú)功等電能質(zhì)量問(wèn)題的治理、分布式電源低電壓穿越控制的問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于九開(kāi)關(guān)管逆變器(NSI)的多功能分布式電源并網(wǎng)裝置的配置方案。利用九開(kāi)關(guān)管逆變器所提供的兩組輸出端口，分別構(gòu)成分布式電源并網(wǎng)逆變器的網(wǎng)側(cè)主、輔變流器端口，在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)饋能的同時(shí)進(jìn)行諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償，以改善電網(wǎng)電能質(zhì)量；在電網(wǎng)故障發(fā)生電壓跌落時(shí)，通過(guò)NSI兩個(gè)輸出端口間的協(xié)調(diào)控制來(lái)滿足低電壓穿越的要求，從而在同一套并網(wǎng)裝置內(nèi)把分布式電源并網(wǎng)控制、無(wú)功和諧波電流補(bǔ)償、低電壓穿越功能結(jié)合在一起，減小系統(tǒng)投資成本，提高分布式電源的穩(wěn)定性和電網(wǎng)電能質(zhì)量。

技術(shù)方案：

一種基于九開(kāi)關(guān)管逆變器的多功能分布式電源并網(wǎng)裝置，包括九開(kāi)關(guān)管逆變器；所述九開(kāi)關(guān)管逆變器的一個(gè)上輸出端口通過(guò)并網(wǎng)變壓器與電網(wǎng)連接，另一個(gè)下輸出端口并聯(lián)接入電網(wǎng)；所述九開(kāi)關(guān)管逆變器的兩個(gè)輸出端口分別形成分布式電源并網(wǎng)逆變器的網(wǎng)側(cè)主、輔變流器端口；

在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，所述網(wǎng)側(cè)主變流器端口將微源產(chǎn)生的電能逆變成符合并網(wǎng)條件的交流電，并維持變流器直流母線電壓穩(wěn)定；所述網(wǎng)側(cè)輔變流器端口在電流環(huán)中加入諧波電流補(bǔ)償值；

在電網(wǎng)故障時(shí)，利用兩個(gè)輸出端口之間的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)分布式電源的低電壓穿越，將分布式電源產(chǎn)生的能量順利送入電網(wǎng)，同時(shí)向電網(wǎng)發(fā)出無(wú)功，支持電網(wǎng)電壓恢復(fù)。

所述九開(kāi)關(guān)管逆變器由三個(gè)橋臂并聯(lián)形成；所述橋臂包括三個(gè)串聯(lián)在一起的開(kāi)關(guān)管；

定義靠近直流母線正極開(kāi)關(guān)管為上開(kāi)關(guān)管，記為S_jH(j＝a,b,c)；靠近直流母線負(fù)極開(kāi)關(guān)管為下開(kāi)關(guān)管，記為S_jL(j＝a,b,c)；各橋臂的三個(gè)開(kāi)關(guān)管中，除去上、下開(kāi)關(guān)管后余下的開(kāi)關(guān)管為中開(kāi)關(guān)管，記為S_jM(j＝a,b,c)；

將所述九開(kāi)關(guān)管逆變器上、下輸出端口的調(diào)制波信號(hào)U_refH、U_refL共用三角載波進(jìn)行調(diào)制；若U_refH大于載波，則對(duì)應(yīng)相的開(kāi)關(guān)管S_jH(j＝a,b,c)導(dǎo)通，否則S_jH關(guān)斷；若U_refL大于載波，則對(duì)應(yīng)相的開(kāi)關(guān)管S_jL(j＝a,b,c)關(guān)斷，否則S_jL導(dǎo)通；而每相中間管S_jM(j＝a,b,c)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為對(duì)應(yīng)相S_jH與S_jL的異或獲得。

所述網(wǎng)側(cè)主變流器采用基于電網(wǎng)電壓定向的前饋補(bǔ)償dq解耦方式來(lái)分別控制d軸有功電流和q軸無(wú)功電流；

網(wǎng)側(cè)主變流器是在dq坐標(biāo)系內(nèi)完成控制的，其中d軸分量與并網(wǎng)點(diǎn)電壓矢量同向；濾波電容端電壓矢量與網(wǎng)側(cè)主變流器注入電流矢量之間的關(guān)系為：

其中L₁為濾波電抗，e_d、e_q為濾波電容C₁兩端電壓的d、q軸分量，u_cd、u_cq為所述九開(kāi)關(guān)管逆變器上端口輸出電壓的d、q軸分量，i_d1、i_q1為所述九開(kāi)關(guān)管逆變器上端口輸出電流的d、q軸分量，ω_e為系統(tǒng)角頻率；

所述網(wǎng)側(cè)主變流器采用雙環(huán)控制，其中直流母線電壓控制外環(huán)，通過(guò)將直流母線電壓的參考值u_dcref與實(shí)測(cè)值u_dc比較做差后，通過(guò)PI控制器產(chǎn)生d軸電流指令值i_d1ref，通過(guò)給定的功率因數(shù)設(shè)定q軸電流指令值i_q1ref；將電網(wǎng)正常工況電流指令值i_d1ref、i_q1ref或電網(wǎng)故障工況電流指令值i_gd1ref、i_gq1ref輸入解耦PI控制器構(gòu)成的電流內(nèi)環(huán)，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)d、q軸分量u*_gd1和u*_gq1，通過(guò)Park逆變換獲取三相調(diào)制信號(hào)，再根據(jù)PWM調(diào)制算法，完成對(duì)所述九開(kāi)關(guān)管逆變器上端口的輸出控制。

3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能分布式電源并網(wǎng)裝置，其特征在于：所述網(wǎng)側(cè)輔助變流器是在dq坐標(biāo)系內(nèi)完成控制的，其中d軸分量與并網(wǎng)點(diǎn)電壓矢量同向；濾波電容端電壓矢量與網(wǎng)側(cè)主變流器注入電流矢量之間的關(guān)系為：

其中L₂為濾波電抗，U_gd、U_gq為濾波電容C₂兩端電壓的d、q軸分量，u_ad、u_aq為NSI上端口輸出電壓的d、q軸分量，i_d2、i_q2為NSI上端口輸出電流的d、q軸分量，ω_e為系統(tǒng)角頻率；

所述網(wǎng)側(cè)輔助變流器采用單環(huán)控制，將諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)獲取的電流指令值i_dh、i_qh或電網(wǎng)故障工況電流指令值i_gd2ref、i_gq2ref分別與輔助逆變器端口對(duì)應(yīng)d、q軸電流實(shí)測(cè)值i_d2、i_q2相減后，輸入解耦PI控制器構(gòu)成的電流環(huán)，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)d、q軸分量u*_gd2和u*_gq2，通過(guò)Park逆變換獲取三相調(diào)制信號(hào)，再根據(jù)PWM調(diào)制算法，完成對(duì)所述九開(kāi)關(guān)管逆變器下端口的輸出控制。

在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，所述網(wǎng)側(cè)輔助變流器的參考電流值即為諧波電流補(bǔ)償值；所述諧波電流的檢測(cè)如下：

數(shù)字鎖相環(huán)PLL跟蹤電網(wǎng)a相電壓相位，三相負(fù)載電流i_a、i_b、i_c經(jīng)abc/dq變換后得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的有功和無(wú)功電流分量i_d、i_q，將i_d、i_q通過(guò)低通濾波器后，獲取負(fù)載基波電流所對(duì)應(yīng)的直流分量i_db、i_qb，則i_d與i_db之差即為dq坐標(biāo)系內(nèi)諧波電流的d軸分量i_dh，i_q與i_qb之差即為dq坐標(biāo)系內(nèi)諧波電流的q軸分量i_qh。

當(dāng)電網(wǎng)故障并發(fā)生電壓跌落時(shí)，網(wǎng)側(cè)主、輔變流器切換至LVRT模式，在無(wú)功支持和有功平衡兩個(gè)層面協(xié)同工作；

在無(wú)功支持層面，將NSI輸出無(wú)功電流控制的參考值分別設(shè)定為：

式中u_g為電網(wǎng)電壓，u_ref為故障前電網(wǎng)電壓，i_gq1ref和i_gq2ref分別為主變流器和輔助變流器q軸無(wú)功指令電流，所有值均為標(biāo)幺值；

在系統(tǒng)無(wú)功支持策略確定后，計(jì)算出網(wǎng)側(cè)變流器在保持系統(tǒng)能量平衡的前提下，NSI主、輔變流器的d軸指令電流值分別為：

式中i_gd1ref和i_gd2ref分別為主、輔變流器d軸有功指令電流，P_s為故障前系統(tǒng)輸出有功功率。

當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓發(fā)生深度跌落時(shí)，輔助使用直流斬波控制和直流母線卸荷電路，把直流側(cè)電壓控制在1.1倍標(biāo)幺值內(nèi)。

有益效果：(1)利用NSI的兩個(gè)輸出端口構(gòu)造主、輔分布式電源并網(wǎng)端口，可達(dá)到與傳統(tǒng)背靠背型全控逆變器相同的并網(wǎng)與補(bǔ)償效果，但使用本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)相比較背靠背型電路卻可節(jié)省3個(gè)開(kāi)關(guān)管，從而縮小裝置體積，減少投資成本；(2)利用輔助并聯(lián)端口，在電網(wǎng)未發(fā)生故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)有源濾波器功能，利用有源濾波器運(yùn)行方式靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)、調(diào)節(jié)速度快的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)諧波、無(wú)功等電能質(zhì)量問(wèn)題的治理，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量；(3)在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)協(xié)調(diào)控制NSI的兩個(gè)輸出端口實(shí)現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)變流器LVRT策略，按照國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)向電網(wǎng)提供無(wú)功支持，并盡量減小直流側(cè)卸荷電阻的散熱壓力，維持系統(tǒng)能量平衡，實(shí)現(xiàn)分布式電源的低電壓穿越。本發(fā)明所提系統(tǒng)將分布式電源并網(wǎng)控制、無(wú)功和諧波電流補(bǔ)償、低電壓穿越功能相結(jié)合，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量，有較高的性價(jià)比和系統(tǒng)利用率，因此具有良好的工程應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是十二開(kāi)關(guān)管逆變器與九開(kāi)關(guān)管逆變器拓?fù)潢P(guān)系圖。

圖2是基于九開(kāi)關(guān)管逆變器(NSI)的多功能分布式電源并網(wǎng)裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖3是多功能分布式電源并網(wǎng)裝置的網(wǎng)側(cè)主變流器控制框圖。

圖4是多功能分布式電源并網(wǎng)裝置的網(wǎng)側(cè)輔助變流器控制框圖。

圖5是多功能分布式電源并網(wǎng)裝置諧波電流檢測(cè)原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明采用九開(kāi)關(guān)管逆變器作為電力電子主電路，為分布式電源并網(wǎng)裝置提供兩個(gè)獨(dú)立的輸出端口。

圖1給出了十二開(kāi)關(guān)管逆變器與九開(kāi)關(guān)管逆變器之間的拓?fù)潢P(guān)系。圖1的左側(cè)為較常采用的背靠背型十二開(kāi)關(guān)管逆變器，圖1的右側(cè)為新型九開(kāi)關(guān)管逆變器?？梢?jiàn)九開(kāi)關(guān)管逆變器與十二開(kāi)關(guān)管逆變器同樣能對(duì)外提供兩組三相輸出端口，但是九開(kāi)關(guān)管逆變器可比十二開(kāi)關(guān)管逆變器節(jié)約3個(gè)開(kāi)關(guān)管。通過(guò)比較可知，九開(kāi)關(guān)管逆變器具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低的優(yōu)勢(shì)。因此，可利用九開(kāi)關(guān)管逆變器的兩個(gè)輸出端口，分別形成分布式電源并網(wǎng)接口的主變流器部分和輔助變流器部分。

定義三個(gè)串聯(lián)在一起的開(kāi)關(guān)管構(gòu)成一個(gè)橋臂，則可將NSI的九個(gè)開(kāi)關(guān)管分為三個(gè)橋臂。為了避免將直流母線短接，每個(gè)橋臂上所串聯(lián)的三個(gè)開(kāi)關(guān)管不能同時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)負(fù)載含有感性元件時(shí)，為了避免輸出端懸空，應(yīng)控制每個(gè)橋臂上至少同時(shí)有兩個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。定義靠近直流母線正極開(kāi)關(guān)管為上開(kāi)關(guān)管，記為S_jH(j＝a,b,c)；靠近直流母線負(fù)極開(kāi)關(guān)管為下開(kāi)關(guān)管，記為S_jL(j＝a,b,c)；各橋臂的三個(gè)開(kāi)關(guān)管中，除去上、下開(kāi)關(guān)管后余下的開(kāi)關(guān)管為中開(kāi)關(guān)管，記為S_jM(j＝a,b,c)。將NSI上、下輸出端口的調(diào)制波信號(hào)U_refH、U_refL共用三角載波進(jìn)行調(diào)制。若U_refH大于載波，則對(duì)應(yīng)相的開(kāi)關(guān)管S_jH(j＝a,b,c)導(dǎo)通；否則S_jH關(guān)斷。若U_refL大于載波，則對(duì)應(yīng)相的開(kāi)關(guān)管S_jL(j＝a,b,c)關(guān)斷；否則S_jL導(dǎo)通。而每相中間管S_jM(j＝a,b,c)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為對(duì)應(yīng)相S_jH與S_jL的異或獲得。

圖2給出了基于九開(kāi)關(guān)管逆變器(NSI)的多功能分布式電源并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計(jì)了一種基于九開(kāi)關(guān)管逆變器(NSI)的多功能分布式電源并網(wǎng)裝置的配置方案。利用九開(kāi)關(guān)管逆變器所提供的兩組輸出端口，分別構(gòu)成分布式電源并網(wǎng)逆變器的網(wǎng)側(cè)主、輔變流器端口，在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，利用NSI所提供的一個(gè)輸出端口構(gòu)成主輸出端口，保證系統(tǒng)的并網(wǎng)饋能，同時(shí)利用NSI所提供的另一個(gè)輸出端口構(gòu)成輔助輸出端口，實(shí)現(xiàn)無(wú)功和諧波補(bǔ)償，改善并網(wǎng)點(diǎn)周邊的電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)饋能的同時(shí)進(jìn)行諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償，以改善電網(wǎng)電能質(zhì)量；在電網(wǎng)故障發(fā)生電壓跌落時(shí)，通過(guò)NSI兩個(gè)輸出端口間的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)分布式電源的LVRT策略，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)向電網(wǎng)提供無(wú)功支撐，盡量減小直流側(cè)卸荷電阻的散熱壓力，維持系統(tǒng)能量平衡，來(lái)滿足低電壓穿越的要求，從而在同一套并網(wǎng)裝置內(nèi)把分布式電源并網(wǎng)控制、無(wú)功和諧波電流補(bǔ)償、低電壓穿越功能結(jié)合在一起，減小系統(tǒng)投資成本，提高分布式電源的穩(wěn)定性和電網(wǎng)電能質(zhì)量，有較高的性價(jià)比和系統(tǒng)利用率。

其中九開(kāi)關(guān)管逆變器的直流側(cè)并聯(lián)有等效直流母線電容C，同時(shí)并聯(lián)有微源控制及直流斬波環(huán)節(jié)用于控制直流母線電壓以及微電源實(shí)現(xiàn)MPPT等功能。九開(kāi)關(guān)管逆變器的一個(gè)輸出端口通過(guò)由電感L₁、電容C₁構(gòu)成的LC濾波電路及并網(wǎng)變壓器接入電網(wǎng)，將微源產(chǎn)生的電能逆變成符合并網(wǎng)條件的交流電，并維持變流器直流母線電壓穩(wěn)定；九開(kāi)關(guān)管逆變器的另一個(gè)輸出端口通過(guò)由電感L₂、電容C₂構(gòu)成的LC濾波電路直接接入并網(wǎng)變壓器的電網(wǎng)側(cè)，在電流環(huán)中加入諧波電流補(bǔ)償值，用于改善電網(wǎng)電能質(zhì)量。電網(wǎng)側(cè)包含網(wǎng)側(cè)等效電抗L_grid和三相等效電壓源U_j(j＝a,b,c)。由于并聯(lián)運(yùn)行的兩個(gè)逆變器端口之間可能產(chǎn)生環(huán)流，會(huì)給并聯(lián)系統(tǒng)帶來(lái)加大開(kāi)關(guān)元件負(fù)擔(dān)、增加系統(tǒng)損耗、甚至損壞功率器件的不利影響。本發(fā)明通過(guò)并網(wǎng)變壓器將作為主、輔逆變器的兩個(gè)輸出端口進(jìn)行隔離，以消除主、輔變流器之間的環(huán)流。

如圖3所示為本發(fā)明所提出的多功能分布式電源并網(wǎng)裝置的網(wǎng)側(cè)主變流器控制框圖，網(wǎng)側(cè)主變流器用以維持NSI直流側(cè)母線電壓，同時(shí)調(diào)節(jié)NSI與大電網(wǎng)之間無(wú)功功率的交換，其主要控制目標(biāo)為將分布式電源產(chǎn)生的有功功率注入電網(wǎng)，并按要求調(diào)節(jié)功率因數(shù)。

網(wǎng)側(cè)主變流器采用基于電網(wǎng)電壓定向的前饋補(bǔ)償dq解耦方式來(lái)分別控制d軸有功電流和q軸無(wú)功電流。

網(wǎng)側(cè)主變流器是在dq坐標(biāo)系內(nèi)完成控制的，其中d軸分量與并網(wǎng)點(diǎn)電壓矢量同向?？蓪V波電容端電壓矢量與網(wǎng)側(cè)主變流器注入電流矢量之間的關(guān)系描述為：

其中L₁為濾波電抗，e_d、e_q為濾波電容C₁兩端電壓的d、q軸分量，u_cd、u_cq為NSI上端口輸出電壓的d、q軸分量，i_d1、i_q1為NSI上端口輸出電流的d、q軸分量，ω_e為系統(tǒng)角頻率。

圖3中的網(wǎng)側(cè)主變流器采用雙環(huán)控制，其中直流母線電壓控制外環(huán)，通過(guò)將直流母線電壓的參考值u_dcref與直流母線電壓的實(shí)測(cè)值u_dc比較做差后，通過(guò)PI控制器產(chǎn)生d軸電流指令值i_d1ref，通過(guò)給定的功率因數(shù)設(shè)定q軸電流指令值i_q1ref；將電網(wǎng)正常工況電流指令值i_d1ref、i_q1ref或電網(wǎng)故障工況電流指令值i_gd1ref、i_gq1ref輸入解耦PI控制器構(gòu)成的電流內(nèi)環(huán)，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)d、q軸分量u*_gd1和u*_gq1，通過(guò)Park逆變換獲取三相調(diào)制信號(hào)，再根據(jù)PWM調(diào)制算法，完成對(duì)NSI上端口的輸出控制。

在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)d軸分量的雙環(huán)控制器來(lái)穩(wěn)定NSI直流母線電壓，從而使得分布式電源產(chǎn)生的有功功率能夠及時(shí)注入電網(wǎng)；通過(guò)對(duì)q軸分量的單環(huán)控制器，按照事先設(shè)定的無(wú)功功率輸出相應(yīng)的無(wú)功電流參考值。在電網(wǎng)故障時(shí)，主逆變器端口電流的d、q軸分量由低電壓穿越控制策略決定。

如圖4所示為本發(fā)明所提出的多功能分布式電源并網(wǎng)裝置的網(wǎng)側(cè)輔助變流器控制框圖，網(wǎng)側(cè)輔助變流器的電流環(huán)中添加諧波電流補(bǔ)償值，用于控制產(chǎn)生補(bǔ)償電流，改善電網(wǎng)電能質(zhì)量。當(dāng)電網(wǎng)正常時(shí)，輔助變流器端口工作于APF模式下，其指令電流為諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)獲得的補(bǔ)償電流值；當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，輔助變流器端口與主變流器端口相配合，實(shí)現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越。

網(wǎng)側(cè)輔助變流器端口工作于有源濾波器(APF)模式，控制其向電網(wǎng)注入諧波和無(wú)功補(bǔ)償值，用于改善分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量。網(wǎng)側(cè)輔助變流器端口的電流參考值源自諧波電流檢測(cè)算法，并在d-q坐標(biāo)系內(nèi)，采用電流環(huán)解耦控制實(shí)現(xiàn)對(duì)指令電流的跟蹤。

網(wǎng)側(cè)輔助變流器是在dq坐標(biāo)系內(nèi)完成控制的，其中d軸分量與并網(wǎng)點(diǎn)電壓矢量同向?？蓪V波電容端電壓矢量與網(wǎng)側(cè)主變流器注入電流矢量之間的關(guān)系描述為：

其中L₂為濾波電抗，U_gd、U_gq為濾波電容C₂兩端電壓的d、q軸分量，u_ad、u_aq為NSI上端口輸出電壓的d、q軸分量，i_d2、i_q2為NSI上端口輸出電流的d、q軸分量，ω_e為系統(tǒng)角頻率。

圖4中的網(wǎng)側(cè)輔助變流器采用單環(huán)控制，將諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)獲取的電流指令值i_dh、i_qh或電網(wǎng)故障工況電流指令值i_gd2ref、i_gq2ref分別與輔助逆變器端口對(duì)應(yīng)d、q軸電流實(shí)測(cè)值i_d2、i_q2相減后，輸入解耦PI控制器構(gòu)成的電流環(huán)，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)d、q軸分量u*_gd2和u*_gq2，通過(guò)Park逆變換獲取三相調(diào)制信號(hào)，再根據(jù)PWM調(diào)制算法，完成對(duì)NSI下端口的輸出控制。

在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，輔助變流器工作于有源濾波器模式，此時(shí)輔助變流器的參考電流值為網(wǎng)側(cè)諧波電流的補(bǔ)償量。因此諧波電流補(bǔ)償值被添加給電流環(huán)，用以提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量。如圖5為本發(fā)明提出的諧波電流檢測(cè)原理圖。數(shù)字鎖相環(huán)PLL跟蹤電網(wǎng)a相電壓相位，用以保證諧波電流檢測(cè)的精度，三相負(fù)載電流i_a、i_b、i_c經(jīng)abc/dq變換后得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的有功和無(wú)功電流分量i_d、i_q，將i_d、i_q通過(guò)低通濾波器后，獲取負(fù)載基波電流所對(duì)應(yīng)的直流分量i_db、i_qb，則i_d與i_db之差即為dq坐標(biāo)系內(nèi)諧波電流的d軸分量i_dh，i_q與i_qb之差即為dq坐標(biāo)系內(nèi)諧波電流的q軸分量i_qh。

當(dāng)電網(wǎng)故障并發(fā)生電壓跌落時(shí)，網(wǎng)側(cè)逆變器的功率輸出受到限制。如果分布式電源的功率不調(diào)整，多余的能量將造成并網(wǎng)逆變器直流側(cè)過(guò)電壓，危害到分布式電源的運(yùn)行安全。此時(shí)，可以充分利用主、輔變流器的容量，將兩個(gè)變流器切換至LVRT模式，在無(wú)功支持和有功平衡兩個(gè)層面協(xié)同工作，從而將分布式電源產(chǎn)生的能量順利送至電網(wǎng)，同時(shí)向電網(wǎng)發(fā)出無(wú)功功率，支持電網(wǎng)電壓恢復(fù)。

在無(wú)功支持層面，根據(jù)德國(guó)E.ON公司標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：電網(wǎng)電壓每跌落1％的額定電壓，以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例的分布式電源需向電網(wǎng)發(fā)出2％額定電流大小的無(wú)功電流。因此，分布式電源首先滿足無(wú)功電流的要求，根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落的幅度決定輸送給電網(wǎng)的無(wú)功電流的大小。將NSI輸出無(wú)功電流控制的參考值分別設(shè)定為：

式中u_g為電網(wǎng)電壓，u_ref為故障前電網(wǎng)電壓，i_gq1ref和i_gq2ref分別為主變流器和輔助變流器q軸無(wú)功指令電流，所有值均為標(biāo)幺值。

在系統(tǒng)無(wú)功支持策略確定后，計(jì)算出網(wǎng)側(cè)變流器在保持系統(tǒng)能量平衡的前提下，NSI主、輔變流器的d軸指令電流值分別為：

式中i_gd1ref和i_gd2ref分別為主、輔變流器d軸有功指令電流，P_s為故障前系統(tǒng)輸出有功功率。但由于NSI輸出電流的限制，網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略只能滿足一定跌落程度的LVRT。當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓發(fā)生深度跌落時(shí)，需要輔助使用直流斬波控制和直流母線卸荷電路，把直流側(cè)電壓控制在1.1倍標(biāo)幺值內(nèi)。

本發(fā)明未特別限定的技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。