本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域中的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于rc虛擬阻抗的逆變器并聯(lián)控制方法。

背景技術(shù)：

隨著全球范圍內(nèi)能源危機(jī)以及環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，結(jié)合了可再生能源的分布式發(fā)電技術(shù)正逐漸成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。分布式發(fā)電主要以光伏發(fā)電，風(fēng)機(jī)發(fā)電，小型燃料電池發(fā)電及海流發(fā)電為主。這種發(fā)電方式區(qū)別于傳統(tǒng)的集中式大電網(wǎng)發(fā)電方式，供電方式靈活，經(jīng)濟(jì)性良好，且克服了傳統(tǒng)大電網(wǎng)線路損耗大，污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。除此之外，分布式發(fā)電系統(tǒng)在主電網(wǎng)故障時(shí)可獨(dú)立運(yùn)行支撐電網(wǎng)電壓。分布式電源所發(fā)出的一般為直流電，需經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為三相交流電接入電網(wǎng)，因此逆變器技術(shù)非常重要。為了提高分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)大功率供電，發(fā)電系統(tǒng)中的各個(gè)逆變器多以并聯(lián)的方式運(yùn)行。逆變器并聯(lián)運(yùn)行的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)功率的平均分配，而要使負(fù)載在每臺逆變器之間均勻分配，就需要每臺逆變器輸出電壓的幅值，相位及頻率在任何時(shí)間都要保持相等，避免逆變器之間產(chǎn)生環(huán)流，單個(gè)或者多個(gè)逆變電源的過載或重載運(yùn)行。

目前國內(nèi)外關(guān)于逆變器并聯(lián)控制方式的研究分為有互連線并聯(lián)控制和無互連線獨(dú)立控制兩大類。有互連線控制就是有物理上的連接線，主要思想是從傳統(tǒng)直流電源的并聯(lián)技術(shù)而來，是一種主動負(fù)載均分技術(shù)。從控制策略和控制重心的角度，有互連線并聯(lián)技術(shù)主要分為集中控制，主從控制，3c控制和分散邏輯控制。但隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，用于并聯(lián)的逆變器數(shù)量越來越多，從而導(dǎo)致采用有互連線控制方式的并聯(lián)系統(tǒng)模塊間的信號線越來越復(fù)雜，帶來的干擾也越來越大。為了減小和克服有互連線系統(tǒng)所帶來的不好影響，科學(xué)家提出了無互聯(lián)線并聯(lián)技術(shù)，即下垂控制。無互聯(lián)并聯(lián)控制方法的核心思想來源于同步發(fā)電機(jī)中輸出電壓頻率隨著輸出功率增加而下降的現(xiàn)象。該方法根據(jù)檢測逆變器輸出功率來對輸出電壓的幅值和頻率進(jìn)行微調(diào)，間接的抑制逆變器之間的環(huán)流，從而達(dá)到負(fù)載均分的目的。為了獲得較好的均流效果，這種控制方式要求功率檢測速度要快，控制精度要高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的結(jié)束問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)問題而提出的一種適用于并聯(lián)逆變器系統(tǒng)在低壓系統(tǒng)中線路阻抗不同時(shí)的控制策略，其目的就是為了克服已有技術(shù)中存在的動態(tài)響應(yīng)慢、輸出功率耦合、輸出功率不能均分等缺點(diǎn)，通過利用添加微分環(huán)節(jié)增強(qiáng)動態(tài)性能，添加rc虛擬阻抗對功率進(jìn)行解耦均分，添加二次控制增強(qiáng)系統(tǒng)在負(fù)載變化時(shí)的穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

構(gòu)造一個(gè)逆變器并聯(lián)仿真模型。采用matlab/simulink搭建一個(gè)逆變器并聯(lián)電路系統(tǒng)模型，兩臺逆變器參數(shù)一致。每臺逆變器輸出接lcl濾波器，使用基于pr控制器的電壓電流雙閉環(huán)控制對其進(jìn)行控制，使輸出波形為三相正弦波。

對逆變器并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行下垂控制。對每臺逆變器輸出電壓和電流進(jìn)行采集，計(jì)算得到每臺逆變器的平均輸出有功功率和無功功率，通過下垂公式計(jì)算得到每臺逆變器的電壓參考值。

添加微分環(huán)節(jié)。由于傳統(tǒng)下垂控制參數(shù)為定值，動態(tài)響應(yīng)較差，因此此處在下垂控制中添加微分環(huán)節(jié)提高下垂控制的響應(yīng)速度，進(jìn)而提高電壓參考值的動態(tài)響應(yīng)，從而提高功率分配速度。

添加rc虛擬阻抗。針對傳統(tǒng)下垂控制在低壓系統(tǒng)中會造成功率耦合，線路阻抗不同時(shí)功率無法均分，本發(fā)明采用添加rc虛擬阻抗使得輸出阻抗為感性對功率進(jìn)行解耦，并通過對虛擬阻抗取值的不同使得兩逆變器等效總輸出阻抗相同，從而對功率進(jìn)行均分。

添加二次控制。針對傳統(tǒng)下垂控制在負(fù)載變化時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性受影響的問題，添加二級控制將交流母線的相位角和幅值經(jīng)過計(jì)算反饋到電壓參考值，提高負(fù)載變化時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

過上述并聯(lián)控制方法，可以實(shí)現(xiàn)低壓系統(tǒng)中逆變器在線路阻抗不同時(shí)輸出功率快速準(zhǔn)確的均分，且系統(tǒng)可以穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

本發(fā)明有以下效果：本發(fā)明能在逆變器并入時(shí)快速對功率進(jìn)行均分，動態(tài)性能好。本發(fā)明通過對控制回路添加rc虛擬阻抗，在低壓系統(tǒng)中逆變器線路阻抗不同條件下可對功率進(jìn)行均分，確保每臺逆變器工作在正常狀態(tài)。本發(fā)明通過對交流母線電壓的幅值和相位角進(jìn)行采集并添加二次控制，在負(fù)載變化時(shí)可以確保系統(tǒng)電壓和頻率的穩(wěn)定性，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

圖1一種基于rc虛擬阻抗的逆變器并聯(lián)控制方法結(jié)構(gòu)框圖

圖2本發(fā)明逆變器并聯(lián)控制結(jié)構(gòu)框圖

圖3傳統(tǒng)下垂控制動態(tài)響應(yīng)仿真結(jié)果圖

圖4本發(fā)明動態(tài)響應(yīng)仿真結(jié)果對比圖

圖5傳統(tǒng)下垂控制功率分配仿真結(jié)果圖

圖6本發(fā)明功率分配仿真結(jié)果對比圖

圖7傳統(tǒng)下垂控制系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真結(jié)果圖

圖8本發(fā)明系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真結(jié)果對比圖

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡釋本發(fā)明。

參見圖2，一種基于rc虛擬阻抗的逆變器并聯(lián)控制方法結(jié)構(gòu)圖?？刂品椒ㄖ饕伤牟糠纸M成：單臺逆變器的閉環(huán)控制、改進(jìn)的下垂控制、虛擬阻抗環(huán)、二級控制。本發(fā)明主要研究后三部分，單臺逆變器控制采用傳統(tǒng)方法。該控制方法工作原理如下：首先在傳統(tǒng)下垂控制中添加微分環(huán)節(jié)增強(qiáng)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度；其次，添加rc虛擬阻抗環(huán)對逆變器輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償，使得功率可以均分；然后添加電壓頻率和幅值的二次控制，將交流母線電壓引入電壓參考值，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

采用matlab/simulink搭建三相全橋逆變器并聯(lián)電路模型，逆變器直流電源電壓為650v，利用spwm進(jìn)行控制，制波頻率為50hz，載波頻率為10khz。對逆變器進(jìn)行閉環(huán)控制。逆變器輸出端口接一個(gè)lcl濾波器，由逆變器端電感l(wèi)i，電容c，負(fù)載端電感l(wèi)g組成。對電感l(wèi)i的電流和電容c上的電壓進(jìn)行采樣，通過pr控制器進(jìn)行計(jì)算反饋到spwm調(diào)制波進(jìn)行調(diào)制，達(dá)到雙閉環(huán)控制的效果，使得逆變器輸出波形為三相正選波。

逆變器并聯(lián)下垂控制方法如下：

分別采集兩臺逆變器電容電壓vc和網(wǎng)測電感電流ig，計(jì)算出逆變器瞬時(shí)輸出功率，瞬時(shí)輸出功率經(jīng)過一個(gè)低通濾波器得到逆變器的平均功率。在傳統(tǒng)下垂方法中加入微分環(huán)節(jié)使得下垂因子變?yōu)橐粋€(gè)不定值，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。添加rc虛擬復(fù)阻抗其中rv是虛擬電阻，cv是虛擬電容。添加阻尼阻抗后的電壓補(bǔ)償值，反饋到下垂控制產(chǎn)生的電壓中。為了改善負(fù)載變化時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提出一種基于pr控制器的電壓幅值，頻率的二次控制法：在傳統(tǒng)下垂控制中加入交流母線電壓幅值和頻率的偏差量，通過pr控制器進(jìn)行計(jì)算后作為下垂控制的前饋，與傳統(tǒng)下垂控制計(jì)算的電壓相加得出新的電壓參考值。其中epcc是pcc處電壓幅值，是pcc處的相位角，and分為是他們的參考值。kpc,kic,kqc和kqa是pr控制器的調(diào)節(jié)參數(shù)。首先通過測量公共耦合點(diǎn)的電壓幅值和頻率即pcc處的epcc和再與交流母線的額定電壓幅值頻率進(jìn)行比較，得到的差值進(jìn)行pr調(diào)節(jié)，再反饋到每個(gè)逆變器的電壓參考值進(jìn)行補(bǔ)償，和下垂控制產(chǎn)生的電壓參考值相加得到新的參考值，生成新的下垂曲線。

控制方法的優(yōu)越性驗(yàn)證步驟如下：

步驟1：不考慮線路阻抗，在仿真開始時(shí)逆變器1工作并接入負(fù)載，逆變器2不接負(fù)載。在0.6秒時(shí)逆變器2接入系統(tǒng)，此時(shí)兩臺逆變器同時(shí)通過逆變器向負(fù)載供電。仿真結(jié)果參見圖3，從圖可以看出傳統(tǒng)下垂方法可以實(shí)現(xiàn)對功率的均分但動態(tài)響應(yīng)較慢。仿真環(huán)境不變，使用本發(fā)明所提方法，仿真結(jié)果參見圖4，從圖可知本發(fā)明所采用方法在功率分配有較好的動態(tài)響應(yīng)。對比圖3和4可知，本發(fā)明所提方法在功率均分有較好的動態(tài)響應(yīng)，相比傳統(tǒng)下垂控制可以更快速的對功率進(jìn)行均分。

步驟2：針對逆變器輸出阻抗和線路阻抗特性不匹配造成有功輸出功率和無功輸出功率的耦合、逆變器間線路阻抗的差異會造成輸出電壓偏差的問題，本步驟在阻性電路阻抗不相同的條件下分別對傳統(tǒng)下垂控制方法和添加rc虛擬阻抗后的控制方法進(jìn)行了仿真對比。在仿真試驗(yàn)中逆變器1開始工作并接入負(fù)載，逆變器2不接負(fù)載。在0.6秒時(shí)逆變器2接入系統(tǒng)，此時(shí)兩臺逆變器同時(shí)通過逆變器向負(fù)載供電。兩臺逆變器線路阻抗不相同，分別為：z1＝0.96+j0.1245，z2＝0.64+j0.083。傳統(tǒng)方法仿真結(jié)果參見圖5，可知在逆變器線路阻抗與輸出阻抗不匹配、逆變器之間線路阻抗不相同時(shí)，傳統(tǒng)下垂法無法對輸出有功和無功功率進(jìn)行均分，逆變器1與逆變器2輸出功率不同。仿真環(huán)境不變，在下垂控制中添加rc虛擬阻抗，仿真結(jié)果參見圖6，由圖可知本發(fā)明所提方法可以將逆變器輸出功率均分。將圖5和圖6的仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析，可知采用添加rc虛擬阻抗后，兩臺逆變器輸出有功功率及無功功率可以進(jìn)行均分。

步驟3：當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載增加或減少時(shí)，并聯(lián)系統(tǒng)通過下垂控制使各逆變器的輸出功均衡分配。但在此過程中下垂控制會對交流母線電壓和頻率造成擾動，影響母線的穩(wěn)定。針對以上問題，本步驟在負(fù)荷變化的條件下對步驟2的控制方法和添加基于pr控制器的二次調(diào)節(jié)方法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)和對比分析。在仿真中逆變器1開始工作并接入負(fù)載，逆變器2不接負(fù)載。在0.6秒時(shí)逆變器2接入系統(tǒng)，此時(shí)兩臺逆變器同時(shí)通過逆變器向負(fù)載供電。在1秒時(shí)負(fù)載發(fā)生突變，功率增大一倍。傳統(tǒng)下垂方法仿真結(jié)果參見7，由圖可知，當(dāng)并聯(lián)系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)，交流母線的電壓幅值和頻率會產(chǎn)生偏差，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真環(huán)境不變，在控制中添加幅值、相位角二次控制環(huán)，仿真結(jié)果參見圖8?？芍谪?fù)載發(fā)生變化時(shí)，本發(fā)明所提方法電壓幅值偏差小，頻率變化較小。將圖7和圖8進(jìn)行對比，可以看出相比傳統(tǒng)下垂控制，本發(fā)明所提方法在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，交流母線電壓幅值和頻率的偏差更小，消除時(shí)間更短。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。