基于虛擬電容的微網逆變器并聯(lián)功率均分控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于微網逆變器并聯(lián)孤島運行時的功率均分控制領域，具體涉及一種基于 虛擬電容算法的微網逆變器功率均分控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著環(huán)境、能源問題日趨嚴重以及光伏、風電等分布式發(fā)電技術的發(fā)展和廣泛應 用，微網系統(tǒng)成為研究的熱點。為提高系統(tǒng)可靠性和冗余度，降低對通訊的依賴，多采用下 垂控制或虛擬同步電機控制的電壓源型逆變器組網，實現(xiàn)有效的負載功率分配。
[0003] 由于逆變器電路結構中存在濾波電感、隔離變壓器等感性元件，其輸出阻抗和線 路阻抗主要呈感性，因此，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)情況下各逆變器輸出有功功率的比值與有功下垂系數(shù) 有關，各逆變器輸出無功功率的比值與無功下垂系數(shù)和線路阻抗均有關。穩(wěn)態(tài)下微網各處 角頻率相同，負載有功功率能夠實現(xiàn)均分，即PcilAV……/pon=pratel/p rate2/……/Praten，其 中匕為逆變器#i輸出有功功率，P ratelS逆變器#i額定有功功率；而由于各分布式電源地 理位置具有隨機性，且并聯(lián)線路阻抗難以與額定容量匹配，因此常規(guī)下垂控制和虛擬同步 電機控制無法實現(xiàn)無功負載均分，即QcilAici2/....../Qon^ Q ratel/Qrate2/....../Qratol，其中Qcil為 逆變器#i輸出無功功率，Qratel為逆變器#i額定無功功率。微網系統(tǒng)中各逆變器無法均分 無功負載可導致一些分布式電源過載，甚至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此，實現(xiàn)各微網逆變器 按照其額定容量均分負載功率十分必要。
[0004] 目前，對于微網逆變器并聯(lián)運行的功率均分問題，已有多篇學術論文進行分析并 提出解決方案，例如：
[0005] 1、題為"Robust droop controller for accurate proportional load sharing among inverters operated in parallel'，，Zhong Q C，et al，〈〈IEEE Transactions on Industrial Electronics》，2013, 60 (4) :1281-1290( "可實現(xiàn)并聯(lián)逆變器精確負載功率均 分的魯棒下垂控制器"，《IEEE學報--工業(yè)電子期刊》，2013年第60卷第4期1390-1402 頁）文章采樣公共負載電壓的有效值并在傳統(tǒng)下垂控制算法中加入電壓幅值積分環(huán)節(jié)，此 方法使并聯(lián)逆變器功率的均分不受聯(lián)線阻抗的影響，且消除了線路壓降和下垂控制導致的 負載壓降偏離額定值的問題，但此方法存在以下不足：
[0006] 1)各逆變器需額外增加負載電壓檢測設備和檢測通道，從而增加了成本，不利于 工程實現(xiàn)；
[0007] 2)負載電壓的檢測誤差可導致功率的均分誤差，若要減小均分誤差，需增大下垂 系數(shù)，而下垂系數(shù)的增大會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0008] 2、題為"An enhanced microgrid load demand sharing strategy"，He J，Li Y ff. , ((IEEE Transactions on Power Electronics)), 2012, 27 (9) : 3984-3995 ( u一種提高的 微網負載均分策略"，《IEEE學報--電力電子期刊》，2012年第27卷第9期3984-3995頁） 文章中在傳統(tǒng)有功下垂控制方程中加入無功功率的補償項，在傳統(tǒng)無功下垂控制方程中加 入有功功率偏差的補償項，從而使各逆變器達到新的穩(wěn)定狀態(tài)并實現(xiàn)精確的功率均分。但 此方法存在以下不足：
[0009] 1)補償項的信號是定時發(fā)送的，無法實現(xiàn)實時功率補償；
[0010] 2)需信號控制各逆變器同時加入補償項，且在加入補償并達到新的穩(wěn)態(tài)過程中系 統(tǒng)負載不能變化；新的穩(wěn)定狀態(tài)的系統(tǒng)電壓頻率和幅值偏差增大。
[0011] 3、題為 "An accurate power control strategy for power-electronics-interfaced distributed generation units operating in a low-voltage multibus microgrid''，Li Y Wj Kao C N.，《IEEE Transactions on Power Electronics》，2009, 24(12) :2977-2988( "低壓微電網中電力電子接口發(fā)電單元的精確功 率控制策略"，《IEEE學報--電力電力電子期刊》，2009年第24卷第12期2977-2988頁） 文章中首先將逆變器并聯(lián)大電網檢測其聯(lián)線阻抗，然后根據聯(lián)線阻抗值修改下垂曲線，從 而實現(xiàn)精確的功率均分，但此方案的不足為：微網逆變器聯(lián)線阻抗的檢測需并聯(lián)大電網，并 按照一定步驟進行，微網結構可能隨著逆變器及負載的位置隨機變化，而聯(lián)線阻抗值無法 跟隨微網結構的變化重新檢測，從而限制了微網結構變化時此方法的適用性。

【發(fā)明內容】

[0012] 本發(fā)明目的是針對微網逆變器孤島并聯(lián)運行時各逆變器無法按其額定容量均分 負載功率的問題，提供一種基于虛擬電容的微網逆變器并聯(lián)均分控制方法，無需逆變器間 互聯(lián)通信和聯(lián)線阻抗檢測，可自適應補償線路阻抗壓降，提高各逆變器無功功率均分能力 和輸出電壓精度。
[0013] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：本發(fā)明提供了一種基于虛擬電容 的微網逆變器并聯(lián)功率均分控制方法，包括微網逆變器輸出相電壓的采集，其特征在于主 要步驟如下：
[0014] 1、一種基于虛擬電容的微網逆變器并聯(lián)功率均分控制方法，包括微網逆變器輸出 相電壓的采集，其特征在于主要步驟如下：
[0015] 步驟1、設微網逆變器臺數(shù)為n，且η彡2, #i表示逆變器編號，且i e [2, η];
[0016] 步驟2、采樣微網逆變器#i輸出相電壓Ucial, Ucibl，橋臂電感電流IUl，Ι?Μ，并經單同 步旋轉坐標變換得到輸出電壓dq軸分量Ucidl, Uciql和電感電流dq軸的分量I Wl，Iui，其中d 軸為有功軸，q軸為無功軸；
[0017] 步驟3、將步驟2中得到的微網逆變器#i輸出相電壓Ucial, Ucibl進行微分計算得出 電容電流1。31，Lbl，并經單同步旋轉坐標變換得到d軸電容電流分量1&和q軸電容電流分 量 Icql;
[0018] 步驟4、根據步驟2中得到的輸出電壓dq軸分量Ucidi, Uciqi和電感電流dq軸的分量 Ιωι，計算逆變器輸出瞬時有功功率和無功功率，并經一階低通濾波器進行濾波，得到平 均有功功率PcJP平均無功功率Q。1;
[0019] 步驟5、根據步驟4中得到的平均有功功率Pcil和平均無功功率Q Μ，經過功率外環(huán) 控制算法得到d軸電壓指令Edrafl和相角指令Θ rafi;
[0020] 步驟6、令q軸電壓指令Eqrafl= 0,且根據步驟5中d軸電壓指令Edrafl，經過虛擬 電容算法得到輸出電壓閉環(huán)d軸指令Edrafi w和輸出電壓閉環(huán)q軸指令E qrafl__;
[0021] 步驟7、將步驟6中得到的輸出電壓閉環(huán)d軸指令Edrafi w與步驟2中得到的輸出 電壓d軸分量Ucidl,經過d軸電壓閉環(huán)控制方程，得到d軸電容電流指令Urfl;將步驟6中 得到的輸出電壓閉環(huán)q軸指令Eqrafi w與步驟2中得到的輸出電壓q軸分量U _，經過q軸 電壓閉環(huán)控制方程，得到q軸電容電流指令
[0022] 步驟8、將步驟7中得到的d軸電容電流指令I^fl與步驟3中得到的d軸電容電 流分量U，經過d軸電流閉環(huán)控制方程，得到d軸輸出信號Uldl;將步驟7中得到的q軸電 容電流指令Lqrafl與步驟3中得到的q軸電容電流分量I ^，經過q軸電流閉環(huán)控制方程， 得到q軸輸出信號Ulql;
[0023] 步驟9、將步驟6中得到的輸出電壓d軸指令Edrafi w和輸出電壓q軸指令E qrafl_ _作為電壓指令前饋，分別加上步驟8中得到的d軸輸出信號U ldl和q軸輸出信號U lql，得 到dq坐標系下的調制波UmdJP U mqi;
[0024] 步驟10、將步驟9中dq坐標系下的調制波Unid^ Uniql經單同步旋轉坐標反變換得 到逆變器橋臂電壓的三相調制波Hbl, Ubk1,經調制后作為IGBT電路的驅動信號。
[0025] 優(yōu)選的，步驟3所述進行微分計算得出電容電流Itiai, Idji的計算公式為：
[0026] Ical= CflSUoal
[0027] Icbl= CflSUobl
[0028] 其中Cfl為微網逆變器#i的濾波電容值，s為拉普拉斯算子。
[0029] 優(yōu)選的，步驟4所述平均有功功率Pcil和平均無功功率Q Μ計算公式分別為：
[0031] 其中Tf為一階低通濾波器的時間常數(shù)。
[0032] 優(yōu)選的，步驟5所述功率外環(huán)控制算法為下垂控制算法，其計算公式為：
[0033] Edrefl=E^n1Q01
[0034] Θ refi =f (ω ^miPoi)
[0035] 其中，C為逆變器額定輸出電壓幅值，n i為逆變器#i無功功率下垂系數(shù)，ω $為逆 變器額定角頻率，Hi1為逆變器#i有功功率下垂系數(shù)。
[0036] 優(yōu)選的，步驟5所述功率外環(huán)控制算法為虛擬同步電機控制算法，其計算公式為：
[0039] 其中，C為逆變器額定輸出電壓幅值，n i為逆變器#i無功功率下垂系數(shù)，ω $為逆 變器額定角頻率，Hi1為逆變器#i有功功率下垂系數(shù)，J為虛擬同步電機的虛擬轉動慣量。
[0040] 優(yōu)選的，步驟6所述虛擬電容算法公式為：
[0044] 其中ω。為基波角頻率，L 逆變器#i等效輸出阻抗，C :為最大虛擬電容值，k C1 為虛擬電容下垂系數(shù)，Qratol為逆變器料額定無功容量，E