一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法技术

一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法，采用馈线电流与虚拟复阻抗相乘得到基波虚拟阻抗电压的方法，设计各逆变器输出阻抗呈电阻性，与低电压微电网馈线的电气参数特征相适应，进而采用电阻性等效输出阻抗条件下的功率下垂控制方法计算并合成下垂控制输出参考电压；提取下垂控制输出参考电压的相位角，代替公共母线电压相位角进行dq/αβ坐标变换，避免公共母线电压相位角由集中控制器经低带宽通信传送至本地控制器引起延时和失真。应用本发明专利技术于带非线性负载、各逆变器馈线阻抗不相同及额定容量不一致等条件下的低电压微电网多逆变器并联功率均分控制系统中，能够实现逆变器输出功率均分控制，且各逆变器间的环流得到有效抑制。

【技术实现步骤摘要】
一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法
本专利技术涉及一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法，属于分布式发电及智能电网

技术介绍
为了解决分布式电源接入电网的技术难题，电力系统相关学者们提出了微电网的概念。微电网是由分布式微源、能量转换装置及本地负载通过网络互联组成，能够实现自我控制、保护和管理的局部发电系统。在微电网中，大多数分布式微源均通过逆变器接口接入交流母线，从而形成了一种多逆变器并联运行环境。由于交流母线上的本地负载多种多样，其中不可避免地有非线性负载存在，这样就给微电网中的逆变器控制带来巨大挑战：除了考虑基波功率的合理分配以外，还需要有效避免谐波功率对逆变器运行的影响；另外，各个并联逆变器均通过馈线接入交流母线，由于各逆变器位置不一，则馈线长度各异，进而导致馈线的电气参数各不相同。除此之外，各个并联逆变器的额定容量未必一致，按照它们各自的额定容量分配功率，至今仍是低电压微电网多逆变器并联运行这一领域研究的难点。在现有技术中与本专利技术申请相关的内容主要有以下几篇文献：文献一为2014年6月发表在《电工技术学报》第29卷第6期上的《并联逆变器输出阻抗分析及电压控制策略》一文。该文在分析低电压微电网多逆变器并联控制策略时，提出了一种基于虚拟复阻抗的电压控制策略，最终使逆变器等效输出阻抗呈现纯电阻性特性，并在低电压微电网带纯电阻性负载实验中取得较好的实验效果。然而，该文实验验证部分应用的是纯电阻性负载，而且两台并联逆变器的额定容量相同，故该文提出的控制方法是否能够有效应对实际相对复杂的低电压微电网多逆变器孤岛运行环境，有待进一步研究和验证。不过，该文提出的虚拟复阻抗这一思想为进一步研究低电压微电网多逆变器并联控制策略，提供了很好的借鉴。文献二为2013年11月发表在《电网技术》第37卷第11期上的《基于分频虚拟电阻的多逆变器并联控制策略》一文。该文针对低电压微电网带非线性负载的多逆变器并联系统，提出了一种分频虚拟电阻的多逆变器并联控制策略。对每个逆变器的输出电流采用带通滤波器进行分频，得到各次谐波电流；通过将各次虚拟电阻分别引入到逆变器输出的各次谐波电流反馈环中，得到各次指令谐波电压，从而对电压控制环进行修正。然而，该文未对额定容量不一致的各逆变器功率均分控制进行研究，此外，相较于虚拟复阻抗而言，文中所述分频虚拟电阻增大了逆变器输出阻抗中的电阻性分量，但对于逆变器输出阻抗中电感性分量不能够改变，故此方法有待进一步改进。中国专利文献CN102437589B公开了一种单相太阳能发电多逆变器并联功率均分控制方法。该专利将PID控制方法与无差拍控制方法结合使用。但是，该专利未考虑谐波功率、馈线阻抗不一致、逆变器额定容量不一致等实际条件下的多种复杂因素对逆变器功率均分控制的影响。中国专利文献CN102842921B公开了一种鲁棒功率下垂控制的微电网多逆变器并联电压控制方法。针对微电网中的每台逆变器，采用鲁棒功率下垂控制器计算并合成逆变器输出参考电压；通过引入虚拟复阻抗，采用基于虚拟阻抗和准谐振PR控制的多环电压控制方法，使得逆变器输出阻抗在工频条件下呈纯阻性，从而实现微电网多逆变器并联运行和功率均分。然而，该专利所涉及方法应用于含有非线性负载、逆变器额定容量不一致等条件下的低电压微电网多逆变器并联控制系统时，应作进一步研究和改进。中国专利文献CN103227581B公开了一种谐波下垂控制的逆变器并联谐波环流抑制方法，包括谐波下垂控制、功率下垂控制及电压控制。谐波下垂控制通过快速傅里叶FFT变换分频检测特征次谐波功率，根据谐波下垂特性，计算出逆变器输出的特征次谐波参考电压，功率下垂控制计算出基波参考电压，两者合成作为逆变器输出参考电压。但是，该专利需要对瞬时有功功率和瞬时无功功率进行快速傅里叶变换FFT，分频检测出特征次谐波功率，然后对特征次谐波分别计算并合成谐波参考电压，这样具体实施过程过于复杂，程序计算量比较大，可能会影响系统的快速响应速度。综上所述，现有技术中并未较好地解决低电压微电网中存在的谐波功率、馈线阻抗不一致、逆变器额定容量不一致等实际复杂因素时逆变器功率均分控制这一技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法。本专利技术的技术方案如下：一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法，该方法适用于低电压微电网多逆变器并联功率均分控制系统，所述低电压微电网多逆变器并联功率均分控制系统包括若干并联的逆变器、公共母线、线性和非线性负载、集中控制器；所述逆变器的主电路包括顺次连接的直流稳压电源、H桥逆变电路、LC滤波电路、馈线，所述H桥逆变电路设有S1-S4四个功率开关管，所述逆变器还包括驱动及保护电路、本地控制器；若干个并联的逆变器通过所述馈线连接至公共母线，所述公共母线上接有线性和非线性负载，所述公共母线上还设有集中控制器；所述集中控制器对公共母线电压进行采样处理和计算，所述集中控制器的输出通过低带宽通信传送至各并联逆变器的本地控制器中，所述本地控制器输出信号通过所述驱动及保护电路，驱动所述H桥逆变电路S1-S4四个功率开关管的开通与关断；具体步骤包括：(1)在每个采样周期的起始点，所述本地控制器对滤波电容电压uc、滤波电感电流iL、馈线电流iline分别进行采样与处理；所述集中控制器对公共母线电压upcc进行采样、处理与计算，得到dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upcch_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcch_q；(2)将滤波电容电压uc与馈线电流iline相乘得瞬时有功功率p，将滤波电容电压uc移相90°后与馈线电流iline相乘得到虚拟瞬时无功功率q；(3)瞬时有功功率p通过数字低通滤波得到逆变器有功功率平均值P，虚拟瞬时无功功率q经数字带通滤波得到逆变器无功功率平均值Q；(4)根据电阻性等效输出阻抗条件下的功率下垂控制方法，分别由逆变器有功功率平均值P和逆变器无功功率平均值Q计算得到参考电压幅值E和参考电压角频率ω；(5)由参考电压角频率ω和参考电压幅值E合成下垂控制输出参考电压udroop_α；(6)对下垂控制输出参考电压udroop_α延时四分之一工频周期，得下垂控制输出参考电压udroop_α的共轭值udroop_β，对下垂控制输出参考电压udroop_α和下垂控制输出参考电压udroop_α的共轭值udroop_β进行PLL锁相，得到下垂控制输出参考电压相位角θdroop；(7)所述集中控制器通过低带宽通信，将dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upcch_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcch_q传送至本地控制器；本地控制器参考hθdroop，对dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upcch_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcch_q进行dq/αβ坐标变换，得到αβ坐标系下公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α以及αβ坐标系下公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α的共轭值upcch_β；其中，dq/αβ坐标变换是指将相关电气量由dq坐标系变换至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法，其特征在于，该方法适用于低电压微电网多逆变器并联功率均分控制系统，所述低电压微电网多逆变器并联功率均分控制系统包括若干并联的逆变器、公共母线、线性和非线性负载、集中控制器；所述逆变器的主电路包括顺次连接的直流稳压电源、H桥逆变电路、LC滤波电路、馈线，所述H桥逆变电路设有S1‑S4四个功率开关管，所述逆变器还包括驱动及保护电路、本地控制器；若干个并联的逆变器通过所述馈线连接至公共母线，所述公共母线上接有线性和非线性负载，所述公共母线上还设有集中控制器；所述集中控制器对公共母线电压进行采样处理和计算，所述集中控制器的输出通过低带宽通信传送至各并联逆变器的本地控制器中，所述本地控制器输出信号通过所述驱动及保护电路，驱动所述H桥逆变电路S1‑S4四个功率开关管的开通与关断；具体步骤包括：(1)在每个采样周期的起始点，所述本地控制器对滤波电容电压uc、滤波电感电流iL、馈线电流iline分别进行采样与处理；所述集中控制器对公共母线电压upcc进行采样、处理与计算，得到dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upcch_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcch_q；(2)将滤波电容电压uc与馈线电流iline相乘得瞬时有功功率p，将滤波电容电压uc移相90°后与馈线电流iline相乘得到虚拟瞬时无功功率q；(3)瞬时有功功率p通过数字低通滤波得到逆变器有功功率平均值P，虚拟瞬时无功功率q经数字带通滤波得到逆变器无功功率平均值Q；(4)根据电阻性等效输出阻抗条件下的功率下垂控制方法，分别由逆变器有功功率平均值P和逆变器无功功率平均值Q计算得到参考电压幅值E和参考电压角频率ω；(5)由参考电压角频率ω和参考电压幅值E合成下垂控制输出参考电压udroop_α；(6)对下垂控制输出参考电压udroop_α延时四分之一工频周期，得下垂控制输出参考电压udroop_α的共轭值udroop_β，对下垂控制输出参考电压udroop_α和下垂控制输出参考电压udroop_α的共轭值udroop_β进行PLL锁相，得到下垂控制输出参考电压相位角θdroop；(7)所述集中控制器通过低带宽通信，将dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upcch_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcch_q传送至本地控制器；本地控制器参考hθdroop，对dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upcch_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcch_q进行dq/αβ坐标变换，得到αβ坐标系下公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α以及αβ坐标系下公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α的共轭值upcch_β；其中，dq/αβ坐标变换是指将相关电气量由dq坐标系变换至αβ坐标系；(8)αβ坐标系下公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α、αβ坐标系下公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α的共轭值upcch_β与h次谐波反馈系数Gh运算，得到h次谐波虚拟阻抗电压uvh；(9)馈线电流iline乘以虚拟复阻抗Zvf，得到基波虚拟阻抗电压uvf；(10)下垂控制输出参考电压udroop_α减去基波虚拟阻抗电压uvf和滤波电容电压uc，得到的差值通过第一准比例谐振控制进行电压调节；h次谐波虚拟阻抗电压uvh加上滤波电容电压uc，得到的和值通过第二准比例谐振控制进行电压调节；(11)第一准比例谐振控制的输出减去第二准比例谐振控制的输出，得到的差值为参考电流iref；(12)参考电流iref减去滤波电感电流iL，得到的差值再乘以电流增益KI，得到调制信号ir；(13)调制信号ir通过驱动及保护电路，驱动H桥逆变电路S1‑S4四个功率开关管的通断。...

【技术特征摘要】
1.一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法，其特征在于，该方法适用于低电压微电网多逆变器并联功率均分控制系统，所述低电压微电网多逆变器并联功率均分控制系统包括若干并联的逆变器、公共母线、线性和非线性负载、集中控制器；所述逆变器的主电路包括顺次连接的直流稳压电源、H桥逆变电路、LC滤波电路、馈线，所述H桥逆变电路设有S1-S4四个功率开关管，所述逆变器还包括驱动及保护电路、本地控制器；若干个并联的逆变器通过所述馈线连接至公共母线，所述公共母线上接有线性和非线性负载，所述公共母线上还设有集中控制器；所述集中控制器对公共母线电压进行采样处理和计算，所述集中控制器的输出通过低带宽通信传送至各并联逆变器的本地控制器中，所述本地控制器输出信号通过所述驱动及保护电路，驱动所述H桥逆变电路S1-S4四个功率开关管的开通与关断；具体步骤包括：(1)在每个采样周期的起始点，所述本地控制器对滤波电容电压uc、滤波电感电流iL、馈线电流iline分别进行采样与处理；所述集中控制器对公共母线电压upcc进行采样、处理与计算，得到dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upcch_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcch_q；(2)将滤波电容电压uc与馈线电流iline相乘得瞬时有功功率p，将滤波电容电压uc移相90°后与馈线电流iline相乘得到虚拟瞬时无功功率q；(3)瞬时有功功率p通过数字低通滤波得到逆变器有功功率平均值P，虚拟瞬时无功功率q经数字带通滤波得到逆变器无功功率平均值Q；(4)根据电阻性等效输出阻抗条件下的功率下垂控制方法，分别由逆变器有功功率平均值P和逆变器无功功率平均值Q计算得到参考电压幅值E和参考电压角频率ω；(5)由参考电压角频率ω和参考电压幅值E合成下垂控制输出参考电压udroop_α；(6)对下垂控制输出参考电压udroop_α延时四分之一工频周期，得下垂控制输出参考电压udroop_α的共轭值udroop_β，对下垂控制输出参考电压udroop_α和下垂控制输出参考电压udroop_α的共轭值udroop_β进行PLL锁相，得到下垂控制输出参考电压相位角θdroop；(7)所述集中控制器通过低带宽通信，将dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upcch_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcch_q传送至本地控制器；本地控制器参考hθdroop，对dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upcch_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcch_q进行dq/αβ坐标变换，得到αβ坐标系下公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α以及αβ坐标系下公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α的共轭值upcch_β；其中，dq/αβ坐标变换是指将相关电气量由dq坐标系变换至αβ坐标系；(8)αβ坐标系下公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α、αβ坐标系下公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α的共轭值upcch_β与h次谐波反馈系数Gh运算，得到h次谐波虚拟阻抗电压uvh；(9)馈线电流iline乘以虚拟复阻抗Zvf，得到基波虚拟阻抗电压uvf；(10)下垂控制输出参考电压udroop_α减去基波虚拟阻抗电压uvf和滤波电容电压uc，得到的差值通过第一准比例谐振控制进行电压调节；h次谐波虚拟阻抗电压uvh加上滤波电容电压uc，得到的和值通过第二准比例谐振控制进行电压调节；(11)第一准比例谐振控制的输出减去第二准比例谐振控制的输出，得到的差值为参考电流iref；(12)参考电流iref减去滤波电感电流iL，得到的差值再乘以电流增益KI，得到调制信号ir；(13)调制信号ir通过驱动及保护电路，驱动H桥逆变电路S1-S4四个功率开关管的通断。2.根据权利要求1所述的一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述集中控制器对公共母线电压upcc进行采样、处理与计算，得到dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upcch_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcch_q，具体步骤包括：a、集中控制器采用滑窗离散傅里叶变换SDFT提取公共母线电压upcc的基波分量upccf_α及公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α，对公共母线电压upcc的基波分量upccf_α延时四分之一工频周期，得到公共母线电压upcc的基波分量upccf_α的共轭值upccf_β，对公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α延时四分之一h次谐波频率周期，得到公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α的共轭值upcch_β；滑窗离散傅里叶变换SDFT在z域中的传递函数HSDFT(z)如式(Ⅰ)所示：式(Ⅰ)中，N为一个工频周期的采样点数；提取基波分量upccf_α时，取h＝1，提取h次谐波分量upcch_α时，h＝3，5，7，9；j为虚数单位，且j2＝-1；b、对公共母线电压upcc的基波分量upccf_α及其共轭值upccf_β进行PLL锁相，得到公共母线电压upcc相位角θpcc,计算如式(Ⅱ)所示：c、参考hθpcc，对公共母线电压upcc的h次谐波分量upcch_α及upcch_α的共轭值upcch_β施行αβ/dq坐标变换，得到dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upc...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆海，吕志鹏，刘安华，李洪博，王军，蔡军，石星昊，郭亚峰，徐跃东，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网山东省电力公司聊城供电公司，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11