一种基于九开关管逆变器的多功能分布式电源并网装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于九开关管逆变器的多功能分布式电源并网装置，当电网正常运行时，将NSI的一个输出端口经由并网变压器接入配电网，将微源产生的电能逆变成符合并网条件的交流电，并维持变流器直流母线电压稳定；将NSI的另一个输出端口通过并联形式接入电网，在电流环中加入谐波电流补偿值，用于改善电网电能质量。当电网故障时，利用NSI所提供的两个输出端口之间的协调配合，实现分布式电源的低电压穿越。相比于背靠背型的逆变器结构，本发明专利技术不仅可以节省三个开关管，降低系统成本，还可以同时对配电网电能质量问题进行补偿，实现分布式电源在配网故障状态下的LVRT，提高分布式电源接入后电网运行的安全稳定性。

A multifunctional distributed power supply grid connected device based on nine switch tube inverter

The invention discloses a multifunctional distributed power grid device nine switch inverter based on the normal operation of the power grid, will NSI an output port connected via a transformer connected to the distribution network, the micro source electric energy generated by the inverter into line with the network conditions of alternating current, and maintain a stable DC voltage converter; will NSI another output port through the parallel access to the grid, adding harmonic current compensation value in the current loop, for improving power quality. When the power grid is out of order, the low voltage crossing of the distributed power supply is realized by the coordination between the two output ports provided by the NSI. Compared to the back-to-back inverter structure, the invention can not only save three switches, reducing the cost of the system, but also to compensate power quality problems, the realization of LVRT in distributed power distribution network fault conditions, improve the security and stability of power system connected with dg.

【技术实现步骤摘要】
一种基于九开关管逆变器的多功能分布式电源并网装置
本专利技术涉及一种基于九开关管逆变器(NSI)的多功能分布式电源并网装置的配置方案，适用于分布式电源的并网控制，为补偿大量非线性和冲击负载接入后造成的公用电网谐波污染问题，实现分布式电源逆变器在电网故障状态下的低电压穿越，基于九开关管逆变器的拓扑结构，而设计的一种新型分布式电源并网逆变装置，属于分布式发电

技术介绍
随着地球传统化石能源的枯竭，可再生能源成为全球新的研究热点。其中光伏、风电产业发展迅速，技术相对成熟，已实现了规模化商业开发。在电网电压跌落时，分布式电源的直流侧可能出现过电压、过电流等一系列暂态过程，进而损坏分布式电源并网变流器中的电力电子设备。新的分布式电源并网导则要求风机、光伏等发电机组必须具备一定的低电压穿越能力。与此同时，随着利用电力电子装置的非线性负荷和分布式发电系统大量接入配电网，使得电网电流的谐波含量骤增，上述谐波污染使公用电网的谐波污染日趋严重。较大的谐波电流将直接威胁到配电网的运行安全。在现有技术手段中，电力有源滤波(APF)技术是治理电网谐波污染的主要手段之一，在电网，尤其是配电和用电领域的应用越来越广泛。为解决分布式电源接入时的低电压穿越问题，国内外学者提出了众多分布式电源低电压穿越方案，总结起来可分为以下3类：(1)在直流环节加装卸荷电阻，通过卸荷电阻消耗多余的有功功率，可将直流母线电压的波动范围限制在10％的额定范围内，但系统效率较低，散热设计困难；(2)通过机侧变流器控制直流母线电压，将不能释放的能量存储在机组传动链中，由于发电机转速不受控，会对系统安全运行带来风险；(3)采用储能装置将多余的能量存储起来，虽然可实现功率平滑，但会增加系统成本。本专利技术依据德国E.ON标准规定，通过两个网侧变流器端口向并网点注入无功功率来实现分布式电源的低电压穿越。现有的电能质量问题表现为谐波污染和无功缺额，传统可供选择的治理方法主要分为以无源电力滤波器、并联补偿电容器为代表的无源设备，以及以有源滤波器和静止无功补偿器为代表的有源设备。其中无源设备具有结构原理简单、运行可靠性高、维护费用低等优点，但亦有与电网参数发生谐振的潜在危险，且当系统以小方式运行时，容易造成无功过补偿，增加系统损耗，威胁电网运行安全。而有源设备因具有运行方式灵活、扩展性强、调节速度快等优点，正逐步取代无源设备成为中、低压配电网中电能质量治理装置发展的主流。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决分布式电源并网点谐波和无功等电能质量问题的治理、分布式电源低电压穿越控制的问题，本专利技术设计了一种基于九开关管逆变器(NSI)的多功能分布式电源并网装置的配置方案。利用九开关管逆变器所提供的两组输出端口，分别构成分布式电源并网逆变器的网侧主、辅变流器端口，在电网正常运行时，实现分布式电源并网馈能的同时进行谐波抑制和无功补偿，以改善电网电能质量；在电网故障发生电压跌落时，通过NSI两个输出端口间的协调控制来满足低电压穿越的要求，从而在同一套并网装置内把分布式电源并网控制、无功和谐波电流补偿、低电压穿越功能结合在一起，减小系统投资成本，提高分布式电源的稳定性和电网电能质量。技术方案：一种基于九开关管逆变器的多功能分布式电源并网装置，包括九开关管逆变器；所述九开关管逆变器的一个上输出端口通过并网变压器与电网连接，另一个下输出端口并联接入电网；所述九开关管逆变器的两个输出端口分别形成分布式电源并网逆变器的网侧主、辅变流器端口；在电网正常运行时，所述网侧主变流器端口将微源产生的电能逆变成符合并网条件的交流电，并维持变流器直流母线电压稳定；所述网侧辅变流器端口在电流环中加入谐波电流补偿值；在电网故障时，利用两个输出端口之间的协调配合，实现分布式电源的低电压穿越，将分布式电源产生的能量顺利送入电网，同时向电网发出无功，支持电网电压恢复。所述九开关管逆变器由三个桥臂并联形成；所述桥臂包括三个串联在一起的开关管；定义靠近直流母线正极开关管为上开关管，记为SjH(j＝a,b,c)；靠近直流母线负极开关管为下开关管，记为SjL(j＝a,b,c)；各桥臂的三个开关管中，除去上、下开关管后余下的开关管为中开关管，记为SjM(j＝a,b,c)；将所述九开关管逆变器上、下输出端口的调制波信号UrefH、UrefL共用三角载波进行调制；若UrefH大于载波，则对应相的开关管SjH(j＝a,b,c)导通，否则SjH关断；若UrefL大于载波，则对应相的开关管SjL(j＝a,b,c)关断，否则SjL导通；而每相中间管SjM(j＝a,b,c)的驱动信号为对应相SjH与SjL的异或获得。所述网侧主变流器采用基于电网电压定向的前馈补偿dq解耦方式来分别控制d轴有功电流和q轴无功电流；网侧主变流器是在dq坐标系内完成控制的，其中d轴分量与并网点电压矢量同向；滤波电容端电压矢量与网侧主变流器注入电流矢量之间的关系为：其中L1为滤波电抗，ed、eq为滤波电容C1两端电压的d、q轴分量，ucd、ucq为所述九开关管逆变器上端口输出电压的d、q轴分量，id1、iq1为所述九开关管逆变器上端口输出电流的d、q轴分量，ωe为系统角频率；所述网侧主变流器采用双环控制，其中直流母线电压控制外环，通过将直流母线电压的参考值udcref与实测值udc比较做差后，通过PI控制器产生d轴电流指令值id1ref，通过给定的功率因数设定q轴电流指令值iq1ref；将电网正常工况电流指令值id1ref、iq1ref或电网故障工况电流指令值igd1ref、igq1ref输入解耦PI控制器构成的电流内环，产生相应的调制信号d、q轴分量u*gd1和u*gq1，通过Park逆变换获取三相调制信号，再根据PWM调制算法，完成对所述九开关管逆变器上端口的输出控制。3、根据权利要求1所述的多功能分布式电源并网装置，其特征在于：所述网侧辅助变流器是在dq坐标系内完成控制的，其中d轴分量与并网点电压矢量同向；滤波电容端电压矢量与网侧主变流器注入电流矢量之间的关系为：其中L2为滤波电抗，Ugd、Ugq为滤波电容C2两端电压的d、q轴分量，uad、uaq为NSI上端口输出电压的d、q轴分量，id2、iq2为NSI上端口输出电流的d、q轴分量，ωe为系统角频率；所述网侧辅助变流器采用单环控制，将谐波检测环节获取的电流指令值idh、iqh或电网故障工况电流指令值igd2ref、igq2ref分别与辅助逆变器端口对应d、q轴电流实测值id2、iq2相减后，输入解耦PI控制器构成的电流环，产生相应的调制信号d、q轴分量u*gd2和u*gq2，通过Park逆变换获取三相调制信号，再根据PWM调制算法，完成对所述九开关管逆变器下端口的输出控制。在电网正常运行时，所述网侧辅助变流器的参考电流值即为谐波电流补偿值；所述谐波电流的检测如下：数字锁相环PLL跟踪电网a相电压相位，三相负载电流ia、ib、ic经abc/dq变换后得到两相旋转坐标系下的有功和无功电流分量id、iq，将id、iq通过低通滤波器后，获取负载基波电流所对应的直流分量idb、iqb，则id与idb之差即为dq坐标系内谐波电流的d轴分量idh，iq与iqb之差即为dq坐标系内谐波电流的q轴分量iqh。当电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于九开关管逆变器的多功能分布式电源并网装置，其特征在于：包括九开关管逆变器；所述九开关管逆变器的上输出端口通过并网变压器与电网连接，下输出端口并联接入电网；所述九开关管逆变器的两个输出端口分别形成分布式电源并网逆变器的网侧主、辅变流器端口；在电网正常运行时，所述网侧主变流器端口将微源产生的电能逆变成符合并网条件的交流电，并维持变流器直流母线电压稳定；所述网侧辅变流器端口在电流环中加入谐波电流补偿值；在电网故障时，利用两个输出端口之间的协调配合，实现分布式电源的低电压穿越，将分布式电源产生的能量顺利送入电网，同时向电网发出无功，支持电网电压恢复。

【技术特征摘要】
1.一种基于九开关管逆变器的多功能分布式电源并网装置，其特征在于：包括九开关管逆变器；所述九开关管逆变器的上输出端口通过并网变压器与电网连接，下输出端口并联接入电网；所述九开关管逆变器的两个输出端口分别形成分布式电源并网逆变器的网侧主、辅变流器端口；在电网正常运行时，所述网侧主变流器端口将微源产生的电能逆变成符合并网条件的交流电，并维持变流器直流母线电压稳定；所述网侧辅变流器端口在电流环中加入谐波电流补偿值；在电网故障时，利用两个输出端口之间的协调配合，实现分布式电源的低电压穿越，将分布式电源产生的能量顺利送入电网，同时向电网发出无功，支持电网电压恢复。2.根据权利要求1所述的多功能分布式电源并网装置，其特征在于：所述九开关管逆变器由三个桥臂并联形成；所述桥臂包括三个串联在一起的开关管；定义靠近直流母线正极开关管为上开关管，记为SjH(j＝a,b,c)；靠近直流母线负极开关管为下开关管，记为SjL(j＝a,b,c)；各桥臂的三个开关管中，除去上、下开关管后余下的开关管为中开关管，记为SjM(j＝a,b,c)；将所述九开关管逆变器上、下输出端口的调制波信号UrefH、UrefL共用三角载波进行调制；若UrefH大于载波，则对应相的开关管SjH(j＝a,b,c)导通，否则SjH关断；若UrefL大于载波，则对应相的开关管SjL(j＝a,b,c)关断，否则SjL导通；而每相中间管SjM(j＝a,b,c)的驱动信号为对应相SjH与SjL的异或获得。3.根据权利要求1所述的多功能分布式电源并网装置，其特征在于：所述网侧主变流器采用基于电网电压定向的前馈补偿dq解耦方式来分别控制d轴有功电流和q轴无功电流；网侧主变流器是在dq坐标系内完成控制的，其中d轴分量与并网点电压矢量同向；滤波电容端电压矢量与网侧主变流器注入电流矢量之间的关系为：其中L1为滤波电抗，ed、eq为滤波电容C1两端电压的d、q轴分量，ucd、ucq为所述九开关管逆变器上端口输出电压的d、q轴分量，id1、iq1为所述九开关管逆变器上端口输出电流的d、q轴分量，ωe为系统角频率；所述网侧主变流器采用双环控制，其中直流母线电压控制外环，通过将直流母线电压的参考值udcref与实测值udc比较做差后，通过PI控制器产生d轴电流指令值id1ref，通过给定的功率因数设定q轴电流指令值iq1ref；将电网正常工况电流指令值id1ref、iq1ref或电网故障工况电流指令值igd1ref、igq1ref输入解耦PI控制器构成的电流内环，产生相应的调制信号d、q轴分量u*gd1和u*gq1，通过Park逆变换获取三相调制信号，再根据PWM调制算法，完成对所述九开关管逆变器上端口的输出控制。4.根据权利要求1所述的多功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴在军，施烨，王秀茹，周旭峰，史文萍，赖勇，
申请(专利权)人：东南大学，南京中大智能科技有限公司，国网江苏省电力公司宿迁供电公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32