一种基于RC虚拟阻抗的逆变器并联控制方法与流程

本发明涉及电力电子领域中的逆变器并联系统，尤其涉及一种基于rc虚拟阻抗的逆变器并联控制方法。

背景技术：

随着全球范围内能源危机以及环境污染问题的日益严重，结合了可再生能源的分布式发电技术正逐渐成为现代电力系统发展的重要方向。分布式发电主要以光伏发电，风机发电，小型燃料电池发电及海流发电为主。这种发电方式区别于传统的集中式大电网发电方式，供电方式灵活，经济性良好，且克服了传统大电网线路损耗大，污染严重等缺点。除此之外，分布式发电系统在主电网故障时可独立运行支撑电网电压。分布式电源所发出的一般为直流电，需经过逆变器转换为三相交流电接入电网，因此逆变器技术非常重要。为了提高分布式发电系统的稳定性和可扩展性，实现大功率供电，发电系统中的各个逆变器多以并联的方式运行。逆变器并联运行的关键在于实现功率的平均分配，而要使负载在每台逆变器之间均匀分配，就需要每台逆变器输出电压的幅值，相位及频率在任何时间都要保持相等，避免逆变器之间产生环流，单个或者多个逆变电源的过载或重载运行。

目前国内外关于逆变器并联控制方式的研究分为有互连线并联控制和无互连线独立控制两大类。有互连线控制就是有物理上的连接线，主要思想是从传统直流电源的并联技术而来，是一种主动负载均分技术。从控制策略和控制重心的角度，有互连线并联技术主要分为集中控制，主从控制，3c控制和分散逻辑控制。但随着分布式发电系统的发展，用于并联的逆变器数量越来越多，从而导致采用有互连线控制方式的并联系统模块间的信号线越来越复杂，带来的干扰也越来越大。为了减小和克服有互连线系统所带来的不好影响，科学家提出了无互联线并联技术，即下垂控制。无互联并联控制方法的核心思想来源于同步发电机中输出电压频率随着输出功率增加而下降的现象。该方法根据检测逆变器输出功率来对输出电压的幅值和频率进行微调，间接的抑制逆变器之间的环流，从而达到负载均分的目的。为了获得较好的均流效果，这种控制方式要求功率检测速度要快，控制精度要高。

技术实现要素：

本发明所要解决的结束问题在于针对上述现有技术的技术问题而提出的一种适用于并联逆变器系统在低压系统中线路阻抗不同时的控制策略，其目的就是为了克服已有技术中存在的动态响应慢、输出功率耦合、输出功率不能均分等缺点，通过利用添加微分环节增强动态性能，添加rc虚拟阻抗对功率进行解耦均分，添加二次控制增强系统在负载变化时的稳定性。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

构造一个逆变器并联仿真模型。采用matlab/simulink搭建一个逆变器并联电路系统模型，两台逆变器参数一致。每台逆变器输出接lcl滤波器，使用基于pr控制器的电压电流双闭环控制对其进行控制，使输出波形为三相正弦波。

对逆变器并联系统进行下垂控制。对每台逆变器输出电压和电流进行采集，计算得到每台逆变器的平均输出有功功率和无功功率，通过下垂公式计算得到每台逆变器的电压参考值。

添加微分环节。由于传统下垂控制参数为定值，动态响应较差，因此此处在下垂控制中添加微分环节提高下垂控制的响应速度，进而提高电压参考值的动态响应，从而提高功率分配速度。

添加rc虚拟阻抗。针对传统下垂控制在低压系统中会造成功率耦合，线路阻抗不同时功率无法均分，本发明采用添加rc虚拟阻抗使得输出阻抗为感性对功率进行解耦，并通过对虚拟阻抗取值的不同使得两逆变器等效总输出阻抗相同，从而对功率进行均分。

添加二次控制。针对传统下垂控制在负载变化时系统稳定性受影响的问题，添加二级控制将交流母线的相位角和幅值经过计算反馈到电压参考值，提高负载变化时系统的稳定性。

过上述并联控制方法，可以实现低压系统中逆变器在线路阻抗不同时输出功率快速准确的均分，且系统可以稳定可靠运行。

本发明有以下效果：本发明能在逆变器并入时快速对功率进行均分，动态性能好。本发明通过对控制回路添加rc虚拟阻抗，在低压系统中逆变器线路阻抗不同条件下可对功率进行均分，确保每台逆变器工作在正常状态。本发明通过对交流母线电压的幅值和相位角进行采集并添加二次控制，在负载变化时可以确保系统电压和频率的稳定性，增强系统的可靠性。

附图说明

图1一种基于rc虚拟阻抗的逆变器并联控制方法结构框图

图2本发明逆变器并联控制结构框图

图3传统下垂控制动态响应仿真结果图

图4本发明动态响应仿真结果对比图

图5传统下垂控制功率分配仿真结果图

图6本发明功率分配仿真结果对比图

图7传统下垂控制系统稳定性仿真结果图

图8本发明系统稳定性仿真结果对比图

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐释本发明。

参见图2，一种基于rc虚拟阻抗的逆变器并联控制方法结构图。控制方法主要由四部分组成：单台逆变器的闭环控制、改进的下垂控制、虚拟阻抗环、二级控制。本发明主要研究后三部分，单台逆变器控制采用传统方法。该控制方法工作原理如下：首先在传统下垂控制中添加微分环节增强系统的动态响应速度；其次，添加rc虚拟阻抗环对逆变器输出电压进行补偿，使得功率可以均分；然后添加电压频率和幅值的二次控制，将交流母线电压引入电压参考值，增加系统的稳定性。

采用matlab/simulink搭建三相全桥逆变器并联电路模型，逆变器直流电源电压为650v，利用spwm进行控制，制波频率为50hz，载波频率为10khz。对逆变器进行闭环控制。逆变器输出端口接一个lcl滤波器，由逆变器端电感li，电容c，负载端电感lg组成。对电感li的电流和电容c上的电压进行采样，通过pr控制器进行计算反馈到spwm调制波进行调制，达到双闭环控制的效果，使得逆变器输出波形为三相正选波。

逆变器并联下垂控制方法如下：

分别采集两台逆变器电容电压vc和网测电感电流ig，计算出逆变器瞬时输出功率，瞬时输出功率经过一个低通滤波器得到逆变器的平均功率。在传统下垂方法中加入微分环节使得下垂因子变为一个不定值，改善系统的动态性能。添加rc虚拟复阻抗其中rv是虚拟电阻，cv是虚拟电容。添加阻尼阻抗后的电压补偿值，反馈到下垂控制产生的电压中。为了改善负载变化时系统的稳定性，提出一种基于pr控制器的电压幅值，频率的二次控制法：在传统下垂控制中加入交流母线电压幅值和频率的偏差量，通过pr控制器进行计算后作为下垂控制的前馈，与传统下垂控制计算的电压相加得出新的电压参考值。其中epcc是pcc处电压幅值，是pcc处的相位角，and分为是他们的参考值。kpc,kic,kqc和kqa是pr控制器的调节参数。首先通过测量公共耦合点的电压幅值和频率即pcc处的epcc和再与交流母线的额定电压幅值频率进行比较，得到的差值进行pr调节，再反馈到每个逆变器的电压参考值进行补偿，和下垂控制产生的电压参考值相加得到新的参考值，生成新的下垂曲线。

控制方法的优越性验证步骤如下：

步骤1：不考虑线路阻抗，在仿真开始时逆变器1工作并接入负载，逆变器2不接负载。在0.6秒时逆变器2接入系统，此时两台逆变器同时通过逆变器向负载供电。仿真结果参见图3，从图可以看出传统下垂方法可以实现对功率的均分但动态响应较慢。仿真环境不变，使用本发明所提方法，仿真结果参见图4，从图可知本发明所采用方法在功率分配有较好的动态响应。对比图3和4可知，本发明所提方法在功率均分有较好的动态响应，相比传统下垂控制可以更快速的对功率进行均分。

步骤2：针对逆变器输出阻抗和线路阻抗特性不匹配造成有功输出功率和无功输出功率的耦合、逆变器间线路阻抗的差异会造成输出电压偏差的问题，本步骤在阻性电路阻抗不相同的条件下分别对传统下垂控制方法和添加rc虚拟阻抗后的控制方法进行了仿真对比。在仿真试验中逆变器1开始工作并接入负载，逆变器2不接负载。在0.6秒时逆变器2接入系统，此时两台逆变器同时通过逆变器向负载供电。两台逆变器线路阻抗不相同，分别为：z1＝0.96+j0.1245，z2＝0.64+j0.083。传统方法仿真结果参见图5，可知在逆变器线路阻抗与输出阻抗不匹配、逆变器之间线路阻抗不相同时，传统下垂法无法对输出有功和无功功率进行均分，逆变器1与逆变器2输出功率不同。仿真环境不变，在下垂控制中添加rc虚拟阻抗，仿真结果参见图6，由图可知本发明所提方法可以将逆变器输出功率均分。将图5和图6的仿真结果进行对比分析，可知采用添加rc虚拟阻抗后，两台逆变器输出有功功率及无功功率可以进行均分。

步骤3：当系统负载增加或减少时，并联系统通过下垂控制使各逆变器的输出功均衡分配。但在此过程中下垂控制会对交流母线电压和频率造成扰动，影响母线的稳定。针对以上问题，本步骤在负荷变化的条件下对步骤2的控制方法和添加基于pr控制器的二次调节方法进行了仿真实验和对比分析。在仿真中逆变器1开始工作并接入负载，逆变器2不接负载。在0.6秒时逆变器2接入系统，此时两台逆变器同时通过逆变器向负载供电。在1秒时负载发生突变，功率增大一倍。传统下垂方法仿真结果参见7，由图可知，当并联系统负荷变化时，交流母线的电压幅值和频率会产生偏差，影响系统的稳定性。仿真环境不变，在控制中添加幅值、相位角二次控制环，仿真结果参见图8。可知在负载发生变化时，本发明所提方法电压幅值偏差小，频率变化较小。将图7和图8进行对比，可以看出相比传统下垂控制，本发明所提方法在负载发生变化时，交流母线电压幅值和频率的偏差更小，消除时间更短。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。