一种具备有源滤波功能的孤岛微电网多逆变器控制系统及其工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具备有源滤波功能的孤岛微电网多逆变器控制系统及其工作方 法,属于孤岛微电网多逆变器并联控制、分布式发电技术领域。
【背景技术】
[0002] 多台逆变器并联可实现大容量供电和冗余供电,被公认为当今逆变技术发展的重 要方向之一。相对于单台大功率逆变器而言,多个小功率逆变器并联不仅能够降低成本,便 于维护,而且更加灵活、可靠。通过改变并联逆变器的数目,可以获得不同的容量;通过逆变 器的冗余并联,可以提高系统的可靠性。
[0003] 当微电网孤岛运行时,分布式电源可采取下垂控制实现无互联线的模拟同步发电 机特性的控制。由于缺少较为理想的支撑电压,大量的电力电子并网器件势必加剧孤岛微 电网模型非线性化程度。当微电网与大电网连接时,并网逆变系统采取电流控制方案,实现 风电或光伏的最大功率跟踪控制。孤岛运行时,逆变器需采取电压控制,确保线路电压的稳 定。通过控制手段来维持孤岛微电网线路电压的稳定,成为关键问题之一。
[0004] 微电网中含有大量的电力电子接口设备使得公共母线的谐波电流畸变率异常严 重,谐波畸变电流通过负载和公共母线线路等效阻抗感应出的谐波电压使得公共母线电压 畸变率上升,影响微电网的安全运行;为了能够降低公共母线上的谐波电流畸变率,提高公 共母线电压的稳定性,微电网需要配置一定容量的有源滤波器。有源滤波器是直接将滤波 设备并联至公共母线上,从而同步吸收公共母线上的谐波电流,保证公共母线的电压的较 低的谐波畸变率。传统的有源滤波设备采用的是电流控制方式,其本身无法对微电网公共 母线提供电压和频率支撑,而传统的电压控制型逆变器又无法对电网谐波电流进行补偿。 二者功能的单一性,使得在设计特定容量的微电网时,往往在有源滤波设备安全备用容量 与微电网设计成本之间存在矛盾。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足,本发明公开了一种具备有源滤波功能的孤岛微电网多逆变 器控制系统;
[0006] 本发明还公开了上述控制系统的工作方法;
[0007] 本发明的技术方案为:
[0008] -种具备有源滤波功能的孤岛微电网多逆变器控制系统,包括若干个并联逆变 器、线性和非线性负载,若干个并联逆变器连接公共母线,所述公共母线还连接所述线性和 非线性负载,若干个并联逆变器、所述线性和非线性负载组成独立微电网;所述逆变器包括 主电路、信号处理及DSP控制,所述主电路包括直流稳压电源、H桥逆变电路、LC滤波器、馈 线,所述H桥逆变电路包含S1-S4H个功率开关管,所述直流稳压电源、所述H桥逆变电路、 所述LC滤波器、所述馈线顺次连接;所述信号处理及DSP控制包括信号调理及A/D转换、谐 波提取、有源谐波控制、功率下垂控制、电压及电流控制、驱动及保护;所述信号调理及A/D转换分别连接所述谐波提取、所述功率下垂控制、所述电压及电流控制,所述谐波提取连接 所述有源谐波控制,所述电压及电流控制连接所述驱动及保护。
[0009] 所述信号调理及A/D转换对采样得到的信号进行调理及A/D转换,输出的信号分 别输入所述谐波提取、所述功率下垂控制、所述电压与电流控制,进行运算;所述有源谐波 控制经计算得到逆变器参考输出电压特定次谐波分量uMfh,所述功率下垂控制经计算得到 逆变器参考输出电压基频分量uMff,1^&与uMff之和,再减去所述信号调理及A/D转换输出 的逆变器馈线并网端电压up。。,其差值输入所述电压及电流控制;所述驱动及保护输出信号 驱动所述H桥逆变电路S1-S4四个功率开关管的通断。
[0010] 根据本发明优选的,所述直流稳压电源与所述H桥逆变电路的输入侧两端连接, 所述H桥逆变电路左、右桥臂的中点分别引出电流联络线,所述电流联络线连接所述LC滤 波器的电感电流输入端和电容电流输出端,所述LC滤波器的电容两端引出联络线通过所 述馈线连接公共母线。
[0011] 上述控制系统的工作方法,具体步骤包括:
[0012] (1)在每个采样周期的起始点,启动信号调理及A/D转换,对逆变器馈线并网端电 压up。。进行采样,通过谐波提取,进行滑窗傅里叶变换,得到第h次公共母线谐波电压upc;c;h, 再经过有源谐波控制,输出逆变器参考输出电压的特定次谐波分量uMfh;有源谐波控制计 算公式为:
【主权项】
1. 一种具备有源滤波功能的孤岛微电网多逆变器控制系统,其特征在于,包括若干个 并联逆变器、线性和非线性负载,若干个并联逆变器连接公共母线,所述公共母线还连接所 述线性和非线性负载,若干个并联逆变器、所述线性和非线性负载组成独立微电网;所述逆 变器包括主电路、信号处理及DSP控制,所述主电路包括直流稳压电源、H桥逆变电路、LC滤 波器、馈线,所述H桥逆变电路包含S1-S4四个功率开关管,所述直流稳压电源、所述H桥逆 变电路、所述LC滤波器、所述馈线顺次连接;所述信号处理及DSP控制包括信号调理及A/D 转换、谐波提取、有源谐波控制、功率下垂控制、电压及电流控制、驱动及保护;所述信号调 理及A/D转换分别连接所述谐波提取、所述功率下垂控制、所述电压及电流控制,所述谐波 提取连接所述有源谐波控制,所述电压及电流控制连接所述驱动及保护。
2. 根据权利要求1所述控制系统,其特征在于,所述直流稳压电源与所述H桥逆变电路 的输入侧两端连接,所述H桥逆变电路左、右桥臂的中点分别引出电流联络线,所述电流联 络线连接所述LC滤波器的电感电流输入端和电容电流输出端,所述LC滤波器的电容两端 引出联络线通过所述馈线连接公共母线。
3. 根据权利要求1或2所述控制系统的工作方法,其特征在于,具体步骤包括: (1) 在每个采样周期的起始点,启动信号调理及A/D转换,对逆变器馈线并网端电压 IV。进行采样,通过谐波提取,进行滑窗傅里叶变换,得到第h次公共母线谐波电压U ptth,再 经过有源谐波控制,输出逆变器参考输出电压的特定次谐波分量有源谐波控制计算 公式九,
其中,Gh为第h次谐波电压反馈系数;K。为反馈增益调节系数;U ptth为第h次公共母线 谐波电压; 若公共母线电压和公共母线电流的崎变率过大,若干台逆变器启动有源滤波的辅助功 能,设置1 < Gh<-,开启有源滤波辅助功能,逆变器对微电网进行电压和频率支撑,逆变 器还同时吸收公共母线的特定频率次数的谐波电流;若公共母线电压和公共母线电流的崎 变率在合理范围内,逆变器切除有源滤波辅助功能,设置Gh= 0,关闭有源滤波辅助功能,逆 变器仅对微电网进行电压和频率支撑; (2) 将逆变器馈线并网端电压Up。。、逆变器网侧电流i2、参考电压幅值r、参考电压角频 率输入功率下垂控制,计算输出逆变器参考输出电压基频分量U uff; (3) 有源谐波控制得到的逆变器参考输出电压的特定次谐波分量和功率下垂控制 得到的逆变器参考输出电压基频分量Uuff,合成为逆变器参考给定电压Uuf,并作为逆变器 电压及电流控制的给定值,计算公式为: Uref - U reff+Urefh; (4) 采用准比例谐振控制器对基波电压及3、5、7、9、11次谐波电压实现无静差跟踪控 审IJ,将逆变器参考给定电压Uuf与逆变器馈线并网端电压U P。。的差值通过准比例谐振控制 器,输出滤波电感参考给定电流计算公式为:
式中,Kp、ki,h分别为准比例谐振控制器的比例系数和谐振增益,《。为准比例谐振控制 的截止频率,S为复频率; (5)增加滤波电感电流的比例反馈控制,将滤波电感参考给定电流与实际采样并经 A/D转换后的滤波电感电流1式多成的差值通过比例调节器,输出调制信号if;电流内环比例 调节的计算公式为:
式中,K。为比例反馈控制调节的比例系数; 做调制信号ir经驱动及保护,驱动H桥逆变电路S 1-S4四个功率开关管的通断。
4. 根据权利要求3所述工作方法,其特征在于,步骤(1)中,通过滑窗傅里叶变换法得 至IJ第h次公共母线谐波电压iVth,具体是指: W每次采样值代替前一周期的采样值,在每一拍中均进行各次谐波的计算,提取第h 次公共母线谐波电压iVth的滑窗傅里叶变换在Z域中的传递函数为:
式中,Z为复变量,N为一个工频周期的采样点数,h为谐波次数。
5. 根据权利要求3所述工作方法,其特征在于,步骤(2)所述功率下垂控制,具体步骤 包括: a、 将采样的逆变器馈线并网端电压IV。构造成幅值相等、相角相差90°的正交信号, 求取逆变器输出的瞬时有功功率P和瞬时无功功率q ;将逆变器馈线并网端电压IV。延时 90°再乘W逆变器网侧电流i2得瞬时无功功率q ;将逆变器馈线并网端电压U P。。乘W逆变 器网侧电流i2得到瞬时有功功率P,计算得到的瞬时有功功率P和瞬时无功功率q分别通 过低通滤波器和带通滤波器得到逆变器输出平均有功功率P和平均无功功率Q,可表示为:
其中,T为暂态下垂时间常数,《。为低通滤波器的截止频率,S为复频率; b、 下垂控制计算公式为:
其中,m。为无功下垂系数,n。为有功下垂系数;E为逆变器参考输出电压基频分量U uff 的幅值,《为逆变器参考输出电压基频分量Uuff的角频率;为功率下垂控制的参考电压 幅值,为功率下垂控制的参考电压角频率; C、根据步骤b得到的E、《,合成逆变器参考输出电压的基频分量Uuff: u"ff= EsinOt) 式中,t为时域量。
【专利摘要】本发明涉及一种具备有源滤波功能的孤岛微电网多逆变器控制系统及其工作方法,控制系统包括若干个并联逆变器、线性和非线性负载,工作方法包括:谐波提取、有源谐波控制、功率下垂控制、电压及电流控制。本发明向负载供能,若微电网公共母线电压和电流的谐波畸变率过大,若干台逆变器启动有源滤波的辅助功能;若微电网公共母线电压和电流的谐波畸变率在合理范围,逆变器切除有源滤波辅助功能;逆变器的有源滤波辅助功能的投入和切除无缝完成;具有有源滤波的功能,降低了孤岛微电网公共母线的谐波电流畸变率和谐波电压畸变率,保证微电网电压的稳定;减少微电网有源滤波设备的备用容量,降低微电网系统的设计成本。
【IPC分类】H02M1-12, H02J3-38
【公开号】CN104600748
【申请号】CN201510058797
【发明人】张庆海, 梁甲文, 王新涛, 刘安华, 李洪博, 蔡军
【申请人】国家电网公司, 国网山东省电力公司聊城供电公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月4日