一种微网逆变器的不平衡电压补偿方法与流程

本发明涉及一种微网逆变器，尤其涉及一种微网逆变器的不平衡电压补偿方法。

背景技术：

由分布式电源和负荷组成的小型微电网系统是近年来的研究热点，微电网既可以运行在并网模式下，也可以运行在孤岛模式下，其具备的孤岛运行能力给用电负荷带来了更高的供电可靠性。

但另一方面，在孤岛模式下，由于没有大电网的电压和频率支撑，且逆变器具有过载能力差、惯性小的特点，相比并网模式，微电网更容易产生各种电能质量问题。在三相孤岛微电网系统中，突出的电能质量问题是电压不平衡，其中不平衡负载是引起微电网电压不平衡的主要原因。不平衡电压增加了微电网系统的损耗，并可能导致设备运转不正常。因此，国际电工委员会(IEC)建议电力系统三相电压不平衡度限制在2%。

通过安装并联补偿装置来治理不平衡负载引起的负序电流是消除不平衡电压的有效手段，但会增加额外的投资成本。在微电网中，各种储能装置大多通过电力电子逆变器并接入微电网，由于电力电子器件的灵活性和可控性，通过合适的控制策略可以实现分布式电源在输出有功功率和无功功率的同时，开展额外的电能质量治理工作。区别于单台逆变器的负序补偿方式，在孤岛模式下，微电网通常由多台分布式电源共同供能，因此逆变器需要在补偿公共连接点负序电压的同时，实现负序电流在逆变器间的合理分配，这对逆变器的控制策略提出了更高的要求。

技术实现要素：

为了克服孤岛模式下的电压不平衡补偿存在的难题，本发明提出一种微网逆变器的不平衡电压补偿方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种可以自动补偿负序电压的逆变器电压控制策略，通过建立逆变器电路结构，对其进行控制，实现不平衡电压的补偿。

一种微网逆变器的不平衡电压补偿方法，包括下垂控制器、电压控制器和虚拟阻抗回路三个部分。

所述下垂控制器对微网中的微源输出的有功功率和无功功率分别进行控制。

所述电压控制器由电压外环和电感电流内环构成，其中电压控制外环由正负序两条电压支路组成。

所述虚拟阻抗回路控制逆变器的基波正负序输出阻抗。

本发明的有益效果是：本发明提出的电压补偿方法，可以实现正负序电压的独立控制，相互之间耦合很小，因此可以省略输入指令信号的正负序分离环节，简化虚拟阻抗设计。通过引入正序虚拟阻抗来改善感性线路阻抗环境下的逆变器基波正序功率分配效果，通过引入负序虚拟阻抗来补偿负序电流在线路阻抗上的电压降落，改善微电网电压的不平衡度，同时减小负序环流。

附图说明

图1微电网运行结构。

图2逆变器电压控制框图。

图3正序电压支路控制框图。

具体实施方案

图1中，采用三相电压型逆变器作为储能单元和并网连接点间的接口电路，逆变器出口通过LCL型滤波器滤除高频毛刺后，经低压馈线连接至微电网的公共母线。直流源表示储能单元，负责维持逆变器直流侧电压的稳定；为逆变器本地负载；为微电网内的公共负载。其中负载类型包括三相对称线性负载和三相不平衡线性负载两种。由于不平衡负载的存在，微电网内会存在负序电流分量，负序电流流经线路阻抗产生的电压降落将导致微电网母线电压的不平衡。

图2中，采用静止坐标系下的多环控制机制，包括下垂控制器、电压电流环路控制器和虚拟阻抗回路3个部分。电压控制环由正负序两条电压控制支路并联组成，其中正序电压控制支路负责逆变器输出电压中正序分量的控制，负序电压控制支路负责逆变器输出电压中负序分量的控制，相互之间耦合很小。

电压控制器由电压外环和电感电流内环构成，其中电压控制外环由正负序两条电压支路组成，采用同步旋转坐标系下的PI控制器来实现正负序电压的无静差跟踪。为了便于分析整个控制系统在静止坐标系下的频域特性，需要将同步旋转坐标系下的控制器等效变换至静止坐标系。

图3中，正序同步旋转坐标系下选择的控制器为，整个变换过程在静止坐标系下的等效变换模型为。其中I表示输入信号，O表示输出信号。采用所提议的电压控制策略后，逆变器在正负序基波频率处的阻抗幅值均接近于零(−100dB)，因此逆变器自身等效输出阻抗对负载电流分配和母线电压质量的影响几乎可忽略。

为了补偿网侧滤波电感上的负序电压降落，实现负载电流的合理分配，采用虚拟复合阻抗策略，结合LCL型滤波器网侧滤波电感的影响，对逆变器线路阻抗进行整体设计。正序虚拟电感可提高基波正序功率的分配精度，使逆变器的正序线路阻抗尽可能接近容量的反比。为减少总的正序线路阻抗电感值，补偿线路阻抗上的正序电压降落，正序虚拟电感的取值为负。正序虚拟电阻的作用为提高系统阻尼特性，加快过渡响应过程，同样可按容量的反比例设计，但取值不能过大，否则将影响到下垂控制器的稳定性。

感性线路阻抗环境下，正序下垂控制式表示为，、分别为逆变器空载输出正序电压角频率和幅值；m、n为下垂控制系数，合成正序下垂指令信号；表示逆变器输送至公共母线的正序有功功率和无功功率。采用取负值的正序虚拟电感后，下垂指令信号比逆变器输出电压中的正序分量更接近公共母线中的正序电压成分，且为正序电压成分，不需要进行正负分量分离。