一种基于九开关管逆变器的多功能分布式电源并网装置的制作方法

技术特征：

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S_jH(j＝a,b,c)；靠近直流母线负极开关管为下开关管，记为S_jL(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S_jM(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U_refH、U_refL共用三角载波进行调制；若U_refH大于载波，则对应相的开关管S_jH(j＝a,b,c)导通，否则S_jH关断；若U_refL大于载波，则对应相的开关管S_jL(j＝a,b,c)关断，否则S_jL导通；而每相中间管S_jM(j＝a,b,c)的驱动信号为对应相S_jH与S_jL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：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{cd}=e_d+L_1\frac{{\mathrm{di}}_{d1}}{dt}-{\mathrm{\ω}}_e{L}_1{i}_{q1}\\ u_{cq}=e_q+L_1\frac{{\mathrm{di}}_{q1}}{dt}+{\mathrm{\ω}}_e{L}_1{i}_{d1}\end{array}\right.$

其中L₁为滤波电抗，e_d、e_q为滤波电容C₁两端电压的d、q轴分量，u_cd、u_cq为所述九开关管逆变器上端口输出电压的d、q轴分量，i_d1、i_q1为所述九开关管逆变器上端口输出电流的d、q轴分量，ω_e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u_dcref与实测值u_dc比较做差后，通过PI控制器产生d轴电流指令值i_d1ref，通过给定的功率因数设定q轴电流指令值i_q1ref；将电网正常工况电流指令值i_d1ref、i_q1ref或电网故障工况电流指令值i_gd1ref、i_gq1ref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：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{ad}=U_{gd}+L_2\frac{{\mathrm{di}}_{d2}}{dt}-{\mathrm{\ω}}_e{L}_2{i}_{q2}\\ u_{aq}=U_{gq}+L_2\frac{{\mathrm{di}}_{q2}}{dt}+{\mathrm{\ω}}_e{L}_2{i}_{d2}\end{array}\right.$

其中L₂为滤波电抗，U_gd、U_gq为滤波电容C₂两端电压的d、q轴分量，u_ad、u_aq为NSI上端口输出电压的d、q轴分量，i_d2、i_q2为NSI上端口输出电流的d、q轴分量，ω_e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i_dh、i_qh或电网故障工况电流指令值i_gd2ref、i_gq2ref分别与辅助逆变器端口对应d、q轴电流实测值i_d2、i_q2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。

5.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：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i_a、i_b、i_c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i_d、i_q，将i_d、i_q通过低通滤波器后，获取负载基波电流所对应的直流分量i_db、i_qb，则i_d与i_db之差即为dq坐标系内谐波电流的d轴分量i_dh，i_q与i_qb之差即为dq坐标系内谐波电流的q轴分量i_qh。

6.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：当电网故障并发生电压跌落时，网侧主、辅变流器切换至LVRT模式，在无功支持和有功平衡两个层面协同工作；

在无功支持层面，将NSI输出无功电流控制的参考值分别设定为：

$i_{gq1ref}=\left\{\begin{array}{cc}2(u_g-u_{ref}),& |u_g-u_{ref}|\≤0.5p.u.\\ -1,& |u_g-u_{ref}|\>0.5p.u.\end{array}\right.$

$i_{gq2ref}=\frac{1}{2}{i}_{gq1ref}$

式中u_g为电网电压，u_ref为故障前电网电压，i_gq1ref和i_gq2ref分别为主变流器和辅助变流器q轴无功指令电流，所有值均为标幺值；

在系统无功支持策略确定后，计算出网侧变流器在保持系统能量平衡的前提下，NSI主、辅变流器的d轴指令电流值分别为：

$i_{gd1ref}+i_{gd2ref}=\frac{P_s}{u_g}$

$i_{gd2ref}=\frac{1}{2}{i}_{gd1ref}$

式中i_gd1ref和i_gd2ref分别为主、辅变流器d轴有功指令电流，P_s为故障前系统输出有功功率。

7.根据权利要求6所述的多功能分布式电源并网装置，其特征在于：当网侧电压发生深度跌落时，辅助使用直流斩波控制和直流母线卸荷电路，把直流侧电压控制在1.1倍标幺值内。