一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法，属于分布式发电 及智能电网技术领域。
【背景技术】
[0002] 为了解决分布式电源接入电网的技术难题，电力系统相关学者们提出了微电网的 概念。微电网是由分布式微源、能量转换装置及本地负载通过网络互联组成，能够实现自我 控制、保护和管理的局部发电系统。在微电网中，大多数分布式微源均通过逆变器接口接入 交流母线，从而形成了一种多逆变器并联运行环境。
[0003] 由于交流母线上的本地负载多种多样，其中不可避免地有非线性负载存在，这样 就给微电网中的逆变器控制带来巨大挑战：除了考虑基波功率的合理分配以外，还需要有 效避免谐波功率对逆变器运行的影响；另外，各个并联逆变器均通过馈线接入交流母线，由 于各逆变器位置不一，则馈线长度各异，进而导致馈线的电气参数各不相同。除此之外，各 个并联逆变器的额定容量未必一致，按照它们各自的额定容量分配功率，至今仍是低电压 微电网多逆变器并联运行这一领域研宄的难点。
[0004] 在现有技术中与本发明申请相关的内容主要有以下几篇文献：
[0005] 文献一为2014年6月发表在《电工技术学报》第29卷第6期上的《并联逆变器输 出阻抗分析及电压控制策略》一文。该文在分析低电压微电网多逆变器并联控制策略时， 提出了一种基于虚拟复阻抗的电压控制策略，最终使逆变器等效输出阻抗呈现纯电阻性特 性，并在低电压微电网带纯电阻性负载实验中取得较好的实验效果。然而，该文实验验证部 分应用的是纯电阻性负载，而且两台并联逆变器的额定容量相同，故该文提出的控制方法 是否能够有效应对实际相对复杂的低电压微电网多逆变器孤岛运行环境，有待进一步研宄 和验证。不过，该文提出的虚拟复阻抗这一思想为进一步研宄低电压微电网多逆变器并联 控制策略，提供了很好的借鉴。
[0006] 文献二为2013年11月发表在《电网技术》第37卷第11期上的《基于分频虚拟电 阻的多逆变器并联控制策略》一文。该文针对低电压微电网带非线性负载的多逆变器并联 系统，提出了一种分频虚拟电阻的多逆变器并联控制策略。对每个逆变器的输出电流采用 带通滤波器进行分频，得到各次谐波电流；通过将各次虚拟电阻分别引入到逆变器输出的 各次谐波电流反馈环中，得到各次指令谐波电压，从而对电压控制环进行修正。然而，该文 未对额定容量不一致的各逆变器功率均分控制进行研宄，此外，相较于虚拟复阻抗而言，文 中所述分频虚拟电阻增大了逆变器输出阻抗中的电阻性分量，但对于逆变器输出阻抗中电 感性分量不能够改变，故此方法有待进一步改进。
[0007] 中国专利文献CN102437589B公开了一种单相太阳能发电多逆变器并联功率均分 控制方法。该专利将PID控制方法与无差拍控制方法结合使用。但是，该专利未考虑谐波 功率、馈线阻抗不一致、逆变器额定容量不一致等实际条件下的多种复杂因素对逆变器功 率均分控制的影响。
[0008] 中国专利文献CN102842921B公开了一种鲁棒功率下垂控制的微电网多逆变器并 联电压控制方法。针对微电网中的每台逆变器，采用鲁棒功率下垂控制器计算并合成逆变 器输出参考电压；通过引入虚拟复阻抗，采用基于虚拟阻抗和准谐振PR控制的多环电压控 制方法，使得逆变器输出阻抗在工频条件下呈纯阻性，从而实现微电网多逆变器并联运行 和功率均分。然而，该专利所涉及方法应用于含有非线性负载、逆变器额定容量不一致等条 件下的低电压微电网多逆变器并联控制系统时，应作进一步研宄和改进。
[0009] 中国专利文献CN103227581B公开了一种谐波下垂控制的逆变器并联谐波环流抑 制方法，包括谐波下垂控制、功率下垂控制及电压控制。谐波下垂控制通过快速傅里叶FFT 变换分频检测特征次谐波功率，根据谐波下垂特性，计算出逆变器输出的特征次谐波参考 电压，功率下垂控制计算出基波参考电压，两者合成作为逆变器输出参考电压。但是，该专 利需要对瞬时有功功率和瞬时无功功率进行快速傅里叶变换FFT，分频检测出特征次谐波 功率，然后对特征次谐波分别计算并合成谐波参考电压，这样具体实施过程过于复杂，程序 计算量比较大，可能会影响系统的快速响应速度。
[0010] 综上所述，现有技术中并未较好地解决低电压微电网中存在的谐波功率、馈线阻 抗不一致、逆变器额定容量不一致等实际复杂因素时逆变器功率均分控制这一技术难题。
【发明内容】
[0011] 针对现有技术的不足，本发明提供一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制 方法。
[0012] 本发明的技术方案如下：
[0013] 一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法，该方法适用于低电压微电网 多逆变器并联功率均分控制系统，所述低电压微电网多逆变器并联功率均分控制系统包括 若干并联的逆变器、公共母线、线性和非线性负载、集中控制器；所述逆变器的主电路包括 顺次连接的直流稳压电源、H桥逆变电路、LC滤波电路、馈线，所述H桥逆变电路设有Si-S 4 四个功率开关管，所述逆变器还包括驱动及保护电路、本地控制器；若干个并联的逆变器通 过所述馈线连接至公共母线，所述公共母线上接有线性和非线性负载，所述公共母线上还 设有集中控制器；
[0014] 所述集中控制器对公共母线电压进行采样处理和计算，所述集中控制器的输出通 过低带宽通信传送至各并联逆变器的本地控制器中，所述本地控制器输出信号通过所述驱 动及保护电路，驱动所述H桥逆变电路Si-S 4四个功率开关管的开通与关断；具体步骤包 括：
[0015] (1)在每个采样周期的起始点，所述本地控制器对滤波电容电压u。、滤波电感电流 k、馈线电流i liM分别进行采样与处理；所述集中控制器对公共母线电压u p。。进行采样、处 理与计算，得到dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量upcxh_ d和dq坐标系下 公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcxh q;
[0016] (2)将滤波电容电压u。与馈线电流i liM相乘得瞬时有功功率p，将滤波电容电压 u。移相90°后与馈线电流i liM相乘得到虚拟瞬时无功功率q ;
[0017] (3)瞬时有功功率p通过数字低通滤波得到逆变器有功功率平均值P，虚拟瞬时无 功功率q经数字带通滤波得到逆变器无功功率平均值Q ;
[0018] (4)根据电阻性等效输出阻抗条件下的功率下垂控制方法，分别由逆变器有功功 率平均值P和逆变器无功功率平均值Q计算得到参考电压幅值E和参考电压角频率《;
[0019] (5)由参考电压角频率《和参考电压幅值E合成下垂控制输出参考电压udM()p a;
[0020] (6)对下垂控制输出参考电压udnK)p aM时四分之一工频周期，得下垂控制输出参 考电压UdM()p_ a的共轭值U d_p j，对下垂控制输出参考电压UdM()p_ a和下垂控制输出参考电压 的共轭值进行PLL锁相，得到下垂控制输出参考电压相位角0 dM()p;
[0021] (7)所述集中控制器通过低带宽通信，将dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量 的d坐标分量upcxh_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量u 传送至 本地控制器；本地控制器参考h 0 dnK)p，对dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标 分量upcxh_d和dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量u 进行dq/ a |3坐 标变换，得到a |3坐标系下公共母线电压up。。的h次谐波分量upcxh_a以及a |3坐标系下 公共母线电压up。。的h次谐波分量upc;c;h a的共轭值upc;c;h fi;其中，dq/a 0坐标变换是指将 相关电气量由dq坐标系变换至a |3坐标系；
[0022] (8) a 0坐标系下公共母线电压七。。的h次谐波分量upcxha、a 0坐标系下公共母 线电压up。。的h次谐波分量u pcxh_a的共轭值u pcxh_p与h次谐波反馈系数G h运算，得到h次 谐波虚拟阻抗电压uvh;
[0023] (9)馈线电流、^乘以虚拟复阻抗Z vf，得到基波虚拟阻抗电压uvf;
[0024] (10)下垂控制输出参考电压ud_p a减去基波虚拟阻抗电压uvf和滤波电容电压 u。，得到的差值通过第一准比例谐振控制进行电压调节；h次谐波虚拟阻抗电压u vh加上滤 波电容电压u。，得到的和值通过第二准比例谐振控制进行电压调节；
[0025] (11)第一准比例谐振控制的输出减去第二准比例谐振控制的输出，得到的差值为 参考电流i Mf;
[0026] (12)参考电流iMf减去滤波电感电流I，得到的差值再乘以电流增益M导到调制 信号i r;
[0027] (13)调制信号i,通过驱动及保护电路，驱动H桥逆变电路S ^&四个功率开关管 的通断。
[0028] 根据本发明优选的，所述步骤（1)中，所述集中控制器对公共母线电压up。。进行采 样、处理与计算，得到dq坐标系下公共母线电压h次谐波分量的d坐标分量u pcxh JP dq坐 标系下公共母线电压h次谐波分量的q坐标分量upcxh q，具体步骤包括：
[0029] a、集中控制器采用滑窗离散傅里叶变换SDFT提取公共母线电压up。。的基波分量 U pcxf a及公共母线电压U p。。的h次谐波分量U pcxh a，对公共母线电压Up。。的基波分量U pc;rf a 延时四分之一工频周期，得到公共母线电压up。。的基波分量U pcxf a的共轭值U pc;rfj，对公共 母线电压Up。。的h次谐波分量u praha延时四分之一 h次谐波频率周期，得到公共母线电压 up。。的h次谐波分量u prah a的共轭值u pcxhj ;滑窗离散傅里叶变换SDFT在Z域中的传递函 数HSDFT(z)如式（I )所示：
【主权项】
1. 一种低电压微电网多逆变器并联功率均分控制方法，其特征在于，该方法适用于低 电压微电网多逆变器并联功率均分控制系统，所述低电压微电网多逆变器并联功率均分控 制系统包括若干并联的逆变器、公共母线、线性和非线性负载、集中控制器；所述逆变器的 主电路包括顺次连接的直流稳压电源、H桥逆变电路、LC滤波电路、馈线，所述H桥逆变电路 设有3 1-&四个功率开关管，所述逆变器还包括驱动及保护电路、本地控制器；