一種基于RC虛擬阻抗的逆變器并聯控制方法與流程
本發明涉及電力電子領域中的逆變器并聯系統，尤其涉及一種基于rc虛擬阻抗的逆變器并聯控制方法。
背景技術：
隨著全球范圍內能源危機以及環境污染問題的日益嚴重，結合了可再生能源的分布式發電技術正逐漸成為現代電力系統發展的重要方向。分布式發電主要以光伏發電，風機發電，小型燃料電池發電及海流發電為主。這種發電方式區別于傳統的集中式大電網發電方式，供電方式靈活，經濟性良好，且克服了傳統大電網線路損耗大，污染嚴重等缺點。除此之外，分布式發電系統在主電網故障時可獨立運行支撐電網電壓。分布式電源所發出的一般為直流電，需經過逆變器轉換為三相交流電接入電網，因此逆變器技術非常重要。為了提高分布式發電系統的穩定性和可擴展性，實現大功率供電，發電系統中的各個逆變器多以并聯的方式運行。逆變器并聯運行的關鍵在于實現功率的平均分配，而要使負載在每臺逆變器之間均勻分配，就需要每臺逆變器輸出電壓的幅值，相位及頻率在任何時間都要保持相等，避免逆變器之間產生環流，單個或者多個逆變電源的過載或重載運行。
目前國內外關于逆變器并聯控制方式的研究分為有互連線并聯控制和無互連線獨立控制兩大類。有互連線控制就是有物理上的連接線，主要思想是從傳統直流電源的并聯技術而來，是一種主動負載均分技術。從控制策略和控制重心的角度，有互連線并聯技術主要分為集中控制，主從控制，3c控制和分散邏輯控制。但隨著分布式發電系統的發展，用于并聯的逆變器數量越來越多，從而導致采用有互連線控制方式的并聯系統模塊間的信號線越來越復雜，帶來的干擾也越來越大。為了減小和克服有互連線系統所帶來的不好影響，科學家提出了無互聯線并聯技術，即下垂控制。無互聯并聯控制方法的核心思想來源于同步發電機中輸出電壓頻率隨著輸出功率增加而下降的現象。該方法根據檢測逆變器輸出功率來對輸出電壓的幅值和頻率進行微調，間接的抑制逆變器之間的環流，從而達到負載均分的目的。為了獲得較好的均流效果，這種控制方式要求功率檢測速度要快，控制精度要高。
技術實現要素：
本發明所要解決的結束問題在于針對上述現有技術的技術問題而提出的一種適用于并聯逆變器系統在低壓系統中線路阻抗不同時的控制策略，其目的就是為了克服已有技術中存在的動態響應慢、輸出功率耦合、輸出功率不能均分等缺點，通過利用添加微分環節增強動態性能，添加rc虛擬阻抗對功率進行解耦均分，添加二次控制增強系統在負載變化時的穩定性。
為了實現以上目的，本發明是通過以下技術方案實現的：
構造一個逆變器并聯仿真模型。采用matlab/simulink搭建一個逆變器并聯電路系統模型，兩臺逆變器參數一致。每臺逆變器輸出接lcl濾波器，使用基于pr控制器的電壓電流雙閉環控制對其進行控制，使輸出波形為三相正弦波。
對逆變器并聯系統進行下垂控制。對每臺逆變器輸出電壓和電流進行采集，計算得到每臺逆變器的平均輸出有功功率和無功功率，通過下垂公式計算得到每臺逆變器的電壓參考值。
添加微分環節。由于傳統下垂控制參數為定值，動態響應較差，因此此處在下垂控制中添加微分環節提高下垂控制的響應速度，進而提高電壓參考值的動態響應，從而提高功率分配速度。
添加rc虛擬阻抗。針對傳統下垂控制在低壓系統中會造成功率耦合，線路阻抗不同時功率無法均分，本發明采用添加rc虛擬阻抗使得輸出阻抗為感性對功率進行解耦，并通過對虛擬阻抗取值的不同使得兩逆變器等效總輸出阻抗相同，從而對功率進行均分。
添加二次控制。針對傳統下垂控制在負載變化時系統穩定性受影響的問題，添加二級控制將交流母線的相位角和幅值經過計算反饋到電壓參考值，提高負載變化時系統的穩定性。
過上述并聯控制方法，可以實現低壓系統中逆變器在線路阻抗不同時輸出功率快速準確的均分，且系統可以穩定可靠運行。
本發明有以下效果：本發明能在逆變器并入時快速對功率進行均分，動態性能好。本發明通過對控制回路添加rc虛擬阻抗，在低壓系統中逆變器線路阻抗不同條件下可對功率進行均分，確保每臺逆變器工作在正常狀態。本發明通過對交流母線電壓的幅值和相位角進行采集并添加二次控制，在負載變化時可以確保系統電壓和頻率的穩定性，增強系統的可靠性。
附圖說明
圖1一種基于rc虛擬阻抗的逆變器并聯控制方法結構框圖
圖2本發明逆變器并聯控制結構框圖
圖3傳統下垂控制動態響應仿真結果圖
圖4本發明動態響應仿真結果對比圖
圖5傳統下垂控制功率分配仿真結果圖
圖6本發明功率分配仿真結果對比圖
圖7傳統下垂控制系統穩定性仿真結果圖
圖8本發明系統穩定性仿真結果對比圖
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡釋本發明。
參見圖2，一種基于rc虛擬阻抗的逆變器并聯控制方法結構圖。控制方法主要由四部分組成：單臺逆變器的閉環控制、改進的下垂控制、虛擬阻抗環、二級控制。本發明主要研究后三部分，單臺逆變器控制采用傳統方法。該控制方法工作原理如下：首先在傳統下垂控制中添加微分環節增強系統的動態響應速度；其次，添加rc虛擬阻抗環對逆變器輸出電壓進行補償，使得功率可以均分；然后添加電壓頻率和幅值的二次控制，將交流母線電壓引入電壓參考值，增加系統的穩定性。
采用matlab/simulink搭建三相全橋逆變器并聯電路模型，逆變器直流電源電壓為650v，利用spwm進行控制，制波頻率為50hz，載波頻率為10khz。對逆變器進行閉環控制。逆變器輸出端口接一個lcl濾波器，由逆變器端電感li，電容c，負載端電感lg組成。對電感li的電流和電容c上的電壓進行采樣，通過pr控制器進行計算反饋到spwm調制波進行調制，達到雙閉環控制的效果，使得逆變器輸出波形為三相正選波。
逆變器并聯下垂控制方法如下：
分別采集兩臺逆變器電容電壓vc和網測電感電流ig，計算出逆變器瞬時輸出功率，瞬時輸出功率經過一個低通濾波器得到逆變器的平均功率。在傳統下垂方法中加入微分環節使得下垂因子變為一個不定值，改善系統的動態性能。添加rc虛擬復阻抗
控制方法的優越性驗證步驟如下：
步驟1：不考慮線路阻抗，在仿真開始時逆變器1工作并接入負載，逆變器2不接負載。在0.6秒時逆變器2接入系統，此時兩臺逆變器同時通過逆變器向負載供電。仿真結果參見圖3，從圖可以看出傳統下垂方法可以實現對功率的均分但動態響應較慢。仿真環境不變，使用本發明所提方法，仿真結果參見圖4，從圖可知本發明所采用方法在功率分配有較好的動態響應。對比圖3和4可知，本發明所提方法在功率均分有較好的動態響應，相比傳統下垂控制可以更快速的對功率進行均分。
步驟2：針對逆變器輸出阻抗和線路阻抗特性不匹配造成有功輸出功率和無功輸出功率的耦合、逆變器間線路阻抗的差異會造成輸出電壓偏差的問題，本步驟在阻性電路阻抗不相同的條件下分別對傳統下垂控制方法和添加rc虛擬阻抗后的控制方法進行了仿真對比。在仿真試驗中逆變器1開始工作并接入負載，逆變器2不接負載。在0.6秒時逆變器2接入系統，此時兩臺逆變器同時通過逆變器向負載供電。兩臺逆變器線路阻抗不相同，分別為：z1＝0.96+j0.1245，z2＝0.64+j0.083。傳統方法仿真結果參見圖5，可知在逆變器線路阻抗與輸出阻抗不匹配、逆變器之間線路阻抗不相同時，傳統下垂法無法對輸出有功和無功功率進行均分，逆變器1與逆變器2輸出功率不同。仿真環境不變，在下垂控制中添加rc虛擬阻抗，仿真結果參見圖6，由圖可知本發明所提方法可以將逆變器輸出功率均分。將圖5和圖6的仿真結果進行對比分析，可知采用添加rc虛擬阻抗后，兩臺逆變器輸出有功功率及無功功率可以進行均分。
步驟3：當系統負載增加或減少時，并聯系統通過下垂控制使各逆變器的輸出功均衡分配。但在此過程中下垂控制會對交流母線電壓和頻率造成擾動，影響母線的穩定。針對以上問題，本步驟在負荷變化的條件下對步驟2的控制方法和添加基于pr控制器的二次調節方法進行了仿真實驗和對比分析。在仿真中逆變器1開始工作并接入負載，逆變器2不接負載。在0.6秒時逆變器2接入系統，此時兩臺逆變器同時通過逆變器向負載供電。在1秒時負載發生突變，功率增大一倍。傳統下垂方法仿真結果參見7，由圖可知，當并聯系統負荷變化時，交流母線的電壓幅值和頻率會產生偏差，影響系統的穩定性。仿真環境不變，在控制中添加幅值、相位角二次控制環，仿真結果參見圖8。可知在負載發生變化時，本發明所提方法電壓幅值偏差小，頻率變化較小。將圖7和圖8進行對比，可以看出相比傳統下垂控制，本發明所提方法在負載發生變化時，交流母線電壓幅值和頻率的偏差更小，消除時間更短。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
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