一种基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法技术

本发明专利技术提出了一种基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法，所述虚拟复阻抗由虚拟负电感和虚拟正电阻所组成。逆变器输出通过LC滤波器滤除高频毛刺，再由线路连接到输出交流母线上。由于滤波电感的存在，逆变器输出阻抗呈感性，但并非纯感性。加入所述虚拟复阻抗后，能够抵消滤波电感产生的感性，从而使逆变器等效输出阻抗呈阻性。此控制策略适用于低电压微电网的多逆变器并联控制系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子控制技术，尤其涉及低压微电网孤岛运行时的多逆变器并联控制方法。
技术介绍
微电网以其对分布式电源的有效利用及灵活、智能的控制特点，成为许多国家未来若干年电力发展战略的重点之一。由于微电网中大多数分布式电源需通过逆变器并入微电网，因此，逆变器的稳定并联运行将极大提高微电网系统的整体容量和可靠性。目前，逆变器并联运行控制策略一般采用主从控制法以及下垂控制法等方法。主从控制法在控制上需要互联线，会限制并联分布式电源之间的距离，同时也可能引入噪声，因而其应用有一定的局限性。下垂控制法是一种无联络信号线的独立控制技术，通过借鉴同步发电机的自同步和电压下垂特性，实现单元间无信号线的并联技术。它不需要逆变器间的互联信号线，只需要采集各逆变器的输出、依赖其内部控制策略，即可实现并联多逆变器的同步、均流运行。相比其它控制方式而言，下垂控制可使得系统的结构简单、功能冗余，安装维修快捷，系统扩容方便，成本低，并联运行更加可靠。传统下垂法认为各并联逆变器的系统阻抗(包括逆变器本身输出阻抗、线路阻抗等)呈纯感性，有功对功角和无功对电压(Q-E)具有近似解耦关系。然而，实际系统中，特别是低压场合，由于线路阻抗以阻性为主，使逆变器的系统阻抗大多呈现阻感复阻抗的特性，功率耦合加强，使系统控制性能变差。采用虚拟阻抗技术可以灵活地将系统阻抗设计为感性、阻感性、阻性、甚至容性。此外，现有虚拟阻抗方法大都不同程度地加大了系统等效输出阻抗，加重了母线电压降落。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法，采用“虚拟负电感”抵消系统阻抗中的感性成分，降低功率耦合；采用虚拟正电阻使逆变器的等效输出阻抗呈阻性，并减小线路阻抗对系统的影响。为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：步骤1，采样逆变器输出端电压和电流，得到逆变器输出的有功和无功功率；步骤2，利用所得到的有功和无功功率结合下垂控制求出参考电压幅值和角频率，进而合成参考电压；步骤3，在逆变器输出电流和参考电压信号间串入一个逆变器虚拟复阻抗Zvir(s)，使逆变器等效输出阻抗由原来的Z(s)变为Zv(s)，将逆变器虚拟复阻抗Zvir(s)等效为下垂系数，使逆变器输出电流通过虚拟复阻抗Zvir(s)反馈到的逆变器输出电压参考上，其过程为将逆变器输出电流与虚拟复阻抗做乘法，再在逆变器输出电压参考中减去此乘积，得到修正后的逆变器输出电压参考信号uref；步骤4，将上述修正后的逆变器输出电压参考信号uref与逆变器输出电压uo的反馈信号相减后，经过逆变器电压环的比例积分控制器(PI)调节得到电流环参考信号iref；将电流环参考信号iref与电感电流反馈信iL相减后，经过逆变器电流环的比例控制器(P)调节，得到所述逆变器的调制信号；步骤5，将得到的逆变器调制信号经拉普拉斯逆变换得到时域的调制信号，与载波信号比较，得到逆变器需要的PWM信号。PWM信号驱动逆变器的功率开关管，最终得到所需的逆变器输出电压。进一步，所述虚拟复阻抗，其表达式如式(2)所示。 Z v i r ( s ) = R v - ω v s + ω v · sL v - - - ( 2 ) ]]>虚拟复阻抗由虚拟正电阻和虚拟负电感相加得到，式中的低通滤波器用于滤除高频谐波，其截止频率为ωv；Rv为虚拟电阻值；Lv为虚拟电感值，前面取负号表示为虚拟负电感；s为复变参量。进一步，所述步骤3中，使逆变器等效输出阻抗由原来的Z(s)变为Zv(s)的具体过程为：首先以纵轴为虚数、横轴为实数绘制一个正交坐标系，然后绘制原输出阻抗相应的向量Z(s)；再绘制改变量所对应的向量；应用矢量合成的方法将原输出阻抗相应的向量与改变量所对应的向量进行合成，合成后所得的向量即为加入虚拟复阻抗Zvir(s)后逆变器等效输出阻抗所对应的向量Zv(s)。本专利技术有益的效果是：与现有虚拟阻抗策略总是加大了原系统阻抗不同，本专利技术提出
“虚拟复阻抗”的控制策略：采用“虚拟负电感”抵消系统阻抗中的感性成分，降低功率耦合；采用虚拟正电阻使逆变器的等效输出阻抗呈阻性，并减小线路阻抗对系统的影响。由于LC滤波器的滤波电感的存在，逆变器输出阻抗呈感性，但并非纯感性。加入虚拟负电感后，能够抵消滤波电感产生的感性，但这会大大减小逆变器的等效输出阻抗，从而使线路阻抗占主导。为此，再引入虚拟正电阻，从而使逆变器等效输出阻抗呈阻性并且大于线路阻抗。由此得到的逆变器输出阻抗为纯阻性，能够使逆变器输出的有功和无功功率解耦，进而通过下垂控制方法使并联逆变器实现有功功率均分和无功功率均分。附图说明图1是逆变器孤岛运行时的并联等效电路；图2是单个单相全桥逆变器主电路；图3是不加虚拟复阻抗时的电压电流双闭环控制框图；图4是逆变器原输出阻抗的伯德图；图5是加入了虚拟复阻抗时的电压电流双闭环控制框图；图6为加入虚拟复阻抗时的矢量图和伯德图；(a)是加入虚拟复阻抗时的矢量图；(b)是加入虚拟复阻抗时的伯德图；图7是带负载突变的单相全桥逆变器并联控制框图；图8为采用基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法下，并联逆变器稳态运行时的电流波形图和电压波形图；(a)是采用基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法下，并联逆变器稳态运行时的电流波形图；(b)是采用基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法下，并联逆变器稳态运行时的电压波形图；图9是采用基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法下，并联逆变器稳态运行时两逆变器之间的环流波形图；图10是采用基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法下，并联逆变器稳态运行时两逆变器输出有功功率波形图；图11是采用基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法下，并联逆变器稳态运行时两逆变器输出无功功率波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式进一步描述本专利技术。微电网中两台逆变器并联运行的等效电路图如图1所示。其中，每台逆变器的输出阻抗与连线阻抗之和为Zn∠θn(n＝1,2)，每台逆变器的输出电压分别为输出
电流分别为Ion(n＝1,2)，两台逆变器间环流为工IH，公共负载端电压为Uo∠0，负载端电流为Io。逆变器向交流母线注入的功率可表示为由于当输出阻抗与连线阻抗之和为纯阻性时，分别对上两式作微分，得到微分形式：由于从数值的大小上来讲，相位差要远远小于幅值En，所以，同理，ΔPn≈(Uo/Zn)ΔEn (9)因此，En变化时，有功和无功都变化；而变化时，有功不变，无功变化。由此可以看出，当逆变器输出阻抗为纯阻性时，有功功率和无功功率能够实现解耦。采用本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法，其特征在于，所述虚拟复阻抗由虚拟负电感和虚拟正电阻所组成。主要步骤如下：步骤1，采样逆变器输出端电压和电流，得到逆变器输出的有功和无功功率；步骤2，利用所得到的有功和无功功率结合下垂控制求出参考电压幅值和角频率，进而合成参考电压；步骤3，在逆变器输出电流和参考电压信号间串入一个逆变器虚拟复阻抗c，使逆变器等效输出阻抗由原来的Z(s)变为Zv(s)，将逆变器虚拟复阻抗Zvir(s)等效为下垂系数，使逆变器输出电流通过虚拟复阻抗Zvir(s)反馈到的逆变器输出电压参考上，其过程为将逆变器输出电流与虚拟复阻抗做乘法，再在逆变器输出参考电压中减去此乘积，得到修正后的逆变器输出电压参考信号uref；步骤4，将上述修正后的逆变器输出电压参考信号uref与逆变器输出电压uo的反馈信号相减后，经过逆变器电压环的比例积分控制器PI调节得到电流环参考信号iref；将电流环参考信号iref与电感电流反馈信iL相减后，经过逆变器电流环的比例控制器P调节，得到所述逆变器的调制信号；步骤5，将得到的逆变器调制信号经拉普拉斯逆变换得到时域的调制信号，与载波信号比较，得到逆变器需要的PWM信号；PWM信号驱动逆变器的功率开关管，最终得到所需的逆变器输出电压。...

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法，其特征在于，所述虚拟复阻抗由虚拟负电感和虚拟正电阻所组成。主要步骤如下：步骤1，采样逆变器输出端电压和电流，得到逆变器输出的有功和无功功率；步骤2，利用所得到的有功和无功功率结合下垂控制求出参考电压幅值和角频率，进而合成参考电压；步骤3，在逆变器输出电流和参考电压信号间串入一个逆变器虚拟复阻抗c，使逆变器等效输出阻抗由原来的Z(s)变为Zv(s)，将逆变器虚拟复阻抗Zvir(s)等效为下垂系数，使逆变器输出电流通过虚拟复阻抗Zvir(s)反馈到的逆变器输出电压参考上，其过程为将逆变器输出电流与虚拟复阻抗做乘法，再在逆变器输出参考电压中减去此乘积，得到修正后的逆变器输出电压参考信号uref；步骤4，将上述修正后的逆变器输出电压参考信号uref与逆变器输出电压uo的反馈信号相减后，经过逆变器电压环的比例积分控制器PI调节得到电流环参考信号iref；将电流环参考信号iref与电感电流反馈信iL相减后，经过逆变器电流环的比例控制器P调节，得到所述逆变器的调制信号；步骤5，将得到的逆变器调制信号经拉普拉斯逆变换得到时域的调制信号，与载波信号比较，得到逆变器需要的PWM信号；PWM信号驱动逆变器的功率开关管，最终得到所需的逆变器输出电压。2.权利要求1所述的一种基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法，其特征在于，虚拟复阻抗，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国海，姜宇珺，陈兆岭，姜宇琦，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32