一种用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器技术方案

本发明专利技术提供了用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，与多台逆变器并网系统于公共耦合点并联连接，包括功率输出电路与控制电路，功率输出电路输出直流侧电容电压Vdc以及并网电流ig；控制电路检测PCC电压vpcc，通过锁相环单元获取其相位θ，并分别通过电压外环单元和电流内环单元对直流侧电容电压Vdc和并网电流ig进行闭环控制，同时通过引入PCC电压前馈单元，对阻抗适配器的输出阻抗特性进行校正。其有益效果为：该方法受数字控制延时影响很小，能够快速有效地镇定系统，对出现多个谐振点的情况也有较好的镇定效果，且不需要改变系统中各台逆变器的控制方法和软硬件参数。

Impedance adapter for stabilizing multi inverter grid connected system

The present invention provides impedance adapter for stabilization of grid connected inverter system with multiple, and multiple grid connected inverters connected in parallel at the point of common coupling system, including the power output circuit and control circuit, power output circuit of DC capacitor voltage and grid current Vdc Ig; the control circuit detects voltage of PCC VPCC, to obtain the phase by phase locked loop. Unit, and through the voltage loop and current loop unit unit closed-loop control of DC side capacitor voltage and grid current Vdc Ig, at the same time, through the introduction of PCC voltage feedforward unit, output impedance characteristic of impedance adapter for correction. The utility model has the advantages that the method of digital control delay is very small, can effectively stabilize the system of multiple resonance points also have a calming effect better, the control method and does not need to change the inverter system in hardware and software parameters.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新能源并网发电领域，尤其涉及一种用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器。
技术介绍
近年来，为了应对环境污染和能源紧缺问题，以风能、太阳能为代表的可再生能源越来越得到人们的重视。并网逆变器作为可再生发电单元与电网之间的接口，一直是国内外学者研究的热点。为了抑制并网逆变器桥臂输出电压中包含的开关谐波，通常使用LCL滤波器。但LCL滤波器的频率响应中包含谐振尖峰，可能会影响系统稳定性。目前，对LCL滤波器的谐振尖峰的阻尼方法和以此为基础的逆变器控制参数设计方法已经比较成熟了，但这些方法大多基于单台逆变器并网的情况。而在实际的可再生发电系统中，通常有多台逆变器通过公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)并联接入电网。随着可再生能源在电网中渗透率不断提高，电网越来越呈现出弱电网的特性，其线路阻抗可能宽范围变化。在这种情况下，即使每台逆变器各自都设计为稳定的系统，它们的无源电路和控制环路通过电网阻抗相互耦合，仍然可能会导致整个多台逆变器并网系统不稳定。目前针对多台逆变器并网系统的研究相对较少。现有技术大多从逆变器自身出发，通过一定的控制策略提高逆变器对电网阻抗的鲁棒性，或使逆变器自身具备谐振抑制的功能。一方面，这增加了系统中各台逆变器控制算法的复杂度；另一方面，由于数字控制延时的影响，这些方法对高频谐振的抑制作用相对较弱。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，该阻抗适配器受数字控制延时影响很小，能够快速有效地镇定系统，对出现多个谐振点的情况也有较好的镇定效果，且不需要改变系统中各台逆变器的控制方法和软硬件参数。为了实现上述目的，本专利技术采取的具体的技术方案是：所述用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，与多台逆变器并网系统于公共耦合点并联连接，包括：功率输出电路，输出直流侧电容电压Vdc以及并网电流ig；控制电路，包括电压外环单元、锁相环单元、电流内环单元以及PCC电压前馈单元，控制电路检测公共耦合点的电压vpcc，通过锁相环单元获取其相位θ，并分别对应地通过电压外环单元和电流内环单元对直流侧电容电压Vdc和并网电流ig进行闭环控制；同时，通过PCC电压前馈单元，对阻抗适配器的输出阻抗特性进行校正；并且，控制电路将检测到的vpcc各次谐波含量与设定的阈值进行比较，判断多台逆变器并网系统稳定性，在多台逆变器并网系统出现不稳定时，将阻抗适配器切入并网；所述功率输出电路与所述锁相环单元、电流内环单元以及PCC电压前馈单元构建阻抗适配器的端口等效模型，所述端口等效模型包含并联的三个导纳YPLL(s)、Ycon(s)、Yff(s)，端口等效模型的总输出阻抗Zo(s)如式(1)： Z o ( s ) = 1 Y P L L ( s ) + Y c o n ( s ) + Y f f ( s ) - - - ( 1 ) ]]>其中，YPLL(s)、Ycon(s)、Yff(s)分别表示锁相环单元、电流内环单元以及PCC电压前馈单元引入的导纳。所述用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器的进一步设计在于，所述锁相环单元，根据所述电压vpcc得到vpcc的基波幅值Vpcc和相位余弦值cosθ，进而计算出vpcc的基波瞬时值vpccf和谐波瞬时值vpcch，如式(2)、(3)；vpccf＝Vpcccosθ (2)vpcch＝vpcc-vpccf (3)所述用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器的进一步设计在于，所述电压外环单元，包含电压调节器Gv(s)，控制阻抗适配器的直流侧电容电压Vdc跟踪电压基准V*dc；所述电流内环单元，包含电流调节器Gi(s)，控制阻抗适配器的并网电流ig跟踪电流基准i*g，电流基准i*g由电压调节器Gv(s)的输出I*g与锁相环单元得到的PCC电压相位余弦值cosθ相乘得到。所述用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器的进一步设计在于，所述PCC电压前馈单元包括：PCC电压谐波前馈环节，将PCC电压谐波瞬时值vpcch经过比例系数Gh、带通滤波器Gbp(s)和前馈函数Gff(s)负前馈至电流调节器Gi(s)的输出端；PCC电压基波前馈环节，将PCC电压基波瞬时值vpccf经过比例系数Gf正前馈至电流调节器Gi(s)输出端。所述用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器的进一步设计在于，所述功率输出电路包括直流侧电容、全桥、LCL滤波器以及并网开关，所述直流侧电容、全桥、LCL滤波器以及并网开关依次连接。所述用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器的进一步设计在于，LCL滤波器由两个电感L1、L2以及电容C组成，所述电感L1、电感L2以及所述并网开关串连，所述电容C接于电感L1、L2之间的节点，另一端于所述全桥连接。所述用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器的进一步设计在于，所述控制电路包括：A/D采样模块，对电压vpcc、直流侧电容电压Vdc、并网电流ig、电容电流iC进行实时采样；数字运算模块，包含所述锁相环单元、电流内环单元以及PCC电压前馈单元，接收A/D采样模块采集的vpcc、Vdc、ig以及iC，计算PCC电压的各次谐波含量，通过预设的控制算法构建所述端口等效模型，并计算调制波vm；自适应控制模块，将vpcc的各次谐波含量与设定的阈值进行比较，判断系统稳定性，当判定系统不稳定时，控制阻抗适配器切入并网，并根据vpcc的主要谐波分量自适应调整所述数字运算模块中PCC电压谐波前馈环节的比例系数Gh、带通滤波器Gbp(s)的低频转折频率fc1和带通滤波器Gbp(s)的高频转折频率fc2；脉宽调制模块，对所述调制波vm进行调制，得到功率输出电路中全桥开关管Q1～Q4的驱动信号。所述用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器的进一步设计在于，所述数字运算模块还包括：谐波检测单元，通过快速傅里叶变换算法实时检测出vpcc的各次谐波含量，作为自适应控制模块判断系统稳定性和自适应调节控制参数的依据；电容电流反馈单元，将阻抗适配器的电容电流iC经过比例系数HiC负反馈到电流调节器Gi(s)的输出端，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，与多台逆变器并网系统于公共耦合点并联连接，其特征在于：包括：功率输出电路，输出直流侧电容电压Vdc以及并网电流ig；控制电路，包括电压外环单元、锁相环单元、电流内环单元以及PCC电压前馈单元，控制电路检测公共耦合点的电压vpcc，通过锁相环单元获取其相位θ，并分别对应地通过电压外环单元和电流内环单元对直流侧电容电压Vdc和并网电流ig进行闭环控制；同时，通过PCC电压前馈单元，对阻抗适配器的输出阻抗特性进行校正；并且，控制电路将检测到的vpcc各次谐波含量与设定的阈值进行比较，判断多台逆变器并网系统稳定性，在多台逆变器并网系统出现不稳定时，将阻抗适配器切入并网；所述功率输出电路与所述锁相环单元、电流内环单元以及PCC电压前馈单元构建阻抗适配器的端口等效模型，所述端口等效模型包含并联的三个导纳YPLL(s)、Ycon(s)、Yff(s)，端口等效模型的总输出阻抗Zo(s)如式(1)：Zo(s)=1YPLL(s)+Ycon(s)+Yff(s)---(1)]]>其中，YPLL(s)、Ycon(s)、Yff(s)分别表示锁相环单元、电流内环单元以及PCC电压前馈单元引入的导纳。...

【技术特征摘要】
1.一种用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，与多台逆变器并网系统于公共耦合点并联连接，其特征在于：包括：功率输出电路，输出直流侧电容电压Vdc以及并网电流ig；控制电路，包括电压外环单元、锁相环单元、电流内环单元以及PCC电压前馈单元，控制电路检测公共耦合点的电压vpcc，通过锁相环单元获取其相位θ，并分别对应地通过电压外环单元和电流内环单元对直流侧电容电压Vdc和并网电流ig进行闭环控制；同时，通过PCC电压前馈单元，对阻抗适配器的输出阻抗特性进行校正；并且，控制电路将检测到的vpcc各次谐波含量与设定的阈值进行比较，判断多台逆变器并网系统稳定性，在多台逆变器并网系统出现不稳定时，将阻抗适配器切入并网；所述功率输出电路与所述锁相环单元、电流内环单元以及PCC电压前馈单元构建阻抗适配器的端口等效模型，所述端口等效模型包含并联的三个导纳YPLL(s)、Ycon(s)、Yff(s)，端口等效模型的总输出阻抗Zo(s)如式(1)： Z o ( s ) = 1 Y P L L ( s ) + Y c o n ( s ) + Y f f ( s ) - - - ( 1 ) ]]>其中，YPLL(s)、Ycon(s)、Yff(s)分别表示锁相环单元、电流内环单元以及PCC电压前馈单元引入的导纳。2.根据权利要求1所述的用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，其特征在于：所述锁相环单元，根据所述电压vpcc得到vpcc的基波幅值Vpcc和相位余弦值cosθ，进而计算出vpcc的基波瞬时值vpccf和谐波瞬时值vpcch，如式(2)、(3)；vpccf＝Vpcc cosθ (2)vpcch＝vpcc-vpccf (3)3.根据权利要求1所述的用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，其特征在于：所述电压外环单元，包含电压调节器Gv(s)，控制阻抗适配器的直流侧电容电压Vdc跟踪电压基准V*dc；所述电流内环单元，包含电流调节器Gi(s)，控制阻抗适配器的并网电流ig跟踪电流基准i*g，电流基准i*g由电压调节器Gv(s)的输出I*g与锁相环单元得到的PCC电压相位余弦值cosθ相乘得到。4.根据权利要求3所述的用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，其特征在于：所述PCC电压前馈单元包括：PCC电压谐波前馈环节，将PCC电压谐波瞬时值vpcch经过比例系数Gh、带通滤波器Gbp(s)和前馈函数Gff(s)负前馈至电流调节器Gi(s)的输出端；PCC电压基波前馈环节，将PCC电压基波瞬时值vpccf经过比例系数Gf正前馈至电流调节器Gi(s)输出端。5.根据权利要求1所述的用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，其特征在于：所述功率输出电路包括直流侧电容、全桥、LCL滤波器以及并网开关，所述直流侧电容、全桥、LCL滤波器以及并网开关依次连接。6.根据权利要求1所述的用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，其特征在于LCL滤波器由两个电感L1、L2以及电容C组成，所述电感L1、电感L2以及所述并网开关串连，所述电容C接于电感L1、L2之间的节点，另一端于所述全桥连接。7.根据权利要求4所述的用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，其特征在于：所述控制电路包括：A/D采样模块，对电压vpcc、直流侧电容电压Vdc、并网电流ig、电容电流iC进行实时采样；数字运算模块，包含所述锁相环单元、电流内环单元以及PCC电压前馈单元，接收A/D采样模块采集的vpcc、Vdc、ig以及iC，计算PCC电压的各次谐波含量，通过预设的控制算法构建所述端口等效模型，并计算调制波vm；自适应控制模块，将vpcc的各次谐波含量与设定的阈值进行比较，判断系统稳定性，当判定系统不稳定时，控制阻抗适配器切入并网，并根据vpcc的主要谐波分量自适应调整所述数字运算模块中PCC电压谐波前馈环节的比例系数Gh、带通滤波器Gbp(s)的低频转折频率fc1和带通滤波器Gbp(s)的高频转折频率fc2；；脉宽调制模块，对所述调制波vm进行调制，得到功率输出电路中全桥开关管Q1～Q4的驱动信号。8.根据权利要求7所述的用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，其特征在于：所述数字运算模块还包括：谐波检测单元，通过快速傅里叶变换算法实时检测出vpcc的各次谐波含量，作为自适应控制模块判断系统稳定性和自适应调节控制参数的依据；电容电流反馈单元，将阻抗适配器的电容电流iC经过比例系数HiC负反馈到电流调节器Gi(s)的输出端，用于对LCL滤波器的谐振尖峰进行有源阻尼。9.根据权利要求8所述的用于镇定多台逆变器并网系统的阻抗适配器，其特征在于：所述PCC电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾雷，阮新波，杨东升，赵文心，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32