一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法，采用虚拟变压器环节进行逆变器并联控制，将有源功率变换部件等效为无源功率变换部件进行控制，虚拟变压器环节中包含有与真实变压器外特性和变压器并联特性相一致的物理表达式，虚拟变压器环节通过物理表达式生成逆变器的调制算法用以控制逆变器电力电子器件的开关动作；当并联逆变器工作在孤岛模式时选择PQ下垂控制获得并联逆变器的输出电压幅值和相位；当并联逆变器工作在并网模式时选择锁相环控制获得并联逆变器的输出电压幅值和相位；通过加入虚拟阻抗来控制并联逆变器的闭环输出阻抗使之与并联逆变器容量相匹配，完成对并联逆变器进行控制。本发明专利技术方法具有控制简单、减少环流等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法
本专利技术涉及变换器控制领域，尤其涉及一种逆变器并联运行的控制方法。
技术介绍
微电网可以联网运行，也可以在电网故障时孤岛运行，不间断地为重要负荷供电。这样微电网不但不会威胁大电网，还可以提高供电的可靠性和电能质量。而单台逆变器运行时，逆变器的容量会受到限制，因此逆变器的并联技术是微网发展的关键技术。目前对于逆变器并联的控制方法有很多种，从逆变器之间的控制信息交换模式和连线方式来看，分为有互连线和无互连线两种控制方式。有互连线的控制方式需要并联逆变器之间进行信息交换和传递，控制复杂。无互连线的控制不需要并联逆变器之间进行信息交换并联结构简单可靠，当其中一台出现故障时对其他并联逆变器的并联运行没有影响。逆变器并联的常用的主要控制方式有以下几种：集中控制、主从控制、分散控制、下垂控制和基于虚拟同步发电机的并联控制。在无互连线并联系统中最常用的并联方式是下垂控制，它可以实现逆变器的“即插即用”的特点但是该方法存在稳态时并联逆变器的输出电压和频率的偏移的问题。虚拟同步发电机是参照同步发电机的二阶经典数学模型，模拟同步发电机阻抗大、惯性大、自同步等诸多优点，使逆变电源具有同步发电机的输出特性，满足微电网的运行要求。但是基于虚拟同步发电机并联时需要对励磁及机械转矩进行考虑。上述控制策略虽然能够实现对逆变器并联的稳定运行，但会使并联逆变器控制复杂和输出电压和频率出现偏差甚至导致系统可靠性降低。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种控制简单、运行安全、减少环流的基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法。为实现上述目的，采用了以下技术方案：本专利技术所述控制方法采用虚拟变压器环节进行逆变器并联控制，将有源功率变换部件等效为无源功率变换部件进行控制，虚拟变压器环节中包含有与真实变压器外特性和变压器并联特性相一致的物理表达式，虚拟变压器环节通过物理表达式生成逆变器的调制算法用以控制逆变器电力电子器件的开关动作；当并联逆变器工作在孤岛模式时选择PQ下垂控制获得并联逆变器的输出电压幅值和相位；当并联逆变器工作在并网模式时选择锁相环控制获得并联逆变器的输出电压幅值和相位；通过加入虚拟阻抗来控制并联逆变器的闭环输出阻抗使之与并联逆变器容量相匹配，完成对并联逆变器进行控制。进一步的，采用虚拟变压器环节的算法，产生并联逆变器控制所需的调制波，通过控制逆变器调制波的幅值、相位和频率，确定并联逆变器开关器件的驱动波形，以使各个并联逆变器的调制波的相位、幅值和频率一致，减小并联逆变器之间的环流。进一步的，采用虚拟变压器环节的算法，产生并联逆变器控制所需的载波，通过载波与调制波及逆变器输入输出物理量之间的函数关系，保持调制波不变，对载波的幅值、周期、和载波的上升度和下降度波形特征进行调节，对并联逆变器进行控制。进一步的，采用虚拟变压器环节的算法，产生并联逆变器控制所需的载波，通过载波与调制波及逆变器输入输出物理量之间的函数关系，使调制波和载波均进行幅值、周期、和波形的动态变化，对并联逆变器进行控制。进一步的，采用虚拟变压器控制，将真实的变压器并联时需要对各个变压器的容量按照短路阻抗标幺值成反比关系的特性，对应控制逆变器并联时通过加入虚拟阻抗控制并联逆变器的闭环输出阻抗以使并联逆变器按容量分配比例分担负载。进一步的，所述并联逆变器拓扑由多组逆变器系统依次级联组成，每组逆变器系统由直流电压源、三相逆变器、LC滤波器、线路阻抗、负载依次连接构成。进一步的，所述并联逆变器由逆变器A和逆变器B并联组成；所述逆变器A由直流电压源Vdc1、第一开关管Sa1、第二开关管Sa2、第三开关管Sa3、第四开关管Sa4、第五开关管Sa5、第六开关管Sa6、第一电感La1、第二电感Lb1、第三电感Lc1、第一电容Ca1、第二电容Cb1、第三电容Cc1、第一阻抗ZLa1、第二阻抗ZLb1、第三阻抗ZLc1、第一负载Ra、第二负载Rb、第三负载Rc组成；直流电压源Vdc1的正极分别与第一开关管Sa1、第三开关管Sa3、第五开关管Sa5的集电极相连，直流电压源Vdc1的负极分别与第二开关管Sa2、第四开关管Sa4、第六开关管Sa6的发射极相连；第一开关管Sa1的发射极与第二开关管Sa2的集电极相连后与第一电感La1的一端相连组成第一桥臂，第一电感La1的另一端分别与第一阻抗ZLa1的一端、第一电容Ca1的一端相连，第一阻抗ZLa1的另一端与第一负载Ra的一端相连，第一负载Ra的另一端分别与第二负载Rb、第三负载Rc相连，第一电容Ca1的另一端分别与第二电容Cb1、第三电容Cc1一端相连；第三开关管Sa3的发射极与第四开关管Sa4的集电极相连后与第二电感Lb1的一端相连组成第二桥臂，第二电感Lb1的另一端分别与第二阻抗ZLb1的一端、第二电容Cb1的一端相连，第二阻抗ZLb1的另一端与第二负载Rb的一端相连，第二负载Rb的另一端分别与第一负载Ra、第三负载Rc相连；第二电容Cb1的另一端分别与第一电容Ca1、第三电容Cc1一端相连；第五开关管Sa5的发射极与第六开关管Sa6的集电极相连后与第三电感Lc1的一端相连组成第三桥臂，第三电感Lc1的另一端分别与第三阻抗ZLc1的一端、第三电容Cc1的一端相连，第三阻抗ZLc1的另一端与第三负载Rc的一端相连，第三负载Rc的另一端分别与第一负载Ra、第二负载Rb相连；第三电容Cc1的另一端分别与第一电容Ca1、第二电容Cb1一端相连；所述逆变器B由直流电压源Vdc2、第一开关管Sb1、第二开关管Sb2、第三开关管Sb3、第四开关管Sb4、第五开关管Sb5、第六开关管Sb6、第一电感La2、第二电感Lb2、第三电感Lc2、第一电容Ca2、第二电容Cb2、第三电容Cc2、第一阻抗ZLa2、第二阻抗ZLb2、第三阻抗ZLc2组成；直流电压源Vdc2的正极分别与第一开关管Sb1、第三开关管Sb3、第五开关管Sb5的集电极相连，直流电压源Vdc2的负极分别与第二开关管Sb2、第四开关管Sb4、第六开关管Sb6的发射极相连；第一开关管Sb1的发射极与第二开关管Sb2的集电极相连后与第一电感La2的一端相连组成第一桥臂，第一电感La2的另一端分别与第一阻抗ZLa2的一端、第一电容Ca2的一端相连，第一阻抗ZLa2的另一端分别与第一负载Ra的一端、逆变器A中第一阻抗ZLa1的一端相连，第一电容Ca2的另一端分别与第二电容Cb2、第三电容Cc2一端相连；第三开关管Sb3的发射极与第四开关管Sb4的集电极相连后与第二电感Lb2的一端相连组成第二桥臂，第二电感Lb2的另一端分别与第二阻抗ZLb2的一端、第二电容Cb2的一端相连，第二阻抗ZLb2的另一端分别与逆变器A中的第二阻抗ZLb1一端、第二负载Rb一端相连；第二电容Cb2的另一端分别与第一电容Ca2、第三电容Cc2一端相连；第五开关管Sb5的发射极与第六开关管Sb6的集电极相连后与第三电感Lc2的一端相连组成第三桥臂，第三电感Lc2的另一端分别与第三阻抗ZLc2的一端、第三电容Cc2的一端相连，第三阻抗ZLc2的另一端分别与逆变器A中的第三阻抗ZLc1一端、第三负载Rc的一端相连；第三电容Cc2的另一端分别与第一电容Ca2、第二电容Cb2一端相连；逆变器A的第一桥臂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法，其特征在于：所述控制方法采用虚拟变压器环节进行逆变器并联控制，将有源功率变换部件等效为无源功率变换部件进行控制，虚拟变压器环节中包含有与真实变压器外特性和变压器并联特性相一致的物理表达式，虚拟变压器环节通过物理表达式生成逆变器的调制算法用以控制逆变器电力电子器件的开关动作；当并联逆变器工作在孤岛模式时选择PQ下垂控制获得并联逆变器的输出电压幅值和相位；当并联逆变器工作在并网模式时选择锁相环控制获得并联逆变器的输出电压幅值和相位；通过加入虚拟阻抗来控制并联逆变器的闭环输出阻抗使之与并联逆变器容量相匹配，完成对并联逆变器进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法，其特征在于：所述控制方法采用虚拟变压器环节进行逆变器并联控制，将有源功率变换部件等效为无源功率变换部件进行控制，虚拟变压器环节中包含有与真实变压器外特性和变压器并联特性相一致的物理表达式，虚拟变压器环节通过物理表达式生成逆变器的调制算法用以控制逆变器电力电子器件的开关动作；当并联逆变器工作在孤岛模式时选择PQ下垂控制获得并联逆变器的输出电压幅值和相位；当并联逆变器工作在并网模式时选择锁相环控制获得并联逆变器的输出电压幅值和相位；通过加入虚拟阻抗来控制并联逆变器的闭环输出阻抗使之与并联逆变器容量相匹配，完成对并联逆变器进行控制。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法，其特征在于：采用虚拟变压器环节的算法，产生并联逆变器控制所需的调制波，通过控制逆变器调制波的幅值、相位和频率，确定并联逆变器开关器件的驱动波形，以使各个并联逆变器的调制波的相位、幅值和频率一致，减小并联逆变器之间的环流。3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法，其特征在于：采用虚拟变压器环节的算法，产生并联逆变器控制所需的载波，通过载波与调制波及逆变器输入输出物理量之间的函数关系，保持调制波不变，对载波的幅值、周期、和载波的上升度和下降度波形特征进行调节，对并联逆变器进行控制。4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法，其特征在于：采用虚拟变压器环节的算法，产生并联逆变器控制所需的载波，通过载波与调制波及逆变器输入输出物理量之间的函数关系，使调制波和载波均进行幅值、周期、和波形的动态变化，对并联逆变器进行控制。5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法，其特征在于：采用虚拟变压器控制，将真实的变压器并联时需要对各个变压器的容量按照短路阻抗标幺值成反比关系的特性，对应控制逆变器并联时通过加入虚拟阻抗控制并联逆变器的闭环输出阻抗以使并联逆变器按容量分配比例分担负载。6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法，其特征在于：所述并联逆变器拓扑由多组逆变器系统依次级联组成，每组逆变器系统由直流电压源、三相逆变器、LC滤波器、线路阻抗、负载依次连接构成。7.根据权利要求6所述的一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法，其特征在于：所述并联逆变器由逆变器A和逆变器B并联组成；所述逆变器A由直流电压源Vdc1、第一开关管Sa1、第二开关管Sa2、第三开关管Sa3、第四开关管Sa4、第五开关管Sa5、第六开关管Sa6、第一电感La1、第二电感Lb1、第三电感Lc1、第一电容Ca1、第二电容Cb1、第三电容Cc1、第一阻抗ZLa1、第二阻抗ZLb1、第三阻抗ZLc1、第一负载Ra、第二负载Rb、第三负载Rc组成；直流电压源Vdc1的正极分别与第一开关管Sa1、第三开关管Sa3、第五开关管Sa5的集电极相连，直流电压源Vdc1的负极分别与第二开关管Sa2、第四开关管Sa4、第六开关管Sa6的发射极相连；第一开关管Sa1的发射极与第二开关管Sa2的集电极相连后与第一电感La1的一端相...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫朝阳，白鹤，赵丁选，刘爽，朱树山，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13