一种电压源逆变器并联系统无功均分控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电压源逆变器并联系统无功均分控制系统及方法，系统包括三相逆变器主电路，三相电感电流采集模块，逆变器出口电压采集模块，用于计算逆变器输出的功率计算模块，负荷电压估计模块，电压‑无功功率下垂控制调节模块，频率‑有功功率下垂控制调节模块，虚拟转动惯量模块，积分调节模块，逆变器相位生成模块，电压参考信号生成模块，电流环参考信号生成模块，电流环调节模块，用于产生驱动功率开关控制信号的脉宽调制模块。本发明专利技术可有效改善因逆变器连接线路阻抗参数不一致时，逆变器并联系统内的各台逆变器无功功率不均分现象。

Reactive power sharing control system and method of voltage source inverter parallel system

The invention discloses a voltage source inverter parallel system reactive power sharing control system and method. The system includes the main circuit of the three-phase inverter, three-phase inductor current acquisition module, inverter output voltage acquisition module, calculation module is used to calculate the power inverter output voltage, load estimation module, control module voltage droop control reactive power, frequency active power droop control regulation module, virtual inertia module, integral control module, inverter phase generation module, voltage reference signal generation module, current loop reference signal generation module, control module for generating a current loop, a driving control signal power switch PWM module. The invention can effectively improve the uneven distribution of reactive power of each inverter in the parallel system of inverters due to the inconsistent impedance parameters of the connection line of the inverter.

【技术实现步骤摘要】
一种电压源逆变器并联系统无功均分控制系统及方法
本专利技术涉及一种电压源逆变器并联系统无功均分控制系统及方法，属于分布式发电与微电网
技术背景随着国民经济的快速发展，人们对电力的需求量越来越大，电网的规模以及远距离输送的电力容量均在不断增长。此时，集中式大电网成本高、运行难度大、可靠性低等缺陷将随着电网规模的扩大日渐凸显，越来越不能满足人们对电力供应的质量及用电安全性与可靠性的要求。近年来，由电网中单点故障引起的大规模停电事故频频发生，充分暴露出了大电网系统的脆弱性，供电可靠性问题已引起各国人员的高度重视。此外，集中式大电网发电系统不能跟踪电力负荷的变化，系统的灵活性相对较差。若为了短暂的峰荷建造发电厂，所需花费很大，经济效益很低。为了节省投资，提高发电系统的安全性与灵活性，分布式发电系统应运而生。分布式发电又被称为分散式发电或分布式供电，指的是通过直接布置在配电网或者分布在负荷附近的发电设施经济、高效、可靠地发电。分布式发电系统中各个发电设备相互独立，极大地提高了其安全可靠性，弥补了大电网稳定性的不足。并且，分布式发电系统建造和安装成本较低，相对于大电网而言输配电损耗也较低。同时，分布式发电系统调峰性能好，操作简单，是大电网的有力补充和有效支撑。并且随着太阳能、风能、潮汐能等新能源的大力发展，分布式发电系统得到了极大的应用。因而，分布式发电系统将在现在及未来一段时间内在国民用电中都处于至关重要的位置。随着分布式发电的快速发展，对容量、性能、可扩展性等要求越来越高。逆变电源作为分布式发电系统中的核心发电设备，其由集中供电向分布式并联供电发展成为必然趋势，同时逆变器并联技术是分布式发电系统实现高可靠性、高冗余性、高容量和高可扩展性的基础，也是分布式发电系统稳定运行的关键所在。然而，当多台逆变器并联向负载供电时，若各台逆变器连接线路阻抗不一致，基于传统下垂控制策略下的分布式并联方案难以实现并联系统内的各台逆变器均分负载无功功率，严重时将会造成各台电压源逆变器显著不均流，整个并联系统无法正常工作，从而危害逆变器并联系统可靠性。因此，研究电压源逆变器并联无功功率均分控制技术对于实现大功率电源系统，提高其稳定性和可靠性具有重要的理论意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种电压源逆变器并联系统无功均分控制系统及方法，实现当各台逆变器并联连接线路阻抗不同时，多台逆变器并联系统能尽可能实现无功功率平均分配，确保逆变器并联系统安全可靠运行。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种电压源逆变器并联系统无功均分控制系统，包括若干并联的三相逆变器主电路，每个三相逆变器主电路均配置1个逆变器三相电感电流采集模块用于采集逆变器的三相电感电流，1个逆变器出口电压采集模块用于采集逆变器的三相电压，1个功率计算模块用于计算逆变器的输出有功功率和无功功率，1个负荷电压估计模块用于计算逆变器并联公共点的负荷电压估计值，1个逆变器输出电压-无功功率下垂控制调节模块用于计算无功功率下垂给定值，1个逆变器输出频率-有功功率下垂控制调节模块用于计算有功功率下垂给定值，1个虚拟转动惯量模块用于计算电压参考信号角频率，1个积分调节模块用于计算电压参考信号幅值信息，1个逆变器相位生成模块用于计算电压参考信号相位，1个电压参考信号生成模块用于生成电压参考信号，1个电流环参考信号生成模块用于生成电流参考信号，1个电流环调节模块用于生成逆变器调制信号，1个用于产生驱动功率开关控制信号的脉宽调制模块用于生成控制逆变器功率开关的控制信号；所述三相逆变器主电路包含输入电源和负荷；所述逆变器三相电感电流采集模块通过电流传感器串入电感支路，所述逆变器出口电压采集模块通过电压传感器并联在所需测量端口，逆变器三相电感电流采集模块和逆变器出口电压采集模块的输出端均连接功率计算模块和负荷电压估计模块，所述负荷电压估计模块的输出端接入电压-无功功率下垂控制调节模块的输入端，所述电压-无功功率下垂控制调节模块的输出端接入积分调节模块的输入端，所述积分调节模块的输出端接入电压参考信号生成模块的输入端，所述电压参考信号生成模块的输出端接入电流环参考信号生成模块的输入端，所述电流环参考信号生成模块的输出端接入电流环调节模块的输入端，所述电流环调节模块的输出端接入脉宽调制模块，所述频率-有功功率下垂控制调节模块的输出端接入虚拟转动惯量模块的输入端，所述虚拟转动惯量模块的输出端接入逆变器相位生成模块的输入端，所述逆变器相位生成模块的输出端接入频率-有功功率下垂控制调节模块的输入端。电压源逆变器并联系统无功均分控制系统的控制方法，包括以下步骤：1)通过逆变器三相电感电流采集模块和逆变器出口电压采集模块所采集的逆变器的三相电感电流iABC和三相电压uoABC送入功率计算模块，计算获得相应的逆变器输出有功功率po和无功功率qo，同时将三相电感电流iABC和三相电压uoABC送入负荷电压估计模块计算逆变器并联公共点的负荷电压估计值2)将负荷电压估计值以及电压额定幅值Vn送入输出电压-无功功率下垂控制调节模块得到无功功率下垂给定值Qd；3)将电压额定角频率ωn和虚拟转动惯量模块输出的电压参考信号角频率ωo送入频率-有功功率下垂控制调节模块获得有功功率下垂给定值Pd；4)将无功功率下垂给定值Qd与无功功率给定值Qref以及逆变器输出无功功率qo一同送入积分调节模块生成电压参考信号幅值信息Vref；5)将有功功率下垂给定值Pd与有功功率给定值Pref以及逆变器输出有功功率po一同送入虚拟转动惯量模块生成电压参考信号角频率ωo；6)将电压参考信号角频率ωo送入逆变器相位生成模块产生电压参考信号相位θo；7)将该电压参考信号相位θo与电压参考信号幅值信息Vref一同送入电压参考信号生成模块获得电压参考信号vrefABC；8)将电压参考信号vrefABC与三相电压uoABC一同送入电流环参考信号生成模块产生电流参考信号irefABC；9)将电流参考信号irefABC与三相电感电流iABC一同送入电流环调节模块产生最终的逆变器调制信号vmABC；10)将逆变器调制信号vmABC与载波信号vc一同送入脉宽调制模块产生控制逆变器功率开关的控制信号d。前述的负荷电压估计模块计算逆变器并联公共点的负荷电压估计值的方法为，利用dq变换模块分别将逆变器三相电压uoABC和三相电感电流iABC变换为相应的dq分量，即逆变器三相电压的d轴分量uod、q轴分量uoq以及三相电感电流的d轴分量id、q轴分量iq，负荷电压估计值可据此表示为：其中，Rline和Lline分别为此台逆变器的虚拟线路电阻和电感，ωn为电压额定角频率。前述的电压-无功功率下垂控制调节模块计算无功功率下垂给定值Qd的计算式如下：其中，kv为电压-无功下垂系数。前述的频率-有功功率下垂控制调节模块计算有功功率下垂给定值Pd的计算式如下：Pd＝(ωn-ωo)·kf(3)其中，kf为频率-有功下垂系数。前述的虚拟转动惯量模块生成电压参考信号角频率ωo表达式如下：其中，J为虚拟转动惯量，s表示复频域因子。前述的积分调节模块生成电压参考信号幅值信息Vref的计算式如下：其中，K为积分系数。前述的逆变器相位生成模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源逆变器并联系统无功均分控制系统，其特征在于，包括若干并联的三相逆变器主电路，每个三相逆变器主电路均配置1个逆变器三相电感电流采集模块用于采集逆变器的三相电感电流，1个逆变器出口电压采集模块用于采集逆变器的三相电压，1个功率计算模块用于计算逆变器的输出有功功率和无功功率，1个负荷电压估计模块用于计算逆变器并联公共点的负荷电压估计值，1个逆变器输出电压‑无功功率下垂控制调节模块用于计算无功功率下垂给定值，1个逆变器输出频率‑有功功率下垂控制调节模块用于计算有功功率下垂给定值，1个虚拟转动惯量模块用于计算电压参考信号角频率，1个积分调节模块用于计算电压参考信号幅值信息，1个逆变器相位生成模块用于计算电压参考信号相位，1个电压参考信号生成模块用于生成电压参考信号，1个电流环参考信号生成模块用于生成电流参考信号，1个电流环调节模块用于生成逆变器调制信号，1个用于产生驱动功率开关控制信号的脉宽调制模块用于生成控制逆变器功率开关的控制信号；所述三相逆变器主电路包含输入电源和负荷；所述逆变器三相电感电流采集模块通过电流传感器串入电感支路，所述逆变器出口电压采集模块通过电压传感器并联在所需测量端口，逆变器三相电感电流采集模块和逆变器出口电压采集模块的输出端均连接功率计算模块和负荷电压估计模块，所述负荷电压估计模块的输出端接入电压‑无功功率下垂控制调节模块的输入端，所述电压‑无功功率下垂控制调节模块的输出端接入积分调节模块的输入端，所述积分调节模块的输出端接入电压参考信号生成模块的输入端，所述电压参考信号生成模块的输出端接入电流环参考信号生成模块的输入端，所述电流环参考信号生成模块的输出端接入电流环调节模块的输入端，所述电流环调节模块的输出端接入脉宽调制模块，所述频率‑有功功率下垂控制调节模块的输出端接入虚拟转动惯量模块的输入端，所述虚拟转动惯量模块的输出端接入逆变器相位生成模块的输入端，所述逆变器相位生成模块的输出端接入频率‑有功功率下垂控制调节模块的输入端。...

【技术特征摘要】
1.一种电压源逆变器并联系统无功均分控制系统，其特征在于，包括若干并联的三相逆变器主电路，每个三相逆变器主电路均配置1个逆变器三相电感电流采集模块用于采集逆变器的三相电感电流，1个逆变器出口电压采集模块用于采集逆变器的三相电压，1个功率计算模块用于计算逆变器的输出有功功率和无功功率，1个负荷电压估计模块用于计算逆变器并联公共点的负荷电压估计值，1个逆变器输出电压-无功功率下垂控制调节模块用于计算无功功率下垂给定值，1个逆变器输出频率-有功功率下垂控制调节模块用于计算有功功率下垂给定值，1个虚拟转动惯量模块用于计算电压参考信号角频率，1个积分调节模块用于计算电压参考信号幅值信息，1个逆变器相位生成模块用于计算电压参考信号相位，1个电压参考信号生成模块用于生成电压参考信号，1个电流环参考信号生成模块用于生成电流参考信号，1个电流环调节模块用于生成逆变器调制信号，1个用于产生驱动功率开关控制信号的脉宽调制模块用于生成控制逆变器功率开关的控制信号；所述三相逆变器主电路包含输入电源和负荷；所述逆变器三相电感电流采集模块通过电流传感器串入电感支路，所述逆变器出口电压采集模块通过电压传感器并联在所需测量端口，逆变器三相电感电流采集模块和逆变器出口电压采集模块的输出端均连接功率计算模块和负荷电压估计模块，所述负荷电压估计模块的输出端接入电压-无功功率下垂控制调节模块的输入端，所述电压-无功功率下垂控制调节模块的输出端接入积分调节模块的输入端，所述积分调节模块的输出端接入电压参考信号生成模块的输入端，所述电压参考信号生成模块的输出端接入电流环参考信号生成模块的输入端，所述电流环参考信号生成模块的输出端接入电流环调节模块的输入端，所述电流环调节模块的输出端接入脉宽调制模块，所述频率-有功功率下垂控制调节模块的输出端接入虚拟转动惯量模块的输入端，所述虚拟转动惯量模块的输出端接入逆变器相位生成模块的输入端，所述逆变器相位生成模块的输出端接入频率-有功功率下垂控制调节模块的输入端。2.基于权利要求1所述的电压源逆变器并联系统无功均分控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过逆变器三相电感电流采集模块和逆变器出口电压采集模块所采集的逆变器的三相电感电流iABC和三相电压uoABC送入功率计算模块，计算获得相应的逆变器输出有功功率po和无功功率qo，同时将三相电感电流iABC和三相电压uoABC送入负荷电压估计模块计算逆变器并联公共点的负荷电压估计值2)将负荷电压估计值以及电压额定幅值Vn送入输出电压-无功功率下垂控制调节模块得到无功功率下垂给定值Qd；3)将电压额定角频率ωn和虚拟转动惯量模块输出的电压参考信号角频率ωo送入频率-有功功率下垂控制调节模块获得有功功率下垂给定值Pd；4)将无功功率下垂给定值Qd与无功功率给定值Qref以及逆变器输出无功功率qo一同送入积分调节模块生成电压参考信号幅值信息Vref；5)将有功功率下垂给定值Pd与有功功率给定值Pref以及逆变器输出有功功率po一同送入虚拟转动惯量模块生成电压参考信号角频率ωo；6)将电压参考信号角频率ωo送入逆变器相位生成模块产生电压参考信号相位θo；7)将该电压参考信号相位θo与电压参考信号幅值信息Vref一同送入电压参考信号生成模块获得电压参考信号vrefABC；8)将电压参考信号vrefABC与三相电压uoA...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈茜，韦徵，姬秋华，王彤，宋飞，王俊辉，俞普德，孙海洋，吕振华，李强，袁晓冬，柳丹，韩华春，黄地，
申请(专利权)人：南京南瑞太阳能科技有限公司，南京南瑞集团公司，国网江苏省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32