实现并联逆变器无功均分的虚拟感抗调节器制造技术

实现并联逆变器无功均分的虚拟感抗调节器。虚拟感抗调节器由减法器、积分器和加法器三部分组成。减法器的输入为逆变器输出的无功功率和该逆变器应输出的额定无功功率，输出无功功率绝对误差；积分器的输入为无功功率绝对误差，输出虚拟感抗的自适应部分；加法器的输入为积分器的输出以及基准虚拟感抗，输出虚拟感抗。虚拟感抗调节器安装在逆变器的本地控制器中,本地控制器与中心控制器通过低带宽通信线实现互联。本实用新型专利技术在低压微网的各个逆变器中引入虚拟感抗并加装虚拟感抗调节器,采用无功功率调节虚拟感抗的大小，不需测量线路阻抗参数达到线路阻抗匹配，实现无功功率均衡控制，各逆变器间无需额外的通信线，保留了微网逆变器的即插即用特性。

Virtual Inductance Reactance Regulator for Reactive Power Equalization of Parallel Inverters

Virtual inductance regulator for reactive power equalization of parallel inverters is realized. The virtual inductance regulator consists of subtractor, integrator and adder. The input of the subtractor is the reactive power of the inverter and the rated reactive power that the inverter should output, and the absolute error of the output reactive power; the input of the integrator is the absolute error of the reactive power and the adaptive part of the output virtual inductance; the input of the adder is the output of the integrator and the reference virtual inductance, and the output virtual inductance. The virtual inductance regulator is installed in the local controller of the inverter. The local controller and the central controller are interconnected through a low bandwidth communication line. The utility model introduces virtual inductance and installs virtual inductance regulator in each inverter of low voltage micro-grid, adjusts the virtual inductance by reactive power, achieves line impedance matching without measuring line impedance parameters, realizes reactive power balancing control, and does not need additional communication lines among inverters, thus retaining the plug-and-play characteristics of micro-grid inverters.

【技术实现步骤摘要】
实现并联逆变器无功均分的虚拟感抗调节器(一)
本技术属微电网技术范畴，涉及低压微电网孤岛下逆变器并联运行时无功功率均衡的分配，具体是一种实现并联逆变器无功均分的虚拟感抗调节器。(二)
技术介绍
近年来，大量可再生能源以分布式电源的形式被接入到电网中，微网增大了分布式电源的渗透率、增加了新能源供电的可靠性从而备受关注。微电网孤岛运行过程中，没有大电网提供电压和频率的基准，由并联逆变器为整个电网提供电压和频率，因此，逆变器在很大程度上影响着微电网的电能质量。传统下垂控制通过调整逆变器输出电压的幅值和频率均分负荷功率，是微网稳定运行于孤岛模式时的关键技术，具有即插即用的优点。传统下垂控制认为逆变器等效线路阻抗呈感性，然而在实际微网中，通常采用低压传输线，等效线路阻抗主要呈阻性，若依旧采用传统的下垂控制将引起严重的功率耦合，将降低系统的运行效率。采用虚拟阻抗法可以实现功率解耦，使传统下垂控制依旧适用。而线路阻抗往往存在不匹配的情况，导致逆变器输出电压差的出现，而很小的电压差就将造成较大的无功功率均分误差，引起系统无功环流，这将增大系统损耗、降低电能质量。国内外许多学者提出了改进方法：通过将逆变器输出阻抗设计为阻性，以降低功率耦合，这种方法需要有效值环补偿因缺少积分项造成的过增益现象，这将增加系统的复杂性，不适用于实际应用中；采用虚拟阻抗技术使逆变器输出阻抗与额定容量相匹配，可以降低无功功率均分误差，这种方法需要检测线路阻抗参数，这将是个非常麻烦且不具操作性的问题；通过检测线路阻抗造成的电压降落，将其补偿到功率控制策略中以实现无功功率均分，这种方法在孤岛运行前必须在并网时获取补偿参数，存在局限性。由于在微电网中通常采用低压传输线，并联的逆变器等效线路阻抗主要呈阻性，若依旧采用传统的下垂控制将引起严重的功率耦合，从而降低系统的运行效率。实现无功功率均分的条件是等效线路阻抗与逆变器额定输出功率相匹配，然而线路阻抗往往出现不匹配的情况，难以满足无功功率实现均分的条件，这将产生并联逆变器的输出电压差，导致无法精确分配无功功率。通过加装虚拟感抗调节器于本地控制器中，采用基准虚拟感抗及无功功率共同生成一个合适的虚拟感抗，用于实现功率解耦及消除线路阻抗差异，减小逆变器输出电压差，从而实现无功功率均衡分配。(三)
技术实现思路
基于现有技术中存在的不足，本技术的目的是针对低压微网中线路阻抗呈阻性及存在线路阻抗差，导致功率严重耦合、无功功率均分误差较大的问题，提供一种能够实现并联逆变器无功均分的虚拟感抗调节器，该虚拟感抗调节器能够在保留下垂控制优点的同时使无功功率按照下垂系数精确分配，保证了微网孤岛运行时的稳定性，且无需检测线路阻抗参数，结构简单、容易实现。本技术的目的是这样达到的：虚拟感抗调节器安装在低压微网逆变器并联电路的每一个逆变器的本地控制器中，本地控制器通过低带宽通信线与微网中心控制器实现互联。本地控制器采集其连接着的逆变器的输出电压uo以及输出电流io，经过功率计算得到无功功率Q，并将其通过低带宽通信线传输给中心控制器。微网中心控制器将采集到的总无功功率Qtotal发送给本地控制器，本地控制器将接收到的总无功功率Qtotal用于计算逆变器应输出的额定无功功率Q*。虚拟感抗调节器由减法器、积分器和加法器三部分组成。所述减法器由电阻R1～R4及运算放大器A1构成，其输入为逆变器输出的无功功率Q和该逆变器应输出的额定无功功率Q*，输出为无功功率差值(Q-Q*)；所述积分器由电阻R5、电容C及运算放大器A2构成，其输入为无功功率差值(Q-Q*)，输出为虚拟感抗的自适应部分m是积分器系数；所述加法器由电阻R6～R9及运算放大器A3构成，其输入为基准虚拟感抗X*及积分器的输出部分，输出为虚拟感抗Xv。加法器输出的虚拟感抗Xv的表达式为：式中，s为拉氏变换复变量算子；基准虚拟感抗X*，保证逆变器等效线路阻抗呈感性，实现功率解耦。所述逆变器应输出的额定无功功率Q*的具体表达式为：式中，kqe_i、kqe_j分别为第i台和第j台逆变器的无功功率-电压幅值下垂系数，Qi*表示第i台逆变器应输出的额定无功功率。本技术的积极效果是：(1)通过加装虚拟感抗调节器，采用无功功率调节虚拟感抗，能够不测量线路阻抗参数就使得线路阻抗相匹配，实现无功功率精确分配，提高了电能质量。(2)本技术中的中心控制器只与各个逆变器实现互联，而各个逆变器之间无需通信线连接，保留了逆变器即插即用的特性。(3)本技术能够应对负荷突变的情况，在负荷功率变化较大时，依旧能够均分负荷功率，使逆变器输出电压的幅值和频率都维持在额定状态，增加了供电的可靠性。(四)附图说明图1为现有的两个逆变器并联电路结构图。图2为功率计算及下垂控制框图。图3为引入基准虚拟感抗后的输出电压示意图。图4为引入基准虚拟感抗后的逆变器等效输出阻抗伯德图。图5为本技术的虚拟感抗调节器的电路图。图6为本技术的本地控制器的整体结构框图，虚拟感抗调节器安装在本地控制器里。图7-a为采用传统下垂控制方法时有功功率仿真结果图。图7-b为采用传统下垂控制方法时无功功率仿真结果图。图7-c为采用传统下垂控制方法时输出电压仿真结果图。图8-a为采用本技术控制方法时有功功率仿真结果图。图8-b为采用本技术控制方法时无功功率仿真结果图。图8-c为采用本技术控制方法时输出电压仿真结果图。图中，1：本地控制器1，2：本地控制器2，3：公共母线，4：通信线，5：中心控制器，6：功率计算模块，7：下垂控制模块，8：虚拟感抗调节器，9：参考电压补偿值计算模块，10：电压、电流双环控制模块，11：PWM驱动模块，S1-S6：逆变器开关管，A：引入基准虚拟感抗前曲线，B：引入基准虚拟感抗后曲线。(五)具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。图1为现有的两个逆变器并联电路结构图，Vdc为分布式电源发出的直流电，s1-s6为逆变器开关管，Lf、Cf分别为滤波电感和滤波电容，iLi为第i个逆变器的电感电流，、ioi为第i个逆变器的输出电流、uoi为第i个逆变器的输出电流电压，Zlinei为第i个逆变器的线路阻抗，逆变器经过线路阻抗连接到公共母线上，该母线上还连接着负荷Zload。本地控制器采集iLi、uoi、ioi并与中心控制器通过低带宽通信线交互信息。图2为本地控制器中的功率计算模块及下垂控制模块。将本地控制器采集到的逆变器输出电压uo移相90°后，与逆变器输出电流io相乘得到瞬时有功功率p，逆变器输出电压uo与逆变器输出电流io相乘得到瞬时无功功率q，瞬时有功功率p、瞬时无功功率q分别经过低通滤波器得到平均有功功率P和平均无功功率Q，图4中示出的低通滤波器为频域下的表达式，其中T为滤波器时间常数，s为拉式变换复变量；P、Q经过下垂控制方程得到ω和Udroop。图3为引入基准虚拟电感Lv*后，本地控制器中电压、电流双环控制模块的控制框图，所述虚拟电感Lv*与虚拟感抗X*之间差一个拉普拉斯算子，即sLv*＝X*；G(s)和Zo(s)分别为引入基准虚拟感抗前的输出电压增益和逆变器的等效输出阻抗；T0是低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现并联逆变器无功均分的虚拟感抗调节器，其特征在于：虚拟感抗调节器(9)安装在低压微网逆变器并联电路的每一个逆变器的本地控制器中，本地控制器通过低带宽通信线(4)与微网中心控制器(5)实现互联；微网中心控制器将采集到的总无功功率Qtotal发送给本地控制器，本地控制器将接收到的总无功功率Qtotal用于计算逆变器应输出的额定无功功率Q

【技术特征摘要】
1.一种实现并联逆变器无功均分的虚拟感抗调节器，其特征在于：虚拟感抗调节器(9)安装在低压微网逆变器并联电路的每一个逆变器的本地控制器中，本地控制器通过低带宽通信线(4)与微网中心控制器(5)实现互联；微网中心控制器将采集到的总无功功率Qtotal发送给本地控制器，本地控制器将接收到的总无功功率Qtotal用于计算逆变器应输出的额定无功功率Q*；虚拟感抗调节器(9)由减法器、积分器和加法器三部分组成；所述减法器由电阻(R1～R4)及运算放大器A1构成，其输入为逆变器输出的无功功率Q和该逆变器应输出的额定无功功率Q*，输出为无功功率差值(Q-Q*)；所述积分器由电阻R5、电容C及运算放大器A2构成，其输入为无功功率差值(Q-Q*)，输出为虚拟感抗的自适应部分m是积分器系数；所述加法器由电阻(R6～R9)及运算放大器A...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗虹，白小丹，曾成碧，白兴勇，刘明，陈博，焦恒新，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：四川,51