[发明专利]一种分布式电源逆变器的多环反馈控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式电源逆变器，尤其涉及一种分布式电源逆变器的多环反馈控制方法。

背景技术

近几年，功率在100kW 左右的分布式电源获得了很好的应用。这些分布式电源主要包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏发电装置和风力发电机等。分布式电源和储能设备（蓄电池、高速飞轮等）一起可组合成微型电网（简称微网）向关键负荷高质量地不间断供电。微网内的分布式电源一般需要通过控制灵活的电力电子装置连接到电网。例如一种常见的选择是利用电压源逆变器将分布式电源并入常规电网。微网存在两种典型的运行模式，正常情况下微网与常规电网并网运行，称为联网模式；当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微网将及时与电网断开运行于孤岛模式。微网控制器需要根据实际运行条件的变化实现两种模式之间的平滑切换。

无论是并网运行模式还是孤岛运行模式，都需要对微网中的各个分布式电源进行有效控制，以维持电压和频率在允许的变化范围之内。尤其在孤岛运行模式下，由于分布式电源不再利用并联运行的常规电网获得电压和频率参考，此时的控制将更加复杂。对微网中分布式电源的控制可以采取两种策略：①主从控制策略。②分散控制策略。

发明内容

为了克服分布式电源逆变器控制中存在的难题，本发明提出一种分布式电源逆变器的多环反馈控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明分析了逆变器输出阻抗受控制器参数的影响，在此基础上将电压—无功功率和频率—有功功率的下垂特性应用于微网中并行的分布式电源，并进行了多环反馈控制器设计。

一种分布式电源逆变器的多环反馈控制方法，包括滤波器、电压电流环控制器、功率环控制器三个部分。

所述滤波器采用LC滤波器，抑制SPWM调制逆变器的输出电压会在开关频率处产生谐波。

所述电压电流环控制器外环为电压环，内环为电流环，能够稳定负载电压、提高系统的动态响应。

所述功率环控制器采用频率控制代替相角控制，且功率控制器的输出为内环三相参考电压。

本发明的有益效果是：本发明利用下垂特性设计了多环反馈控制器，使微网内并行的分布式电源之间不需要通信连接就能很好地运行。微网在联网模式运行时能使其自动与电网同频率运行且输出高质量电能；孤岛运行模式时微网中的并行分布式电源负荷功率共享，同时保证了负荷电压和频率的稳定且控制器可以使微网在两种运行模式间平滑切换，切换时整个系统运行性能良好。该多环反馈控制器设计简单，实用有效，易于实施。

附图说明

图1 微网结构。

图2 多环控制示意图。

图3 电压电流双环控制系统结构。

具体实施方式

在微网中，分布式电源一般需要配备储能装置以高质量地向负荷供电。当分布式电源需要通过逆变器与常规配电系统相连时，若电源和储能装置的容量足够大，则图1中每一条分支可用图2的等效电路进行控制特性研究。

图2 中，由电压源逆变器组成的逆变电路采用SPWM 调制。设i=a, b, c, 、、是三相滤波电感、滤波电容和阻抗，是三相负载阻抗，经过线路接到配电馈线，线路电阻和电感为、。逆变器输出电流为，滤波电容电流为，负载电流为，流向馈线的电流为，逆变器输出电压为，负载电压为（即滤波电容电压），馈线电压为，表示可控正弦调制信号。

控制器的结构示意图如图2下点划线框所示，功率测量模块利用传感器采集的负荷点电压和逆变器输出电流计算分布式电源输出瞬时功率，经低通滤波装置得到平均功率与参考功率比较，经功率控制器得到内环参考电压的幅值和相角，通过矢量变换得到作为内电压环负载电压的参考值。内部电压电流环分别采用负载电压和滤波电容电流作为被控量，电压环采用PI 控制器，PI 控制模块的输出为电流环参考电流。再经电流环比例控制模块后得到可控正弦调制信号，然后将其输入到PWM 调制模块，控制逆变器的输出电压。

图3中，电流环以为输入，为输出，电压环以为输入，为输出。

由于频率信号便于测量，所以这里采用频率控制代替相角控制。控制环中的输入功率为分布式电源的输出功率。其中，分布式电源输出的有功P 和无功Q 必须满足和两个条件，功率控制器的输出为内环三相参考电压。无论微网是处于并网还是孤岛运行模式，分布式电源都可以通过改变其自身频率和电压来增加或减小相应的功率输出，使并行的分布式电源之间能够实现功率共享。假设微网孤岛模式下运行时，分布式电源能够为负荷提供足够有功功率，即分布式电源的有功输出小于。