[发明专利]一种基于九开关管逆变器的多功能分布式电源并网装置

说明书

本发明公开了一种基于九开关管逆变器的多功能分布式电源并网装置，当电网正常运行时，将NSI的一个输出端口经由并网变压器接入配电网，将微源产生的电能逆变成符合并网条件的交流电，并维持变流器直流母线电压稳定；将NSI的另一个输出端口通过并联形式接入电网，在电流环中加入谐波电流补偿值，用于改善电网电能质量。当电网故障时，利用NSI所提供的两个输出端口之间的协调配合，实现分布式电源的低电压穿越。相比于背靠背型的逆变器结构，本发明不仅可以节省三个开关管，降低系统成本，还可以同时对配电网电能质量问题进行补偿，实现分布式电源在配网故障状态下的LVRT，提高分布式电源接入后电网运行的安全稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于九开关管逆变器(NSI)的多功能分布式电源并网装置的配置方案，适用于分布式电源的并网控制，为补偿大量非线性和冲击负载接入后造成的公用电网谐波污染问题，实现分布式电源逆变器在电网故障状态下的低电压穿越，基于九开关管逆变器的拓扑结构，而设计的一种新型分布式电源并网逆变装置，属于分布式发电技术领域。

背景技术

随着地球传统化石能源的枯竭，可再生能源成为全球新的研究热点。其中光伏、风电产业发展迅速，技术相对成熟，已实现了规模化商业开发。在电网电压跌落时，分布式电源的直流侧可能出现过电压、过电流等一系列暂态过程，进而损坏分布式电源并网变流器中的电力电子设备。新的分布式电源并网导则要求风机、光伏等发电机组必须具备一定的低电压穿越能力。

与此同时，随着利用电力电子装置的非线性负荷和分布式发电系统大量接入配电网，使得电网电流的谐波含量骤增，上述谐波污染使公用电网的谐波污染日趋严重。较大的谐波电流将直接威胁到配电网的运行安全。在现有技术手段中，电力有源滤波(APF)技术是治理电网谐波污染的主要手段之一，在电网，尤其是配电和用电领域的应用越来越广泛。

为解决分布式电源接入时的低电压穿越问题，国内外学者提出了众多分布式电源低电压穿越方案，总结起来可分为以下3类：(1)在直流环节加装卸荷电阻，通过卸荷电阻消耗多余的有功功率，可将直流母线电压的波动范围限制在10％的额定范围内，但系统效率较低，散热设计困难；(2)通过机侧变流器控制直流母线电压，将不能释放的能量存储在机组传动链中，由于发电机转速不受控，会对系统安全运行带来风险；(3)采用储能装置将多余的能量存储起来，虽然可实现功率平滑，但会增加系统成本。本发明依据德国E.ON标准规定，通过两个网侧变流器端口向并网点注入无功功率来实现分布式电源的低电压穿越。

现有的电能质量问题表现为谐波污染和无功缺额，传统可供选择的治理方法主要分为以无源电力滤波器、并联补偿电容器为代表的无源设备，以及以有源滤波器和静止无功补偿器为代表的有源设备。其中无源设备具有结构原理简单、运行可靠性高、维护费用低等优点，但亦有与电网参数发生谐振的潜在危险，且当系统以小方式运行时，容易造成无功过补偿，增加系统损耗，威胁电网运行安全。而有源设备因具有运行方式灵活、扩展性强、调节速度快等优点，正逐步取代无源设备成为中、低压配电网中电能质量治理装置发展的主流。

发明内容

发明目的：为了解决分布式电源并网点谐波和无功等电能质量问题的治理、分布式电源低电压穿越控制的问题，本发明设计了一种基于九开关管逆变器(NSI)的多功能分布式电源并网装置的配置方案。利用九开关管逆变器所提供的两组输出端口，分别构成分布式电源并网逆变器的网侧主、辅变流器端口，在电网正常运行时，实现分布式电源并网馈能的同时进行谐波抑制和无功补偿，以改善电网电能质量；在电网故障发生电压跌落时，通过NSI两个输出端口间的协调控制来满足低电压穿越的要求，从而在同一套并网装置内把分布式电源并网控制、无功和谐波电流补偿、低电压穿越功能结合在一起，减小系统投资成本，提高分布式电源的稳定性和电网电能质量。

技术方案：