[发明专利]一种基于虚拟变压器的逆变器并联控制方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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：本发明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V_dc1、第一开关管S_a1、第二开关管S_a2、第三开关管S_a3、第四开关管S_a4、第五开关管S_a5、第六开关管S_a6、第一电感L_a1、第二电感L_b1、第三电感L_c1、第一电容C_a1、第二电容C_b1、第三电容C_c1、第一阻抗Z_La1、第二阻抗Z_Lb1、第三阻抗Z_Lc1、第一负载R_a、第二负载R_b、第三负载R_c组成；