[发明专利]一种分频段输出阻抗塑造的并联逆变单元控制方法

说明书

本发明公开了一种分频段输出阻抗塑造的并联逆变单元控制方法，并联逆变单元采用LCL型输出滤波器，采样LCL型输出滤波器电容电压信号、逆变器侧电感电流信号和负载侧电感电流信号；采用电容电压外环和逆变器侧电感电流内环的双闭环控制方案，其中逆变器侧电感电流内环采用比例控制，电容电压外环采用并联的以基波和多个奇次谐波为中心频率的谐振控制器，并在各个谐振控制器的电压基准上引入负载侧电感电流前馈。本发明采用阻抗重塑思想对LCL型并联逆变单元进行分频段输出阻抗塑造，重塑LCL型滤波逆变单元的基波和谐波输出阻抗，使其在各频段内满足实际并联的阻抗特性需求，从而实现了良好的环流抑制和波形质量控制效果。

技术领域

本发明属于电力电子变换器控制技术领域，特别涉及了一种并联逆变单元控制方法。

背景技术

逆变器是将直流电变换为交流电的电能变换装置，在应急供电、不停电电源、变频电源、独立微电网及新能源并网发电等领域广泛应用。逆变电源并联技术可以实现二个或多个逆变单元并联运行，实现并联扩容、提高冗余性，得到了广泛的研究和应用。

逆变器并联技术的关键是实现并联逆变单元的有功和无功功率均分，避免并联逆变单元间的环流，包括基波环流、低次谐波环流和高次谐波环流，保证并联逆变系统的工作稳定性和输出电能质量。输出阻抗重塑和下垂控制等技术是无互连线逆变器并联控制的常用技术，但现有技术仍然存在一定的缺陷。由于逆变器的基波输出阻抗通常不是纯感抗，基于有功-频率、无功-电压的简单解耦下垂控制功率分配效果不理想，虽然在解耦控制策略中可以考虑线路电阻的影响，但改进的解耦下垂控制较复杂且效果也受限。阻抗重塑可以根据并联系统的性能要求将并联逆变单元输出阻抗塑造为期望的阻抗值，进而提高下垂控制性能，但传统的输出阻抗重塑只能重塑逆变器控制带宽内的阻抗，只能控制控制带宽内的环流，难以控制控制带宽外的环流，如开关频率次及其附近频率的谐波环流。

针对应急供电、不停电电源、变频电源及独立微电网等离网应用场合，借鉴并网应用领域广泛采用的LCL滤波并网逆变器，在离网并联系统中采用LCL滤波的逆变单元代替传统的LC滤波并联逆变单元，以增大逆变模块等效输出阻抗，尤其是高频处等效输出阻抗，可以更好地抑制高频环流，同时，LCL滤波逆变单元的负载侧电感也改变了逆变器等效输出阻抗角，便于采用简单解耦的下垂控制的实现。然而，如果采用滤波电容电压反馈控制，在离网运行时，基于LCL滤波的并联逆变单元的输出电压质量容易受到负载的影响，尤其是非线性负载产生的谐波电流在负载侧电感上会产生较大的谐波电压，使输出电压出现较大的谐波畸变，因此难以保证并联系统的输出电压质量。采用负载电压反馈控制方法可以让并联逆变系统的输出特性变硬，从而提高波形质量，但是这种控制方法使得输出阻抗很小，导致逆变器间因输出幅值、相位差异引起的环流难以抑制，而且全频段低阻抗的输出特性使这种并联系统难以实现解耦的下垂控制。因此常规控制方法下LCL型滤波逆变单元在环流抑制和电压波形控制两方面难以兼顾，使得离网应用场合难以使用LCL型滤波逆变单元。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种分频段输出阻抗塑造的并联逆变单元控制方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种分频段输出阻抗塑造的并联逆变单元控制方法，并联逆变单元采用LCL型输出滤波器，采样LCL型输出滤波器电容电压信号、逆变器侧电感电流信号和负载侧电感电流信号；采用电容电压外环和逆变器侧电感电流内环的双闭环控制方案，其中逆变器侧电感电流内环采用比例控制，电容电压外环采用并联的以基波和多个奇次谐波为中心频率的谐振控制器，并在各个谐振控制器的电压基准上引入负载侧电感电流前馈。

进一步地，所述谐振控制器的表达式如下：