微電網(wǎng)多逆變器控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、微電網(wǎng)是在新能源分布式發(fā)電基礎(chǔ)上新興的前沿技術(shù)，與大電網(wǎng)互為支撐，是提高分布式發(fā)電供能效益的有效方式。微電網(wǎng)具有并網(wǎng)和離網(wǎng)（孤島）兩種運(yùn)行模式。在并網(wǎng)工作模式下，微電網(wǎng)與中低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，互為支撐，實(shí)現(xiàn)能量的雙向交換。在外部電網(wǎng)故障或計(jì)劃孤島情況下，微電網(wǎng)可轉(zhuǎn)為離網(wǎng)運(yùn)行模式為微電網(wǎng)內(nèi)部重要負(fù)荷供電。由于光伏、風(fēng)力、燃料電池等分布式微源和儲(chǔ)能裝置大多通過(guò)逆變器在公共連接點(diǎn)并聯(lián)接入微電網(wǎng)，因此，微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)普遍存在。但由于逆變器的

2、輸出阻抗差異、連接阻抗不同、負(fù)載的非線性、控制方式不同以及微電網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的多元化，在微電網(wǎng)逆變器并網(wǎng)控制、多逆變器并聯(lián)控制和微電網(wǎng)電能質(zhì)量主動(dòng)控制等方面仍存在諸多技術(shù)難題，亟待突破。
　　本文在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)及電能質(zhì)量控制方法研究”、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（973計(jì)劃）“分布式發(fā)電供能系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)研究”等資助下，在并網(wǎng)運(yùn)行模式下微電網(wǎng)逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)、孤島模式下微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)環(huán)流分析與均流

3、控制技術(shù)、微電網(wǎng)逆變器的電能質(zhì)量主動(dòng)控制技術(shù)方面開(kāi)展研究，解決了微電網(wǎng)中逆變器并網(wǎng)與多逆變器并聯(lián)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)難題，為微電網(wǎng)示范與推廣提供理論依據(jù)與實(shí)踐指導(dǎo)。主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1、在光伏并網(wǎng)控制中，延時(shí)和濾波電感量變化會(huì)影響系統(tǒng)響應(yīng)速度、穩(wěn)定性及并網(wǎng)電流畸變率。對(duì)此，本文提出一種功率前饋的魯棒預(yù)測(cè)無(wú)差拍并網(wǎng)控制方法。通過(guò)引入功率前饋控制加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。魯棒預(yù)測(cè)無(wú)差拍控制方法被提出用于并網(wǎng)電流控制，以增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，降低

4、因控制延時(shí)和電感量偏差對(duì)并網(wǎng)電流造成的畸變。分析了帶延遲環(huán)節(jié)的z域無(wú)差拍控制模型，并討論了延時(shí)和電感量取值對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。給出了魯棒預(yù)測(cè)無(wú)差拍控制的設(shè)計(jì)方法，并根據(jù)z域內(nèi)的傳遞函數(shù)對(duì)其進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，確定了控制參數(shù)的選取范圍。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提控制方法的有效性。
　　2、通過(guò)改進(jìn)逆變器并網(wǎng)控制策略，使微電網(wǎng)和分布式發(fā)電DG具備一定的無(wú)功補(bǔ)償和電壓頻率調(diào)整功能是一種解決微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題的有效途徑，可進(jìn)一步降低分布式發(fā)電

5、并網(wǎng)門(mén)檻。對(duì)此，本文針對(duì)分布于電網(wǎng)末梢的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，提出了兼具無(wú)功補(bǔ)償功能的并網(wǎng)功率控制方法，使系統(tǒng)在向電網(wǎng)和本地負(fù)載快速提供有功電能的同時(shí)，也能提供負(fù)載所需的無(wú)功電能。在分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建兩相正交電流和利用瞬時(shí)無(wú)功電流ip-iq算法，檢測(cè)出單相負(fù)載的無(wú)功電流的直流分量，通過(guò)直流側(cè)電壓外環(huán)PI控制輸出得到有功電流的直流分量，從而獲取并網(wǎng)指令電流。結(jié)合魯棒預(yù)測(cè)無(wú)差拍控制，該系統(tǒng)無(wú)需增加額外的功率器件，可并接于電網(wǎng)末梢，

6、在實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)本地負(fù)載的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，提高了供電質(zhì)量。為了解決構(gòu)造單相無(wú)功電流帶來(lái)的延時(shí)問(wèn)題，進(jìn)一步提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和電流控制精度，提出了一種無(wú)延時(shí)的兼具無(wú)功補(bǔ)償功能的并網(wǎng)功率控制方法，該方法由無(wú)功電流檢測(cè)、電壓電流雙環(huán)控制、功率前饋及電網(wǎng)電壓前饋構(gòu)成。提出了對(duì)負(fù)載電流求導(dǎo)來(lái)構(gòu)建兩相正交電流的方法，實(shí)現(xiàn)了無(wú)延時(shí)單相無(wú)功電流檢測(cè)，與傳統(tǒng)延時(shí)方法相比，解決了傳統(tǒng)單相無(wú)功電流檢測(cè)因采樣數(shù)據(jù)不具備同時(shí)性以及負(fù)載電流跟蹤存在滯后造

7、成的較大延時(shí)問(wèn)題，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。電流內(nèi)環(huán)采用準(zhǔn)諧振PR控制實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流的零穩(wěn)態(tài)誤差控制，并降低電網(wǎng)頻率偏移對(duì)電流的影響;引入電網(wǎng)電壓前饋降低電壓畸變或擾動(dòng)造成的電流畸變。給出了并網(wǎng)功率控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分析了準(zhǔn)諧振PR控制中不同控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并選取了合適的設(shè)計(jì)參數(shù)。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　3、微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的等效輸出阻抗和線路阻抗差異對(duì)功率分配和環(huán)流抑制存在較大影響。本文從逆變器并聯(lián)的功率傳輸

8、特性出發(fā)，分析了現(xiàn)有下垂控制對(duì)阻性逆變器并聯(lián)功率分配的影響，并在分析阻性逆變器環(huán)流特性的基礎(chǔ)上，提出了一種魯棒下垂多環(huán)控制方法，包括功率外環(huán)和電壓電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成。提出功率外環(huán)魯棒下垂控制來(lái)減少阻抗差異對(duì)功率精確分配的影響;通過(guò)引入含阻性分量和感性分量的虛擬復(fù)阻抗，將逆變器的等效輸出阻抗設(shè)計(jì)呈阻性;采用準(zhǔn)諧振PR控制實(shí)現(xiàn)在較寬頻帶內(nèi)逆變器輸出電壓的零穩(wěn)態(tài)誤差控制，進(jìn)而減少逆變器間輸出電壓偏差并抑制環(huán)流。采用輸出電壓前饋和電容電流比例控制提高

9、系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)和電流抗擾動(dòng)能力。深入對(duì)比分析了控制方式和控制參數(shù)對(duì)等效輸出阻抗的影響，并擇優(yōu)選取了控制參數(shù)。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的可行性與有效性。
　　4、在低壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中，負(fù)荷突變會(huì)導(dǎo)致微電網(wǎng)電壓波動(dòng)，逆變器具備快速無(wú)功支撐能力是維持電壓穩(wěn)定的必要途徑。本文通過(guò)將阻容性虛擬復(fù)阻抗引入到逆變器輸出電流反饋中，提出了一種快速無(wú)功支撐的阻容性逆變器（RC型逆變器）及其并聯(lián)功率分配方法。該逆變器將其等效輸出阻抗設(shè)計(jì)成