CN106787894B - 一种基于分频虚拟阻抗的离网逆变器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分频虚拟阻抗的离网逆变器控制方法，测量逆变器电容电压u_c，逆变器输出电流i_L和LC滤波器输出电流i_o。对电容C的电压进行基波提取，得到u_cf，提取出u_cf的角频率ω_f；给定参考电压幅值|U_ref|，与角频率ω_f构成参考电容电压u_creff。电流调节环采用基波域P调节器。设置分频虚拟电阻z_vir5、z_vir7、…z_virh；得到谐波虚拟阻抗电压u_vir5、u_vir7、…u_virh。电压外环采用谐波域PR₅、PR₇、…PR_h调节器，产生电感电流参考值；电流调节环采用谐波域P₅、P₇、…P_h调节器，得到谐波域调制波信号，将基本域调制波信号减去谐波域调制波信号，经PWM调制后输出开关脉冲控制逆变器功率开关器件的开通与关断。本发明抑制了谐波电流，实现了并联逆变器的无环流平衡运行，提高了系统的可靠性。

Description

一种基于分频虚拟阻抗的离网逆变器控制方法

技术领域

本发明涉及分布式发电及电力电子技术领域，特别是一种基于分频虚拟阻抗的离网逆变器控制方法。

背景技术

目前，分布式发电技术以其灵活性高、成本和损耗低、节能环保等优点，日益成为新能源发电领域的研究热点。为大规模地利用分布式能源，通过微网的形式接纳各种分布式发电，可灵活地实现与大电网并网运行或者离网自治运行。在微网中，大多数分布式微源均通过逆变器接口接入大电网，从而形成了一种多逆变器并联运行环境。因此，多逆变器并联系统的稳定运行将极大提高微网系统的整体容量和可靠性。

在低电压微网中，线路电阻远大于线路感抗，若采用传统的感性阻抗下垂控制法，则极易导致逆变器并联系统功率分担的精确性和稳定性变差，逆变器间环流增大。对此，有文献提出了一种基于虚拟电阻的下垂控制法，通过引入较大的虚拟电阻，将逆变器等效输出阻抗设计成阻性，取得了较好的控制效果，但该种控制策略只考虑了逆变器并联带线性负荷的情况。当逆变器并联带非线性负荷时，电路中会产生谐波电流，此时谐波电流会在较大的虚拟电阻上产生谐波压降，进而导致逆变器输出电压产生畸变，逆变器间谐波环流增大、功率分配不均衡。

分布式电源和负荷之间的线路阻抗并不会完全相等，逆变器自身的参数和输出阻抗也不相同，线路上会产生不同的电压降，导致无功功率很难实现均分，并且很小的电压降差异会引起很大的无功误差，造成逆变器过流；当微电网中存在非线性负载时，导致谐波电流和电压的产生。这些都会对微网系统的稳定性产生影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于分频虚拟阻抗的离网逆变器控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于分频虚拟阻抗的离网逆变器控制方法，包括以下步骤：

1)获取逆变器电容电压u_c，逆变器输出电流i_L和LC滤波器输出电流i_o，并对电容电压u_c、逆变器输出电流i_L和LC滤波器输出电流i_o进行基波和谐波的分离；

2)对LC滤波器的电容C的电压进行基波提取，得到基波电压u_cf，利用PLL提取出u_cf的角频率ω_f；给定参考电压幅值|U_ref|，将角频率ω_f正弦化，构成三相参考电容电压u_creff：{|U_ref|sinω_ft，|U_ref|sin(ω_ft-120^°)，|U_ref|sin(ω_ft+120^°)}；

3)设置分频虚拟阻抗Z_vir，Z_vir分为2部分，一部分等于负的逆变器到公共连接点之间的线路阻抗Z_line，以降低输出电压压降；另一部分在基波域设置为虚拟电感Z_virf，在谐波域设置为各次谐波电阻R₅…，R_h；

4)在基波域，电压外环采用基波域PR_f调节器，电流调节环采用基波域P_f调节器；虚拟电感Z_virf与基波LC滤波器输出电流i_of相乘，得到基波虚拟阻抗电压u_virf；将三相参考电容电压u_creff依次减去基波电容电压u_cf、基波虚拟阻抗电压u_virf，得到的信号作为基波域PR_f调节器的输入信号，经过PR_f调节器调制，产生LC滤波器电感电流参考值i_reff；LC滤波器电感电流参考值i_reff减去基波逆变器输出电流i_Lf，得到的信号作为基波域P_f调节器的输入信号；经过P_f调节器调制，得到基波域调制波信号；

5)在谐波域，设置电容谐波电压的参考值是0；z_vir5、…z_virh分别对应与LC滤波器输出5次谐波电流i_o5、…谐波电流i_oh相乘，得到谐波虚拟阻抗电压u_vir5＝z_vir5*i_o5、…u_virh＝z_virh*i_oh；电压外环采用谐波域PR₅、…PR_h调节器，产生LC滤波器电感电流参考值i_ref5、…i_refh，分别减去逆变器输出谐波电流i_L5、…i_Lh，得到的信号作为谐波域电流调节P₅、…P_h调节器的输入信号，得到谐波域调制波信号；

6)将基波域调制波信号减去谐波域调制波信号，经PWM调制后输出开关脉冲，控制逆变器功率开关器件的开通与关断，实现对电压指令信号的有效跟踪。

分频虚拟阻抗Z_vir表示为：

其中Z_virf＝jω_fX_vir，Z_vir5＝R₅，Z_virh＝R_h；下标h＝6k±1，k＝1,2,….n；R_h是h次谐波电阻；k，h均表示自然数；R₅是5次谐波电阻。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明实现了多台逆变器并联运行时的即插即用；当系统有非线性负载时，能抑制谐波；实现了输出电压自动跟随参考电压和逆变器之间环流的抑制。

附图说明

图1为离网逆变器的等效电路图及基于分频虚拟阻抗的离网逆变器控制方法控制框图。

具体实施方式

如图1所示，离网微网各个逆变器的直流侧电压值为800V，控制每个逆变器输出电压的峰值为311V，频率为50Hz。非线性负载为整理电路。线路阻抗Z_line为中R_line＝0.5Ω，X_line＝0.5mH。LC滤波器中L为1mH滤波电感，C为1000μF滤波电容。基于分频虚拟阻抗的离网逆变器控制方法具体实施步骤如下：

1)检测逆变器电容电压u_c，逆变器输出电流i_L和LC滤波器输出电流i_o，利用分频ip-iq谐波检测方法对电容电压u_c、逆变器输出电流i_L和LC滤波器输出电流i_o进行基波和谐波的分离，得到逆变器基波电容电压u_cf，逆变器输出基波电流i_Lf和LC滤波器输出基波电流i_of及逆变器电容谐波电压u_ch，逆变器输出谐波电流i_Lh和LC滤波器输出谐波电流i_oh，下标h＝6k±1,(k＝1,2,….n)。

2)利用PLL提取出u_cf的角频率ω_f；给定参考电压幅值|U_ref|，角频率ω_f正弦化，构成三相参考电容电压u_creff：{|U_ref|sinω_ft，|U_ref|sin(ω_ft-120^°)，|U_ref|sin(ω_ft+120^°)}。

3)设置虚拟阻抗，分为两部分，一部分是虚拟负阻抗，用于抵消线路阻抗，并且能减小由线路阻抗造成的系统电压降落；另一部分设置虚拟阻抗在基波域采用感性虚拟阻抗，在谐波域采用阻性虚拟阻抗，以使逆变器的等效输出阻抗在输出电压的基频附近呈感性，在输出电压的谐波频段近似呈阻性，抑制谐波和系统环流。即

其中Z_virf＝jω_fX_vir，Z_vir5＝R₅，Z_virh＝R_h。

4)在基波域，电压外环采用基波域PR_f调节器，电流调节环采用基波域P_f调节器。设置基波域虚拟电感z_virf，以抑制环流；z_virf与基波LC滤波器输出电流i_of相乘，得到基波虚拟阻抗电压u_virf。参考电容电压u_creff减去基波电容电压u_cf与基波虚拟阻抗电压u_virf，得到的信号作为基波域PR_f调节器的输入信号，经过PR_f调节器调制，产生电感电流参考值i_reff；电感电流参考值i_reff减去基波逆变器输出电流i_Lf，得到的信号作为基波域P_f调节器的输入信号；经过P_f调节器调制，得到基波域调制波信号。

5)在谐波域，设置电容谐波电压的参考值是0，设置分频虚拟电阻z_vir5、z_vir7、…z_virh，以抑制谐波电流；分频虚拟电阻z_vir5、z_vir7、…z_virh分别与LC滤波器输出5次谐波电流i_o5、7次谐波电流i_o7、11次谐波电流i_o11相乘，得到谐波虚拟阻抗电压u_vir5、u_vir7、…u_virh。电压外环采用谐波域PR₅、PR₇、…PR_h调节器，产生电感电流参考值；电流调节环采用谐波域P₅、P₇、…P_h调节器，得到谐波域调制波信号。

6)将基波域调制波信号减去谐波域调制波信号，经PWM调制后输出开关脉冲控制逆变器功率开关器件的开通与关断，实现对电压指令信号的有效跟踪。

Claims (2)

1.一种基于分频虚拟阻抗的离网逆变器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取逆变器电容电压u_c，逆变器输出电流i_L和LC滤波器输出电流i_o，并对电容电压u_c、逆变器输出电流i_L和LC滤波器输出电流i_o进行基波和谐波的分离；

2)对LC滤波器的电容C的电压进行基波提取，得到基波电压u_cf，利用PLL提取出u_cf的角频率ω_f；给定参考电压幅值|U_ref|，将角频率ω_f正弦化，构成三相参考电容电压u_creff：{|U_ref|sinω_ft，|U_ref|sin(ω_ft-120°)，|U_ref|sin(ω_ft+120°)}；

3)设置分频虚拟阻抗Z_vir，Z_vir分为2部分，一部分等于负的逆变器到公共连接点之间的线路阻抗Z_line，以降低输出电压压降；另一部分在基波域设置为虚拟电感Z_virf，在谐波域设置为各次谐波电阻R₅…，R_h；

4)在基波域，电压外环采用基波域PR_f调节器，电流调节环采用基波域P_f调节器；虚拟电感Z_virf与基波LC滤波器输出电流i_of相乘，得到基波虚拟阻抗电压u_virf；将三相参考电容电压u_creff依次减去基波电容电压u_cf、基波虚拟阻抗电压u_virf，得到的信号作为基波域PR_f调节器的输入信号，经过PR_f调节器调制，产生LC滤波器电感电流参考值i_reff；LC滤波器电感电流参考值i_reff减去基波逆变器输出电流i_Lf，得到的信号作为基波域P_f调节器的输入信号；经过P_f调节器调制，得到基波域调制波信号；

5)在谐波域，设置电容谐波电压的参考值是0；z_vir5、…z_virh分别对应与LC滤波器输出5次谐波电流i_o5、…谐波电流i_oh相乘，得到谐波虚拟阻抗电压u_vir5＝z_vir5*i_o5、…u_virh＝z_virh*i_oh；电压外环采用谐波域PR₅、…PR_h调节器，产生LC滤波器电感电流参考值i_ref5、…i_refh，分别减去逆变器输出谐波电流i_L5、…i_Lh，得到的信号作为谐波域电流调节P₅、…P_h调节器的输入信号，得到谐波域调制波信号；h＝6k±1；k＝1,2,….n；Z_vir5＝R₅，Z_virh＝R_h；R_h是h次谐波电阻；k，h均表示自然数；R₅是5次谐波电阻；

6)将基波域调制波信号减去谐波域调制波信号，经PWM调制后输出开关脉冲，控制逆变器功率开关器件的开通与关断，实现对电压指令信号的有效跟踪。

2.根据权利要求1所述的基于分频虚拟阻抗的离网逆变器控制方法，其特征在于，分频虚拟阻抗Z_vir表示为：