CN108683208A - 一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法，具体为：采集储能分布式电源逆变器的输出电压uov、输出电流iov电感电流iLv；根据平均功率计算方法计算得到电压控制型逆变器的平均有功功率Px和平均无功功率Qx；采用下垂控制器对平均有功功率Px和平均无功功率Qx进行处理，得到输出电压参考值uref；输出电流iov与并联谐振抑制负阻抗zvir相乘得到虚拟电压uvir；将uref加上uvir，得到电压调节器指令电压u′ref。u′ref与uov作差得iref；将iref与iov作差，调节器处理得到调制信号；调制信号经过调制模块进行调制处理得到逆变器的开关管驱动信号，逆变器的控制器根据开关管驱动信号对其进行控制。本方法解决了不同控制方式逆变器并联产生的谐振问题。

Description

一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法
技术领域
本发明属于微电网孤岛模式下分布式发电技术领域，具体涉及一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法。
背景技术
随着国家工业化的迅猛发展，人们对电量的需求日益增多。而传统的发电方式，例如煤炭、火力等一次性能源都是不可再生的，并且是当今雾霾天气形成的重要因素之一。微电网是将分布式发电单元、负荷、电力电子变换器、储能装置、以及控制单元结合在一起的整体。这些装置和负载组成了这种小型供电系统，与大电网配合运行，通过公共连接点的开关，可以控制其并网运行或孤岛运行。微电网在孤岛运行时，储能分布式电源通常采用下垂控制，为系统提供电压和频率支撑，并实现负载的功率均分；可再生能源如光伏发电和风力发电等分布式电源，通常采用恒功率控制。这两种分布式电源在并联运行时，虽然每个各个子单元都能单独稳定，但是并联的各单元之间由于阻抗的交互作用会导致系统产生振荡，致使系统产生稳定性问题。因此设计合理的控制策略来抑制并联谐振，提高系统稳定性具有重要的研究意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法，解决了不同类型分布式电源逆变器并联产生的谐振问题，提高系统的稳定性，同时与常规的虚拟阻抗技术相比，避免了公共交流母线电压降低的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法，包括以下步骤：
步骤1，采集储能分布式电源逆变器的输出电压uov、输出电流iov及电感电流iLv；
步骤2，根据平均功率计算方法计算得到电压控制型逆变器的平均有功功率Px和平均无功功率Qx；
步骤3，采用下垂控制器对平均有功功率Px和平均无功功率Qx进行处理，得到给定电压的幅值Er和频率f，并经过电压合成得到储能分布式电源逆变器的输出电压参考值uref；
步骤4，储能分布式电源逆变器的输出电流iov与并联谐振抑制负阻抗zvir相乘得到虚拟电压uvir；
步骤5，将输出电压参考值uref加上虚拟电压uvir，得到电压调节器指令电压ur′ef；电压调节器指令电压ur′ef与逆变器输出电压uov作差，并经过电压调节器Gu(s)处理得到电压控制型逆变器的输出电流参考值iref；
步骤6，将输出电流参考值iref与储能分布式电源逆变器的的输出电流iov作差，并经过电流调节器处理Gi(s)得到调制信号；
步骤7，调制信号经过调制模块进行调制处理得到储能分布式电源逆变器的的开关管驱动信号，储能分布式电源逆变器的的控制器根据开关管驱动信号对逆变器进行控制。
本发明的特点还在于，
步骤2中平均功率计算方法采用传统乘积法、虚拟正交矢量计算法或积分平均法。
步骤3中采用下垂控制器得到给定电压的参考值uref是通过调节给定电压幅值或调节无功下垂系数来实现的。
步骤4中并联谐振抑制负阻抗zvir的表达式如下:
式中，Zh(s)表示加入抑制谐波的阻抗大小，这里取Zh(s)＝4Ω；H(s)表示带通滤波器，H(s)的传递函数表达式如下：
ω0表示二阶带通滤波器的中心频率，这里取并联系统的谐振频率，表示系统阻尼系数，取0.707。
步骤5中电压调节器Gu(s)为比例谐振调节器、比例积分调节器或重复控制调节器。
步骤6中电流调节器Gi(s)为无差拍调节器、预测电流调节器或比例调节器。
本发明的有益效果是：针对孤岛微电网中不同类型分布式电源逆变器并联交互带来系统发生不稳定性情况，提出了在特定频率处增加虚拟负阻抗来降低储能电源逆变器阻抗，有效的解决了不同类型分布式电源逆变器并联系统在特定频率处产生的谐振问题。同时与传统的虚拟阻抗方法相比，本发明的特点还在于只是在谐振点处增加了虚拟阻抗，其他频率段的系统阻抗并没有发生变化，避免了因整体频域虚拟阻抗压降引起的公共交流母线电压跌落。
附图说明
图1是本发明方法所依赖的储能分布式电源逆变器及光伏分布式电源逆变器并联的电路结构示意图；
图2是本发明方法中储能分布式电源逆变器系统等效阻抗Zv和光伏分布式电源逆变器系统等效阻抗Zi波形图；
图3是是本发明方法中储能分布式电源逆变器的控制原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法，所依赖的两台逆变器并联电路结构如图1所示，包括一台储能分布式电源逆变器和一台光伏分布式电源逆变器，其中储能分布式电源经过逆变器和滤波器并入公共交流母线，C4为直流母线电容，L3、C2为滤波器的电感和电容。光伏分布式电源经过逆变器和滤波器并入公共交流母线，其中C3为直流母线电容，L1、L2为滤波器的电感，C1为滤波器的电容，光伏分布式电源逆变器控制采用常规的单环控制，两台逆变器并联由公共交流母线向负载供电，负载可以是感性、容性、阻性或非线性；
本发明中图2是储能分布式电源逆变器系统等效阻抗Zv和光伏分布式电源逆变器系统等效阻抗Zi在频域下的波形。可以看到角频率在ωL和ωH之间，储能分布式电源逆变器的阻抗大于光伏分布式电源逆变器的阻抗，那么在这个频段上并联逆变器会交互作用，进而在该频段处产生较大的谐振，使得并联系统无法稳定运行。
图3是本发明方法中储能分布式电源逆变器的控制原理框图，一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法，包括以下步骤：
步骤1，采集储能分布式电源逆变器的输出电压uov、输出电流iov、电感电流iLv；
步骤2，根据平均功率计算方法计算得到电压控制型逆变器的平均有功功率Px和平均无功功率Qx；
其中，平均功率计算方法采用传统乘积法、虚拟正交矢量计算法或积分平均法；
步骤3，采用下垂控制器对平均有功功率Px和平均无功功率Qx进行处理，得到给定电压的幅值Er和频率f，并经过电压合成得到储能分布式电源逆变器的输出电压参考值uref；
其中，采用下垂控制器得到给定电压的参考值uref是通过调节给定电压幅值或调节无功下垂系数来实现的。
步骤4，储能分布式电源逆变器的输出电流iov与并联谐振抑制负阻抗zvir相乘得到虚拟电压uvir；
其中并联谐振抑制负阻抗zvir的表达式如下:
其中H(s)表示带通滤波器，H(s)传递函数表达式如下：
式中ω0表示二阶带通滤波器的中心频率，这里取并联系统的谐振频率，表示系统阻尼系数，一般取0.707；Zh(s)表示加入抑制谐波的阻抗大小，这里取Zh(s)＝4Ω；
步骤5，将输出电压参考值uref加上虚拟电压uvir，得到电压调节器指令电压u′ref；电压调节器指令电压u′ref与逆变器输出电压uov作差，并经过电压调节器Gu(s)处理得到电压控制型逆变器的输出电流参考值iref；
其中电压调节器Gu(s)为比例谐振调节器，比例积分调节器，或重复控制调节器。
步骤6，将输出电流参考值iref与储能分布式电源逆变器的输出电流iov作差，并经过电流调节器处理Gi(s)得到调制信号；
其中，电流调节器Gi(s)为无差拍调节器、预测电流调节器或比例调节器；
步骤7，调制信号经过调制模块进行调制处理得到储能分布式电源逆变器的开关管驱动信号，储能分布式电源逆变器的控制器根据开关管驱动信号对逆变器进行控制。
本发明的优点是：针对孤岛微电网中不同类型分布式电源逆变器并联交互带来系统发生不稳定性情况，提出了在特定频率处增加虚拟负阻抗来降低储能电源逆变器阻抗，有效的解决了不同类型分布式电源逆变器并联系统在特定频率处产生的谐振问题。同时与传统的虚拟阻抗方法相比，本发明的特点还在于只是在谐振点处增加了虚拟阻抗，其他频率段的系统阻抗并没有发生变化，避免了因整体频域虚拟阻抗压降引起的公共交流母线电压跌落。

Claims (6)

1.一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采集储能分布式电源逆变器的输出电压uov、输出电流iov及电感电流iLv；
步骤2，根据平均功率计算方法计算得到电压控制型逆变器的平均有功功率Px和平均无功功率Qx；
步骤3，采用下垂控制器对平均有功功率Px和平均无功功率Qx进行处理，得到给定电压的幅值Er和频率f，并经过电压合成得到储能分布式电源逆变器的输出电压参考值uref；
步骤4，储能分布式电源逆变器的输出电流iov与并联谐振抑制负阻抗zvir相乘得到虚拟电压uvir；
步骤5，将输出电压参考值uref加上虚拟电压uvir，得到电压调节器指令电压u′ref；电压调节器指令电压u′ref与逆变器输出电压uov作差，并经过电压调节器Gu(s)处理得到电压控制型逆变器的输出电流参考值iref；
步骤6，将输出电流参考值iref与储能分布式电源逆变器的的输出电流iov作差，并经过电流调节器处理Gi(s)得到调制信号；
步骤7，调制信号经过调制模块进行调制处理得到储能分布式电源逆变器的的开关管驱动信号，储能分布式电源逆变器的的控制器根据开关管驱动信号对逆变器进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法，其特征在于，所述步骤2中平均功率计算方法采用传统乘积法、虚拟正交矢量计算法或积分平均法。
3.根据权利要求1所述的一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法，其特征在于，所述步骤3中采用下垂控制器得到给定电压的参考值uref是通过调节给定电压幅值或调节无功下垂系数来实现的。
4.根据权利要求1所述的一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法，其特征在于，所述步骤4中并联谐振抑制负阻抗zvir的表达式如下:
式中，Zh(s)表示加入抑制谐波的阻抗大小，这里取Zh(s)＝4Ω；H(s)表示带通滤波器，H(s)的传递函数表达式如下：
ω0表示二阶带通滤波器的中心频率，这里取并联系统的谐振频率，表示系统阻尼系数，取0.707。
5.根据权利要求1所述的一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法，其特征在于，所述步骤5中电压调节器Gu(s)为比例谐振调节器、比例积分调节器或重复控制调节器。
6.根据权利要求1所述的一种提高光伏储能逆变器并联稳定性的方法，其特征在于，所述步骤6中电流调节器Gi(s)为无差拍调节器、预测电流调节器或比例调节器。
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