CN110071525A - 分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法，搭建多可再生能源发电系统接入配电网模型；对高线路阻抗情况下单一可再生能源发电系统的并网控制；利用抑制谐波环流和直流环流的控制对配电网模型中多逆变器并联进行控制，本公开能够解决多台逆变器在配电网中通过多种形式并联运行的情况下，谐波环流与直流分量的存在引起的一系列电能质量问题，有助于改善配电网供电质量，实现电能质量的控制。
Description
技术领域
本公开涉及一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前，在可再生能源配网接入方面电网公司考虑最多的是可再生能源接入后的潮流分布、新型继电保护技术和孤岛保护等，并在上述几个方面开展了大量的研究工作。但是可再生能源发电系统在配电网中的大规模接入问题以及由此引起的电能质量问题并没有得到足够的研究，从理论认识到解决措施都缺乏有效方案。此外，在现有的可再生能源并网研究课题中，往往忽略电力系统的阻抗及电网的背景谐波，把电网等效成一个理想电源，即一个无穷大电网。但是在实际的配电网中，这种理想的情况不符合实际，线路的阻抗对可再生能源接入系统及配电网的影响不可忽略。
大量非线性负载接入配电网不仅引入了大量的谐波也影响了配电网电压质量，使配电网电压容易出现三相电压不平衡，含有低次谐波等问题，分布式可再生能源发电系统对配电网电压的畸变和波动较敏感，并容易引发负面的连锁反映，比如可再生能源发电系统因为自身控制器设计不合理，不能适应电网电压畸变影响，造成接入电流质量差、电源侧功率波动大等问题进而导致并网设备无法满足接入标准，发生主动脱网等行为。即使单一可再生能源并网设备能够在恶劣的并网环境下满足并网标准，达到配电网准入要求，也不代表分布式可再生能源大规模接入时多台并网设备并联运行就可以满足并网电能质量要求。初步的研究表明，在公共连接点处接入多台并网逆变器会放大线路阻抗对逆变器的影响，产生谐波电流的叠加效果，导致并网点电压进一步畸变，使公共并网点电压、电流谐波超出规定数值。研究配电网中可再生能源发电系统的电能质量问题将有助于提高可再生能源发电系统的接入质量，着实帮助配电网提高可再生能源接入能力。
可再生能源接入后配电网电能质量变差不仅仅是一个单向的负面影响，当分布式电源造成配电网电能质量下降的同时，较差的电能质量往往反过来影响分布式电源的控制能力，造成并网点电能质量的进一步恶化，从而进入恶性循环。形成这种过程的部分原因是电网电压畸变对数字锁相技术引起干扰导致并网电流畸变，畸变电流作用到线路阻抗上进而引起并网点电压畸变。目前国内外对于锁相技术已经进行了较深入的研究，包括如何消除直流分量的影响，如何消除低频谐波的影响。但是目前的研究仅仅局限于消除一种影响因素，算法复杂，不易实现，缺乏能够全面消除各种谐波，准确提取基波分量相位信息的简单方法。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法，本公开能够指导配电网大范围接纳可再生能源后的电能质量分析与治理措施，有助于改善配电网供电质量。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法,包括以下步骤：
搭建多可再生能源发电系统接入配电网模型；
对高线路阻抗情况下单一可再生能源发电系统的并网控制；利用抑制谐波环流和直流环流的控制对配电网模型中多逆变器并联进行控制。
作为进一步的限定，所述搭建多可再生能源发电系统接入配电网模型的过程中，具体包括以下步骤：
1)搭建LCL型三相逆变器系统并调试；
2)搭建L型三相逆变器系统并调试；
3)搭建L型单相逆变器系统并调试；
4)搭建非线性负荷系统并调试；
5)综合搭建的LCL型三相逆变器系统、L型三相逆变器系统、L型单相逆变器系统和非线性负荷系统，形成整体多可再生能源发电系统并调试。
作为进一步的限定，所述LCL型三相逆变器系统、L型三相逆变器系统、L型单相逆变器系统均为基于MOSFET的逆变器电路。
作为进一步的限定，所述逆变器电路结构包括全桥逆变电路，所述全桥逆变电路的一侧桥臂包括改进型Dual-Buck逆变器电路，所述改进型Dual-Buck逆变器电路将Dual-Buck结构的两个电感分别用连接方向相反的二极管代替，且两个二极管的连接处设置有一个电感，所述电感的另一端连接在全桥逆变电路的中间端。
作为进一步的限定，所述逆变器电路结构包括全桥逆变电路，所述全桥逆变电路的一侧桥臂包括缓冲电感型Dual-Buck逆变器电路，所述缓冲电感型Dual-Buck逆变器电路将Dual-Buck结构的桥臂中间增加一缓冲电感，所述缓冲电感的另一端连接在全桥逆变电路的中间端。
作为进一步的限定，所述高线路阻抗情况下单一可再生能源发电系统的并网控制中，具体包括LCL滤波并网逆变器电流控制，利用单电流闭环控制、前向通路附加数字滤波器的有源阻尼控制或基于附加变量反馈的有源阻尼对LCL滤波器固有谐振进行抑制。
作为进一步的限定，所述高线路阻抗情况下单一可再生能源发电系统的并网控制中，对单个LCL逆变器，使用桥臂电流、电容电压双环有源阻尼控制。
作为进一步的限定，所述高线路阻抗情况下单一可再生能源发电系统的并网控制中，当N个LCL逆变器并联时，将其视为多输入多输出系统，通过修改逆变器输出阻抗参数或者修改电网等效阻抗参数来抑制谐振。
作为更进一步的限定，通过安装RC阻尼器或增加其他无源元件来实现修改电网阻抗参数。
作为进一步的限定，所述利用抑制谐波环流和直流环流的控制对配电网模型中多逆变器并联进行控制中，将谐波电压成份分离出来，通过有源谐波得到谐波电流，再将这部分谐波电流回送到参考电流中计算，在调制波的生成过程中减掉产生谐波电流所需要的电压。
作为进一步的限定，模拟系统中通过选择截止频率很低的高阶滤波器，在数字系统中通过采用整数周期时间内求平均的方法滤掉构建的模型的直流信号中的交流分量。
作为进一步的限定，所述利用抑制谐波环流和直流环流的控制对配电网模型中多逆变器并联进行控制中，通过谐振检测模块从公共并网点处的谐波电压中提取出谐振电压成分。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开能够解决多台逆变器在配电网中通过多种形式并联运行的情况下，谐波环流与直流分量的存在引起的一系列电能质量问题，有助于改善配电网供电质量，实现电能质量的控制。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本公开的各分布式发电单元组成多分布式发电接入配电网仿真模型；
图2(a)-(d)是本公开的搭建LCL型三相逆变器系统示意图；
图3(a)-(d)是本公开的L型三相逆变器系统示意图；
图4(a)-(c)是本公开的L型单相逆变器系统示意图；
图5(a)-(b)是本公开的搭建不控整流(非线性负荷)系统；
图6是本公开的采用LCL滤波器的并网逆变器；
图7是本公开的单电流反馈的闭环控制框图；
图8是本公开的幅相特性；
图9是本公开的数字滤波器的控制框图；
图10(a)-(b)是本公开的两种控制方式示意图；
图11是本公开的多个逆变器并网电路图；
图12(a)-(b)是本公开的单个LCL逆变器相关控制图；
图13是本公开的N个LCL逆变器并联时的控制框图；
图14是本公开的多可再生能源接入配电网等效电路图；
图15是本公开的弱电网中的并网逆变器集群模型；
图16是本公开考虑逆变器升压变压器和传输线路阻抗的控制框图；
图17是本公开有源阻尼器的基本结构图；
图18(a)-(b)是本公开谐振阻尼器不同结构图；
图19(a)-(c)是本公开传统的Dual-Buck逆变器电路；
图20(a)-(b)是本公开传统Dual-Buck桥臂和改进型的单电感桥臂；
图21(a)-(d)是本公开改进后的电路四种工作状态；
图22是本公开改进型缓冲电感逆变电路图；
图23(a)-(d)是本公开改进型缓冲电感逆变电路四种工作状态；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
传统的可再生能源发电系统并网控制方法一般忽略线路阻抗的影响，因为当线路阻抗较小时不会影响并网控制器的设计及运行效果，但是当线路阻抗较大时，并网控制器的控制带宽将减小，如果控制器设计不合理将引起并网系统谐振，导致并网失败。尤其多个可再生能源发电系统通过电力电子接口接入公共并网点时，各系统的注入电流将产生相互影响关系，影响单一并网系统感应到的线路阻抗值，进而限制了并网点处允许的可再生能源接入数量与容量。同时，多台逆变器在配电网中通过多种形式并联运行的情况下，谐波环流与直流分量的存在也会引起一系列电能质量问题。为保证可再生能源并网系统在配电网中合格并网，进行以下几个方面的改善：
1、构建计及线路阻抗的多可再生能源发电系统并网控制仿真模型。
为搭建多可再生能源发电系统接入配电网模型，采用如下整体技术路线：
1，搭建Simulink模型，并调试Simulink模型。
2，搭建GUI图形用户界面，并调试GUI用户界面控制Simulink模型的功能。
为搭建多可再生能源发电系统接入配电网的Simulink模型，采用如下技术路线：
1，搭建LCL型三相逆变器系统并调试。具体包括，搭建LCL型三相并网逆变器主电路，开关器件使用IGBT，电感La和Lb使用“Three phase Series RLC Branch”模块，电容C使用Series RLC Branch。搭建LCL型三相并网逆变器控制回路，搭建LCL型三相并网逆变器整体电路，搭建LCL型三相并网逆变器的断路器和线路阻抗模型，依次如图2(a)-图2(d)。
2，搭建L型三相逆变器系统并调试。
具体包括搭建L型三相并网逆变器主电路，开关器件使用IGBT，电感L使用“Threephase Series RLC Branch”模块，搭建L型三相并网逆变器控制回路，搭建L型三相并网逆变器整体电路，搭建L型三相并网逆变器的断路器和线路阻抗模型，依次如图3(a)-图3(d)。
3，搭建L型单相逆变器系统并调试。
具体包括搭建L型单相并网逆变器主电路，开关器件使用IGBT，电感L使用“SeriesRLC Branch”模块，搭建L型单相并网逆变器控制回路，搭建L型单相并网逆变器的断路器和线路阻抗模型，依次如图4(a)-图4(c)。
4，搭建不控整流(非线性负荷)系统并调试。
具体包括用二极管搭建三相不空整流电路，“Series RLC Branch”作为输入电感，负载为电阻，加电容滤波，搭建三相不控整流的断路器和线路阻抗模型，如图5(a)-5(b)。
5，搭建整体多可再生能源发电系统并调试。
利用以上提到的各分布式发电单元组成多分布式发电接入配电网仿真模型。如图1所示。
利用MATLAB中的guide命令调出GUI编辑框，按照用户界面要求添加“静态文本框”、“可编辑文本框”、“按钮”、“单选框”等。打开Simulink仿真模型，初始化显示界面，读取逆变器的参数并修改Simulink中的相关对应参数，运行Simulink仿真模型。导出计算数据并计算THD、直流分量等参数。
并网逆变器是分布式发电系统的重要接口，入网电流的质量是其重要指标。采用LCL滤波器的并网逆变器可大幅抑制开关频率谐波，如图6所示，但滤波器谐振易造成入网电流振荡而控制困难。而且，随着分布式发电系统规模的增大，公共耦合点处的电网阻抗、电压波动与谐波以及串并联谐振等也会严重影响电流控制性能。
LCL滤波并网逆变器电流控制主要包括：1)LCL滤波器固有谐振的抑制；2)基波和谐波电流的精确跟踪及抑制。已有的LCL谐振抑制方案主要包括：常规的单电流反馈方案、前向通路附加数字滤波器的控制方案、基于模型降阶的以及附加额外反馈的方案。而用于电流跟踪的技术主要沿袭应用于L滤波并网逆变器的方法。
已有的电流控制方案多为基于iL1或ig的闭环控制。图7给出了单电流反馈的闭环控制框图，Td表示等效的系统延迟(包括采样、计算以及PWM延迟)，Gc(s)为电流调节器用以跟踪电流基准iref，GiL1(s)和Gig(s)分别为uinv至iL1和ig的传递函数。iL1反馈从根本上来说是间接控制入网电流，附加额外的入网相位补偿可实现更高的功率因数。
uinv至两电流的幅相特性见图8，二者在谐振频率(fres，式(1))处存在尖峰，危及并网逆变器的稳定。以ig闭环为例，忽虑延迟时，ig的相位在fres附近穿越-180°，由对数频率稳定判据可知若电流调节器可保证相位穿越点处的增益小于0dB则闭环稳定；而考虑控制延迟时，ig相位穿越-180°时的频率必定小于谐振频率，闭环系统更容易满足稳定判据(谐振峰附近无相位穿越现象)。
延迟导致的相位滞后的大小与控制频率密切相关。随着谐振频率与控制频率的比值的增大，iL1闭环控制的稳定性变差；而对ig闭环控制来说，稳定性反而会有一定的改善。因此，单电流环控制方案需充分考虑滤波器参数及控制频率的关系。当谐振频率高于控制频率的1/6时，单ig闭环控制方案可以实现稳定。实际并网系统中存在滤波器参数扰动以及电网感抗，谐振频率会产生大幅变化，鲁棒性难以得到保证。在LCL滤波器中串联或并联无源电阻的方法可增大系统阻尼。
如图9所示，附加数字滤波器的控制框图，滤波器Gfilter(s)主要有3种形式：低通(low-pass)、超前–滞后(lead-lag)以及陷波(notch)滤波器，低通滤波器衰减信号幅值并滞后相位，因而低通滤波方案的原理与控制延迟的作用相似，即改变相位曲线的穿越点，但不同的是低通滤波器可以通过改变参数来改变延迟大小，而且低通滤波也使谐振尖峰在一定程度上得到衰减。附加超前–滞后滤波器的方法，本质上也是通过改善相位实现谐振抑制，不同的是其可实现相位超前。陷波滤波器则可大幅衰减谐振频率信号的幅值，因而基于陷波滤波器的方法通过附加一对谐振频率处的零点来抵消掉LCL固有的欠阻尼谐振极点，以改变系统的阻尼特性。现有技术则是采用更高阶的滤波器来滤除滤波器的谐振峰。由于这类方案需要准确的系统参数信息(如滤波器谐振频率)，鲁棒性不足。加入在线的系统参数辨识方法可提高其鲁棒性，但往往会影响电能质量。
利用信号流图变换法将无源电阻转移到控制回路可得出利用电容电流及电压反馈来虚拟无源电阻的方案。特别的，入网电流二阶微分反馈可抑制LCL谐振峰，如图10(a)所示。但是高阶微分在实际应用场合中较难以实现。通过对二阶微分反馈的拟合，西安哟技术提出一种基于高通滤波器附加相移环节的入网电流反馈方案，如图10(b)所示，该方案应用于ig闭环控制时，无需附加额外的高精度传感器。
配电网中多可再生能源发电系统并网控制方法，包括计及多并网系统的相互影响，研究多并网系统的并网控制方法，探索并网点的运行限制条件，为弱电网环境下的可再生能源并网运行提供理论指导
如图11所示，多个逆变器并网电路图；
以LCL型逆变器为例进行分析，分析LC型逆变器时只需将输出电感Z2设为零，分析L型逆变器是只需将电感Z2设为零、电容支路阻抗Z3设为无穷大。考虑到逆变器在正常工作时是三相对称的，因此可以用单相电路方法分析。
对单个LCL逆变器而言，通常使用桥臂电流、电容电压双环有源阻尼控制，如图12(a)所示。Fv包含了可等效为低通滤波环节的电压采样和用于补偿的超前-滞后环节。
如图12(a)所示，控制器中采用电容电压进行有源阻尼控制。当电容电压的环路闭环时，图12(a)可以等效为12(b)，图中Y1AD看做是有源阻尼装置，其表达式为：
当N个LCL逆变器并联时，其整体的控制框图如图13所示。这是一个多输入多输出系统。i1nref表示逆变器侧参考电流相量，u0n是控制器输出相量，vZ3是电容电压相量，PI(s)是包含有控制器的矩阵，Fv(s)是包含有电压传感器的矩阵，A(s)是表示逆变器侧电流i1n和电容电压vZ3间关系的矩阵
配电网中多逆变器并联控制技术，包括抑制谐波环流和直流环流的控制技术。
分布式电源生产的电力通过逆变器集群并入低压配电网，会对电力系统电能质量产生不利影响，包括并网点电压的偏差与波动、电流谐波注入、三相不平衡等。尤其在电网阻抗较大的弱电网中，逆变器集群并网对电能质量造成的影响更为明显。当多可再生能源接入配电网时，其等效结构如图14所示：
当并联台数增加到某一阈值时，逆变器集群发生谐振，A点的波形发生严重畸变，B和C点也能得到类似波形，导致保护动作。
经过实验分析，逆变器集群接入弱电网发生的谐振一般存在如下特点：
1)逆变器输出含有大量谐波的电流，导致并网点电压波形明显畸变。
2)谐振的发生与并联台数呈现一定相关性。
3)以低次谐波为主，常含有间谐波。目前对逆变器并网谐振问题的研究主要集中在逆变器LCL滤波器的设计和控制方面，如果LCL滤波器设计或控制不合理，则单机并网模式下工作良好的逆变器可能会在集群运行的过程中发生谐振，谐振受到LCL滤波器参数的影响，而LCL滤波器的等效参数会随着并网功率发生变化。
图15为弱电网中的并网逆变器集群模型，随着逆变器容量的增大，逆变器出口升压变压器的等效阻抗L2、R2不可忽略；而逆变器并联台数的增多，导致电网等效阻抗Lg、Rg也不可忽略。且弱电网中电网等效戴维宁阻抗更大。
考虑逆变器升压变压器和传输线路阻抗，其控制结构如图16所示。图中Ip为并联并网系统中其他逆变器的电流总和。有4个输入量影响逆变器的输出电流IL2，分别是：参考电流I*；逆变桥放大干扰Err；电网电压Ug；其他并联逆变器电流Ip。这4个量对并网电流IL2的传递函数分别表示为GIL2(s)、GeL2(s)、GpL2(s)和GgL2(s)：
式(8-5)—(8-8)中的GO1(s)、GO2(s)的具体表达式见式(8-9)、(8-10)。式(8-9)、(8-10)分别是式(8-5)、(8-6)的开环传递函数，用以分析根轨迹图、奈奎斯特图和高斯表等。
考虑升压变压器和线路阻抗的影响，逆变器的输出电流可能存在谐振点。其中Err作为谐波源被迅速衰减，不会产生谐振，由参考电流I*作为谐波源，所引起的谐振称为内部谐振；由其他并联逆变器并网电流Ip作为谐波源，所引起的谐振称为并联谐振；由电网电压Ug作为谐波源，所引起的谐振称为串联谐振。这3种谐振的谐振点在同一频率。
波电容越大谐振频率越低。LCL滤波器其他参数对谐振频率的影响，均可以用上述方法获得。当并联逆变器台数增多时，流过电网等效戴维宁阻抗Lg、Rg的电流成倍增加。若n台完全相同的逆变器并联，则流过电网等效阻抗的电流为nIL2。折算到单台逆变器等效电路中，相当于线路阻抗扩大n倍。所以并联逆变器台数直接影响各台逆变器所见的电网戴维宁等效阻抗，进而间接影响谐振频率。随着并联台数增多，谐振频率会降低。当其他并联逆变器并网功率增大时，流过电网等效阻抗Lg、Rg的电流增大，相当于单台逆变器控制模型中的电网阻抗增大，也会对谐振频率产生间接影响。
并联逆变器集群发生谐振是逆变器内部的滤波器、变压器参数与逆变器外部的电网等效阻抗参数共同作用引起的。这样就可以通过修改逆变器输出阻抗参数或者修改电网等效阻抗参数来抑制谐振。修改电网阻抗参数可以通过安装RC阻尼器或增加其他无源元件来实现，然而这种方法不仅增加了建设成本，而且会造成更大的损耗，不利于系统的经济运行。而且改变电网阻抗没有从根本上消除谐振，很可能会产生其他频率下的谐振。更有效的方法是通过优化逆变器的控制算法，调整逆变器的输出阻抗，以期避免逆变器输出阻抗参数与电网等效阻抗参数匹配而发生谐振。在不改变硬件拓扑也不增加传感器的前提下，考虑给谐波电流增加一条电导回路。
首先将UC的谐波电压成份分离出来，通过有源谐波得到谐波电流，再将这部分谐波电流回送到参考电流中计算，在调制波U* PWM的生成过程中减掉产生谐波电流所需要的电压，而对基波没有影响。在三相系统中，参考电流分为I* d和I* q，则谐波电流也被分解到dq轴上分别与参考电流计算。图中滤波器的目的是滤掉直流信号中的交流分量，在模拟系统中可以选择截止频率很低的高阶滤波器，在数字系统中可以采用整数周期时间内求平均的方法。
如图17为有源阻尼器的基本结构图，有源阻尼器由三相两电平电压源变换器拓扑和谐振阻尼控制器组成，该结构不需要储能装置，因此只需在直流侧加电容即可。有源阻尼器只用来减弱多逆变器并联工作所引起的谐振问题。与传统APF的不同点在于，传统APF用来消除稳态的谐波。有源阻尼器不需要很大的容量，因此其开关频率可以很高，同时，控制带宽也可以提高。
图18(a)所示结构与电阻式有源电力滤波器(R-APF)类似，所不同的是，传统的R-APF需要检测并消除基波以外的所有谐波，而有源阻尼器中的阻尼电阻Rd,ref只需消除谐振具有谐振频率的谐波，其实现方法是通过谐振检测模块从公共并网点处的谐波电压Vpcc,h中提取出谐振电压成分。
图18(b)为另一种结构的谐振阻尼器，宽带宽的谐振电压控制器用来直接补偿谐振成分，该谐振电压控制器采用非理想形式的谐振控制器，其表达式为：
其中Rd,e，Rd,ref分别为实际的阻尼阻抗和参考的阻尼阻抗。ωr和ωc分别表示谐振频率和谐振控制器的频率。与传统的谐振控制器在谐振频率处有无穷大增益不同的是，该非理想谐振控制器被设计成阻尼阻抗的倒数，ωc用来覆盖相邻的谐振频率。而且，为了让谐振控制器能够适应可变的谐振频率，谐振频率检测模块使用了离散傅里叶变换(DFT)方法。因此，谐振控制器即实现了谐振电压成分的提取，又完成了谐振阻抗的功能。
在逆变系统中，电路运行的可靠性是拓扑设计需要考虑的主要指标之一。在电路工作过程中，例如直通或者反向恢复过慢等问题会直接影响一个电路工作的可靠性。Dual-Buck逆变器能够在不加死区保护的情况下解决以上的问题。但是较低的电感利用率使得整个系统的体积和重量增大。首先总结了几种传统的Dual-Buck电路拓扑以及一种单电感结构的Dual-Buck逆变器。然后提出了能够改善基于MOSFET逆变器可靠性的方法。新型的方法在保留传统Dual-Buck逆变器高可靠性的基础上解决了电感利用率低的问题，而且相比于之前的单电感Dual-Buck逆变器损耗更小，控制复杂度更低，具有较为实际的应用价值。最后，仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。
随着新能源发电技术的迅速发展，逆变电路运行的可靠性受到越来越广泛的关注。然而，直通问题对电路的可靠性来说是主要威胁。传统的解决电路直通危险的方法是增加死区。然而，死区会导致输出电流波形的畸变，而且，在死区时间内，电流可能会流经开关的体二极管从而导致反向恢复失败。
为了解决上述问题，Dual-Buck逆变器是一种能够改善电路可靠性的拓扑。通过并联两组单相Buck电路，Dual-Buck逆变器能够避免直通的危险,而且续流电流会流经独立的二极管,从而解决MOSFET体二极管的反向恢复问题。然而，Dual-Buck逆变器的主要缺点是电感利用率较低，在每个工作模式下只有一半的电感得到利用，增加了系统的成本和体积。
为了改善Dual-Buck拓扑的电感利用率，有文献提出了一种基于单电感的Dual-Buck逆变器。此电路能够对电感进行充分利用。但是相比于传统电路增加了两个开关，在续流状态下电流流经4个开关，因此导通损耗会有所增加，不利于整体效率的提升。
本公开提出一种改善逆变器可靠性的方法，尤其是针对基于MOSFET的逆变器电路。提出的方法分为两种电路结构,分别为：无缓冲电感的Dual-Buck桥臂和带缓冲电感的Dual-Buck桥臂。将上述两种桥臂结构应用于全桥逆变器中所构成的新型电路拓扑具有以下优势：首先保持了传统Dual-Buck电路的高可靠性，在不加死区的情况下无直通危险，其次，新型电路能够大幅提高Dual-Buck结构的电感利用率，第三点，提出的电路相比于文献中的结构节省了2个开关，从而具有更低的导通损耗和更为简单的控制策略。最后仿真和实验验证了理论分析的可行性。
如图19(a)-(c)所示为几种传统的Dual-Buck逆变器电路，Dual-Buck拓扑的主要缺点是电感利用率只有50％，为了解决这个问题，一种单电感Dual-Buck结构，这种逆变器虽然能够充分利用电感，但是额外增加的两个开关增加了导通损耗和控制复杂度，而且反向串联的两个开关在流通电流时也会存在反向恢复的问题。
为了解决上述直通以及反向恢复等问题，本实施例提出了两种新型的Dual-Buck电路，新型拓扑保留了传统Dual-Buck逆变器的优点，而且能够解决电感利用率较低的问题，相比于文献中的单电感电路具有导通损耗小，控制复杂度低等优势。
提出一种改进型单电感桥臂，如图20(a)所示为传统Dual-Buck桥臂和改进型的单电感桥臂。可以看出传统Dual-Buck结构的两个电感被两个二极管和一个电感代替，将改进桥臂应用于全桥逆变器中得到如图20(b)所示新型电路结构。相比于现有的所示的结构，本公开提出的拓扑节省了2个开关，具有更低的导通损耗和控制复杂度。
提出电路的四种工作状态如图21(a)-(d)所示，一种简单的单极性正弦载波调制策略可以用于控制此电路的开关动作。下面对四种工作模式进行分析：
模式1：在电网电压正半周期，S1高频动作，S4保持导通，当S1和S4均导通时，电流依次流经S1，电网和S4。
模式2：当S1关断，电流依次流经D2、电网和S4。如图21(b)所示，在续流阶段，二极管D4阻止了电流流经开关管S2的体二极管，从而避免了MOSFET反向恢复失败导致的直通问题。
模式3：在电网电压负半周期，S2高频动作，S3保持导通，当S2和S3均导通时，电流依次流经S3，电网和S2。
模式4：当S2关断，电流依次流经S3、电网和D1。如图21(d)所示，在续流阶段，二极管D3阻止了电流流经开关管S1的体二极管，从而避免了MOSFET反向恢复失败导致的直通问题。
还提供一种改进型缓冲电感Dual-Buck逆变电路，如图22所示，提出的改进型缓冲电感Dual-Buck逆变器。通过在传统Dual-Buck桥臂中间增加一个感值很小的缓冲电感也可以有效提高电路的可靠性并且避免直通以及反向恢复问题。
如图23(a)-(d)所示为基于缓冲电感Dual-Buck逆变器的四种工作模式，同样一种简单的单极性调制策略可以控制该电路的运行。值得注意的是在续流阶段，缓冲电感具有阻止电流流向MOSFET体二极管的作用，从而避免了反向恢复过慢带来的直通危险。以负半周期为例，如图23(d)所示，电流依次流经S3、电网和D1，由于缓冲电感中电流无法突变，因此，电流不会在由图23(c)模态转向图23(d)模态时流经S1的体二极管，从而解决了反向恢复问题，可靠性得到改善。此外，缓冲电感感值远小于滤波电感，因此此电路的电感利用率相比传统Dual-Buck电路有大幅度提升，而且相比于文献所示的单电感Dual-Buck逆变器节省两个开关，具有更低的导通损耗和更为简单的控制方式。
两种结构都能够大幅度提升传统Dual-Buck逆变器的电感利用率，节省了成本和体积。无缓冲电感结构仅需要一个滤波电感，因此节省了电感铁芯，仅需要增加两个二极管来提供续流回路，虽然一定程度上增加了导通损耗，但是相比于文献中的单电感结构在效率方面仍然具有一定的优势。基于缓冲电感的结构虽然增加了一个感值较小的电感，但是没有增加额外的器件导通损耗，所以效率上具有优势，而且电感利用率为95.5％，相比传统Dual-Buck逆变器有大幅度改善。所以提出的两种改进型结构各有优点，具有实际的应用价值。
综上，本实施例提供了计及线路阻抗的可再生能源发电系统并网控制方法，保证可再生能源并网系统在配电网中合格并网。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法,其特征是：包括以下步骤：
搭建多可再生能源发电系统接入配电网模型；
对高线路阻抗情况下单一可再生能源发电系统的并网控制；利用抑制谐波环流和直流环流的控制对配电网模型中多逆变器并联进行控制。
2.如权利要求1所述的一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法,其特征是：所述搭建多可再生能源发电系统接入配电网模型的过程中，具体包括以下步骤：
1)搭建LCL型三相逆变器系统并调试；
2)搭建L型三相逆变器系统并调试；
3)搭建L型单相逆变器系统并调试；
4)搭建非线性负荷系统并调试；
5)综合搭建的LCL型三相逆变器系统、L型三相逆变器系统、L型单相逆变器系统和非线性负荷系统，形成整体多可再生能源发电系统并调试。
3.如权利要求2所述的一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法,其特征是：所述LCL型三相逆变器系统、L型三相逆变器系统、L型单相逆变器系统均为基于MOSFET的逆变器电路。
4.如权利要求2所述的一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法,其特征是：所述逆变器电路结构包括全桥逆变电路，所述全桥逆变电路的一侧桥臂包括改进型Dual-Buck逆变器电路，所述改进型Dual-Buck逆变器电路将Dual-Buck结构的两个电感分别用连接方向相反的二极管代替，且两个二极管的连接处设置有一个电感，所述电感的另一端连接在全桥逆变电路的中间端。
5.如权利要求2所述的一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法,其特征是：所述逆变器电路结构包括全桥逆变电路，所述全桥逆变电路的一侧桥臂包括缓冲电感型Dual-Buck逆变器电路，所述缓冲电感型Dual-Buck逆变器电路将Dual-Buck结构的桥臂中间增加一缓冲电感，所述缓冲电感的另一端连接在全桥逆变电路的中间端。
6.如权利要求1所述的一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法,其特征是：所述高线路阻抗情况下单一可再生能源发电系统的并网控制中，具体包括LCL滤波并网逆变器电流控制，利用单电流闭环控制、前向通路附加数字滤波器的有源阻尼控制或基于附加变量反馈的有源阻尼对LCL滤波器固有谐振进行抑制；
或,所述高线路阻抗情况下单一可再生能源发电系统的并网控制中，对单个LCL逆变器，使用桥臂电流、电容电压双环有源阻尼控制。
7.如权利要求1所述的一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法,其特征是：所述高线路阻抗情况下单一可再生能源发电系统的并网控制中，当N个LCL逆变器并联时，将其视为多输入多输出系统，通过修改逆变器输出阻抗参数或者修改电网等效阻抗参数来抑制谐振；
或,通过安装RC阻尼器或增加其他无源元件来实现修改电网阻抗参数。
8.如权利要求1所述的一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法,其特征是：所述利用抑制谐波环流和直流环流的控制对配电网模型中多逆变器并联进行控制中，将谐波电压成份分离出来，通过有源谐波得到谐波电流，再将这部分谐波电流回送到参考电流中计算，在调制波的生成过程中减掉产生谐波电流所需要的电压；
或,所述利用抑制谐波环流和直流环流的控制对配电网模型中多逆变器并联进行控制中，通过谐振检测模块从公共并网点处的谐波电压中提取出谐振电压成分。
9.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-8中任一项所述的一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法。
10.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-8中任一项所述的一种分布式发电系统接入配电网电能质量控制方法。
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