CN114928104A - 单相逆变器并联控制装置和控制方法 - Google Patents

单相逆变器并联控制装置和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单相逆变器并联控制装置和控制方法，该控制装置包括：公共负载、逆变器受控单元和控制驱动单元，其中，控制驱动单元用于采集公共负载两端的第一电压信号和相应的逆变器受控单元的主电路电流信号，并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号，以及根据有功功率信号和无功功率信号生成得到PWM信号，并通过PWM信号对相应的逆变器中的功率开关管进行通断控制。本发明在生成PWM信号过程中通过电压电流双闭环控制、有功功率电压幅值控制和虚拟阻抗设置，使得本发明能够解决传统下垂控制方法在孤岛模式下输出电压过冲大的问题，并提高系统动态性能、逆变器功率分配精度和输出电压质量。

Description

单相逆变器并联控制装置和控制方法
技术领域
本发明涉及逆变器控制技术领域，尤其涉及一种单相逆变器并联控制装置和控制方法。
背景技术
新能源分布式发电对于构建我国能源安全战略具有重要意义。分布式发电和储能装置大多通过逆变器作为最终环节并接入公共电网，孤岛模式下接入用户端，但往往需要多台逆变器的并联，以提高容量、冗余度和安全性。逆变器并联的一项关键技术就是使用下垂控制，国内外专家学者在传统下垂控制的基础上展开了一系列改进下垂控制策略的研究。常用的方法有：解耦矩阵法、虚拟阻抗法和自适应下垂系数法等。但上述方法在孤岛模式下逆变器的输出电压精度、功率分配精度和并机瞬间电压过冲大的问题没有得到有效的解决。
此外，对于逆变器并联的下垂控制方法，要求逆变器并机瞬间的电压调整时间短，传统下垂控制方法并不能满足要求，即系统的动态性能较差，同时也降低了输出电压质量。
因此，现有的逆变器并联控制方法存在并机瞬间电压过冲大、逆变器输出电压精度、功率分配精度、输出电压质量低和系统动态性能差的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种单相逆变器并联控制装置，以解决传统下垂控制方法在孤岛模式下输出电压过冲大的问题，并提高系统动态性能、逆变器功率分配精度和输出电压质量。
本发明的第二个目的在于提供一种单相逆变器并联控制方法。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种单相逆变器并联控制装置，包括：
公共负载；
若干组逆变器受控单元，每一组逆变器受控单元包括：直流电源、逆变器、并联开关、滤波电感和滤波电容，其中，直流电源的正负端与所述逆变器的正负输入端连接，所述逆变器的第一输出端与所述滤波电感的第一端连接，所述滤波电感的第二端和所述并联开关的第一端均与所述滤波电容的第一端连接，所述逆变器的第二输出端与所述滤波电容的第二端连接；各组逆变器受控单元中的并联开关的第二端相连具有第一结点，各组逆变器受控单元中的滤波电容的第二端相连具有第二结点，所述公共负载的两端分别与所述第一结点和所述第二结点连接；
若干组控制驱动单元，每一组控制驱动单元与所述公共负载和相应的逆变器受控单元连接，每一组控制驱动单元用于采集所述公共负载两端的第一电压信号和相应的所述逆变器受控单元的主电路电流信号，并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号，以及根据所述有功功率信号和无功功率信号生成得到PWM信号，并通过所述PWM信号对相应的逆变器中的功率开关管进行通断控制。
可选的，每一组控制驱动单元包括：
传感器组件，所述传感器组件包括：
电压传感器，与所述公共负载并联，所述电压传感器用于采集所述公共负载两端的所述第一电压信号；
电流传感器，串联在相应的所述滤波电感和所述逆变器之间，所述电流传感器用于采集相应的所述逆变器受控单元的主电路电流信号；
DSP控制及功率计算模块，分别与所述电压传感器和所述电流传感器连接，所述DSP控制及功率计算模块用于对所述第一电压信号和所述主电路电流信号进行数字处理并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号。
可选的，每一组控制驱动单元还包括有功功率电压幅值控制模块，所述有功功率电压幅值控制模块包括：
幅值误差前馈子模块，与相应的所述电压传感器连接，所述幅值误差前馈子模块用于对给定的额定电压信号和所述第一电压信号进行处理，得到电压前馈信号；
有功电压下垂子模块，与所述DSP控制及功率计算模块的有功功率信号输出端连接，所述有功电压下垂子模块用于确定有功电压下垂系数，并通过所述有功电压下垂系数对所述有功功率信号进行增益处理。
可选的，每一组控制驱动单元还包括无功功率频率控制模块，所述无功功率频率控制模块包括：
电网频率给定子模块，用于给定相应的所述逆变器输出电压的额定电压角频率；
无功频率下垂子模块，与所述DSP控制及功率计算模块的无功功率信号输出端连接，所述无功频率下垂子模块用于确定无功频率下垂系数，并通过所述无功频率下垂系数对所述无功功率信号进行增益处理。
可选的，每一组控制驱动单元还包括积分模块，所述积分模块包括：
有功电压积分子模块，分别与所述幅值误差前馈子模块和所述有功电压下垂子模块连接，所述有功电压积分子模块用于根据所述电压前馈信号和增益处理后的有功功率信号积分得到第二电压信号；
无功电压积分子模块，分别与所述电网频率给定子模块和所述无功频率下垂子模块连接，所述无功电压积分子模块用于根据所述额定电压角频率和增益处理后的无功功率信号积分得到第三电压信号。
可选的，每一组控制驱动单元还包括：
电压合成模块，分别与所述有功电压积分子模块和所述无功电压积分子模块连接，所述电压合成模块用于合成所述第二电压信号和所述第三电压信号得到第四电压信号；
电压反馈模块，与相应的所述电压传感器连接，所述电压反馈模块用于对所述第一电压信号进行增益处理，得到第五电压信号；
虚拟阻抗模块，与相应的所述电流传感器连接，所述虚拟阻抗模块用于根据相应的所述主电路电流信号计算得到第六电压信号。
可选的，每一组控制驱动单元还包括电压电流双环控制模块，所述电压电流双环控制模块包括：
电压PI控制子模块，分别与所述电压合成模块、所述电压反馈模块和所述虚拟阻抗模块连接，所述电压PI控制子模块用于对所述第四电压信号和所述第六电压信号相减后的信号与所述第五电压信号的误差信号进行PI控制，并输出第七电压信号；
电流P控制模块，分别与所述电压PI控制子模块和相应的所述电流传感器连接，所述电流P控制模块用于根据所述主电路电流信号对所述第七电压信号进行比例控制，并输出第八电压信号。
可选的，每一组控制驱动单元还包括驱动模块，所述驱动模块包括：
PWM生成子模块，与所述电流P控制模块连接，所述PWM生成子模块用于根据所述第八电压信号生成PWM信号，并通过所述PWM信号对相应的逆变器中的功率开关管进行通断控制；
保护开关，分别与所述DSP控制及功率计算模块、所述PWM生成子模块和所述功率开关管连接，所述DSP控制及功率计算模块在检测到相应的主电路电流大于预设电流阈值时，控制所述保护开关断开。
可选的，所述公共负载为纯电阻，所述虚拟阻抗模块中的虚拟阻抗为纯电阻阻抗。
为达到上述目的，本发明第二方面提供了一种单相逆变器并联控制方法，所述方法包括：
采集公共负载两端的第一电压信号和逆变器受控单元的主电路电流信号，并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号；
确定额定电压前馈信号，并对所述有功功率信号进行增益处理，以及根据所述电压前馈信号和增益处理后的有功功率信号积分得到第二电压信号；
给定相应的所述逆变器输出电压的额定电压角频率，并对所述无功功率信号进行增益处理，以及根据所述额定电压角频率和增益处理后的无功功率信号积分得到第三电压信号；
合成所述第二电压信号和所述第三电压信号得到第四电压信号，并对所述第一电压信号进行增益处理，得到第五电压信号，以及通过虚拟阻抗和所述主电路电流信号计算得到第六电压信号；
对所述第四电压信号和所述第六电压信号相减后的信号与所述第五电压信号的误差信号进行PI控制，并输出第七电压信号，以及根据所述主电路电流信号对所述第七电压信号进行比例控制，并输出第八电压信号；
根据所述第八电压信号生成PWM信号，并通过所述PWM信号对相应的逆变器中的功率开关管进行通断控制。
本发明至少具有以下技术效果：
本发明通过采集公共负载两端的第一电压信号和逆变器受控单元的主电路电流信号，并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号，然后根据有功功率信号和无功功率信号得到PWM信号，并通过该PWM信号对逆变器中的功率开关管进行通断控制，其中，在根据有功功率信号和无功功率信号得到PWM信号过程中还引入了电压前馈信号，以提高输出电压精度，保证输出电压质量，并且通过有功电压下垂系数和无功频率下垂系数的处理，可提高系统的动态性能，以及通过设置虚拟阻抗可提高逆变器的功率分配精度，并采用双环电压电流控制可解决并机瞬间电压过冲大的问题。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的单相逆变器并联控制装置的结构框图；
图2为本发明一实施例提供的单相逆变器并联受控电路拓扑图；
图3为本发明一实施例提供的控制驱动单元电路拓扑图；
图4为本发明一实施例提供的单相逆变器并联控制方法的流程图；
图5为本发明一实施例提供的两台单相逆变器并联输出电压有效值波形图；
图6为本发明一实施例提供的两台单相逆变器并机瞬间的逆变器瞬时电压波形图；
图7为本发明一实施例提供的两台单相逆变器并联有功功率波形图。
具体实施方式
下面详细描述本实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本实施例的单相逆变器并联控制装置和控制方法。
图1为本发明一实施例提供的单相逆变器并联控制装置的结构框图。如图1所示，该单相逆变器并联控制装置包括：公共负载10、若干组逆变器受控单元20和若干组控制驱动单元30。
其中，如图2所示，每一组逆变器受控单元20包括：直流电源DG、逆变器N、并联开关S、滤波电感L和滤波电容C，其中，直流电源DG的正负端与逆变器N的正负输入端连接，逆变器N的第一输出端与滤波电感L的第一端连接，滤波电感L的第二端和并联开关S的第一端均与滤波电容C的第一端连接，逆变器N的第二输出端与滤波电容C的第二端连接；各组逆变器受控单元20中的并联开关S的第二端相连具有第一结点，各组逆变器受控单元20中的滤波电容C的第二端相连具有第二结点，所述公共负载10即负载R的两端分别与第一结点和第二结点连接。
每一组控制驱动单元30与公共负载10和相应的逆变器受控单元20连接，每一组控制驱动单元30用于采集公共负载10即负载R两端的第一电压信号和相应的逆变器受控单元20的主电路电流信号，并进行功率计算得到相应的逆变器N输出的有功功率信号和无功功率信号，以及根据有功功率信号和无功功率信号生成得到PWM(Pulse width modulationwave，脉冲宽度调制)信号，并通过PWM信号对相应的逆变器N中的功率开关管进行通断控制。
具体的，图2为多台单相逆变器并联的等效电路图。如图2所示，若干组逆变器受控单元20包括：输入直流电源DG1至DGi、滤波电感L1至Li，滤波电容C1至Ci，第一并联开关S1至第i并联开关Si，逆变器N1至逆变器Ni和公共负载10即负载R。其中，滤波电容C1至Ci为无极性电容，公共负载10为纯电阻负载。其中，i取值大于1且为整数。
以两台单相逆变器为例，可先将主电路中直流电源DG1和DG2均通电，然后控制驱动单元30通电，并使得第一逆变器N1的第一并联开关S1处于常闭状态，第二逆变器N2的第二并联开关S2处于断开状态。此时，两台逆变器N1和N2均正常工作。然后，可将第二逆变器N2的第二并联开关S2闭合即第二逆变器N2并联上第一逆变器N1，通过示波器观察系统的各项指标，如并机瞬间负载端的电压变化。其中，第二并联开关S2实验实施中为两金氧半场效晶体管和/或绝缘栅双极型晶体管的反串联，并由控制驱动单元30中的DSP(Digital SignalProcessing，数字信号处理)控制其通断，由此可实现多台单相逆变器的并联。
进一步的，可通过每一组的控制驱动单元30采集负载R两端的电压反馈信号，并采集相应的主电路电流信号即流经滤波电感L的电流信号，然后输入到DSP中进行数字处理，并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号，以便于后期处理生成PWM信号，并通过PWM信号对相应的逆变器中的功率开关器件如开关管进行通断控制。
如图3所示，每一组控制驱动单元30包括：传感器组件31和DSP控制及功率计算模块32，传感器组件31包括电压传感器311和电流传感器312。
本实施例中，电压传感器311与公共负载10并联，该电压传感器311用于采集公共负载10两端的第一电压信号；电流传感器312串联在相应的逆变器受控单元20中的滤波电感L和逆变器之间，电流传感器312用于采集相应的逆变器受控单元20的主电路电流信号；DSP控制及功率计算模块32分别与电压传感器311和电流传感器312连接，DSP控制及功率计算模块32用于对第一电压信号和主电路电流信号进行数字处理并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号。
具体的，可实时检测逆变器Ni的输出电压即第一电压信号Vi和滤波电感Li的电流iLi，并通过DSP控制及功率计算模块32实时计算获得有功功率信号Pi和无功功率信号Qi。
如图3所示，每一组控制驱动单元30还包括有功功率电压幅值控制模块33，所述有功功率电压幅值控制模块33包括：幅值误差前馈子模块331和有功电压下垂子模块332。
其中，幅值误差前馈子模块331与相应的电压传感器311连接，所述幅值误差前馈子模块331用于对给定的额定电压信号E*和第一电压信号进行处理，得到电压前馈信号；有功电压下垂子模块332与DSP控制及功率计算模块32的有功功率信号输出端连接，有功电压下垂子模块332用于确定有功电压下垂系数mi，并通过所述有功电压下垂系数mi对所述有功功率信号Pi进行增益处理。
具体的，可在控制驱动单元30中设置有功功率电压幅值控制模块33，该模块涉及幅值误差前馈和有功参与调节部分。其中，幅值误差前馈子模块331具体是用于引入实时检测到的逆变器输出电压即第一电压信号与给定的参考电压幅值即额定电压信号E*的误差信号的反馈，它可以抵消由于下垂效应和负载效应引起的逆变器输出电压掉落，使输出电压稳定在一定的范围内，并提高输出电压精度和电压质量。其中，有功电压下垂子模块332具体用于有功电压下垂系数mi的选取，它影响幅值的跟踪速度以及投切逆变器后引起负载电压幅值发生波动时输出电压的动态性能和有功功率的变化程度，同时使逆变器具有幅值下垂特性，并影响有功功率电压幅值控制模块33的整体相应性能。
本实施例中，幅值误差前馈子模块331满足式K(E*-Vi)＝miPi，式中K为放大增益，E*为给定的额定电压信号，Vi为每台逆变器实时输出电压值，即第一电压信号值，mi为有功电压下垂系数，Pi为每台逆变器对应的DSP控制及功率计算模块32实时获得的有功功率。本实施例中通过幅值误差前馈的控制方式可以减少或消除计算误差、噪声和干扰，从而可稳定输出电压的精度。
如图3所示，每一组控制驱动单元30还包括无功功率频率控制模块34，所述无功功率频率控制模块34包括电网频率给定子模块341和无功频率下垂子模块342。
其中，电网频率给定子模块341用于给定相应的所述逆变器输出电压的额定电压角频率ω*；无功频率下垂子模块342与DSP控制及功率计算模块32的无功功率信号输出端连接，无功频率下垂子模块342用于确定无功频率下垂系数ni，并通过所述无功频率下垂系数ni对无功功率信号进行增益处理。
请继续参考图3，每一组控制驱动单元30还包括积分模块35，所述积分模块35包括有功电压积分子模块351和无功电压积分子模块352。
其中，有功电压积分子模块351分别与幅值误差前馈子模块331和有功电压下垂子模块332连接，所述有功电压积分子模块351用于根据电压前馈信号和增益处理后的有功功率信号积分得到第二电压信号；无功电压积分子模块352分别与电网频率给定子模块341和无功频率下垂子模块342连接，所述无功电压积分子模块352用于根据额定电压角频率ω*和增益处理后的无功功率信号积分得到第三电压信号。
本实施例中，相较于传统下垂控制方法中只在无功-频率下垂后添加了积分环节，还在有功-幅值下垂后引入了积分环节1/s，从而可以使得每台逆变器有功功率的输出也不受并联逆变器必须具有等效阻抗的影响。
进一步的，每一组控制驱动单元30还包括电压合成模块36、电压反馈模块37和虚拟阻抗模块38。其中，电压合成模块36分别与有功电压积分子模块351和无功电压积分子模块352连接，电压合成模块36用于合成第二电压信号和第三电压信号得到第四电压信号；电压反馈模块37与相应的电压传感器311连接，电压反馈模块37用于对第一电压信号进行增益处理，得到第五电压信号；虚拟阻抗模块38与相应的电流传感器312连接，虚拟阻抗模块38用于根据相应的主电路电流信号计算得到第六电压信号。
其中，电压合成模块36的计算公式为：
Figure BDA0003674906190000091
式中，uref为合成后的参考电压信号即第四电压信号，Ei为有功-电压下垂获得的电压幅值，ω和
Figure BDA0003674906190000092
分别为无功-频率下垂获得的电压信号所对应的角频率和预同步的相位值。
本实施例中，虚拟阻抗模块38设置合理的虚拟阻抗数值，可提高阻性线路阻抗下逆变器并联的功率分配精度，同时解决由于线路阻抗的存在及阻抗差异导致的稳定性、功率按比例分配和并联逆变器间环流的问题。具体而言，本实施例通过引入纯阻性的虚拟阻抗，可以显著改善电压均分精度，降低有功电压和无功频率之间的耦合，并且由于电压误差前馈的存在，加入纯电阻性的虚拟阻抗可不用考虑由此带来的电压降。
请继续参考图3，每一组控制驱动单元30还包括电压电流双环控制模块39，所述电压电流双环控制模块39包括电压PI控制子模块391和电流P控制模块392。
其中，电压PI控制子模块391分别与电压合成模块36、电压反馈模块37和虚拟阻抗模块38连接，所述电压PI控制子模块391用于对第四电压信号和第六电压信号相减后的信号与第五电压信号的误差信号进行PI控制，并输出第七电压信号；电流P控制模块392分别与电压PI控制子模块391和相应的电流传感器312连接，电流P控制模块392用于根据主电路电流信号对第七电压信号进行比例控制，并输出第八电压信号。
具体的，可将虚拟阻抗值和逆变器实时采样的电流相乘得到的第六电压信号值与uref即第四电压信号值相减得到一电压信号值，再对此电压信号值与电压反馈模块37输出的第五电压信号值的误差进行PI控制得到第七电压信号，电流P控制模块392再根据获取的主电路电流信号对第七电压信号进行P控制，并对外发送输出结果。
本实施例中，在加入虚拟阻抗和双环电压电流控制后，逆变器等效输出阻抗为：
Figure BDA0003674906190000101
其中，Z(s)为未加虚拟阻抗前的逆变器自身输出阻抗，RD为加入的虚拟阻抗值，Ginv(s)为逆变器闭环传递函数，Kvp和Kvi分别为PI控制的系数，Kp为P控制系数，Kpwm为等效逆变器比例系数。
本实施例中，加入电压外环的传递函数为：
Figure BDA0003674906190000102
根据该传递函数穿越频率设计为工频的15-20倍来选取Kvp和Kvi的值，并且使得满足相频特性曲线的相角裕度在30度至60度内；其中，Kp的选值则是根据电流内环传递函数与二阶标准振荡环节的比较得来。
需要说明的是，虚拟阻抗模块38选取虚拟阻抗是根据Zv(s)的伯德图中相频特性曲线在基频附近进入正负1度的误差带时所确定。最佳虚拟阻抗值则可令Zv(s)函数的虚部为0，从而可以使得加入虚拟阻抗后的逆变器等效输出阻抗为纯阻性，使得功率解耦效果最佳。
下面是以两台单相全桥逆变器的仿真实例：
表1仿真参数
直流电源电压 V<sub>dc</sub>＝360V
额定电压信号幅值 E<sup>*</sup>＝230V
额定电压角频率 ω<sup>*</sup>＝314rad/s
滤波参数 L＝3.6mH，C＝4.7uF
基波频率 f<sup>*</sup>＝50Hz
开关频率 f<sub>s</sub>＝50kHz
逆变器N<sub>i</sub>参数 K＝1，K<sub>e</sub>＝60,K<sub>p</sub>＝0.1087，K<sub>vp</sub>＝0.032，K<sub>vi</sub>＝20
有功电压下垂系数 m<sub>i</sub>＝0.001804V/W
无功频率下垂系数 n<sub>i</sub>＝0.003977(rad/s)/Var
公共负载 R＝41.5Ω
设加入的虚拟阻抗为RD，则可以解得加入虚拟阻抗后的逆变器输出阻抗在基频处的函数为：
Figure BDA0003674906190000111
令Zv(jω)虚部为0，解得RD＝38.3Ω。此时加入虚拟阻抗后逆变器等效输出阻抗为纯阻性，功率解耦效果最好。需要说明的是，由于电压误差前馈的存在，不用考虑虚拟阻抗的加入影响逆变器输出电压的压降。
本实施例中，在虚拟阻抗模块38输出信号后引入电压电流双闭环控制，可以有效改善逆变器输出交流电压的超调量，从而避免孤岛模式下，并机的瞬间功率过大造成系统的瘫痪，其中，加入电流环可以实现每台逆变器电流的精确跟踪和均分。
请继续参考图3，每一组控制驱动单元30还包括驱动模块40，所述驱动模块40包括PWM生成子模块401和保护开关402。
其中，PWM生成子模块401与电流P控制模块392连接，PWM生成子模块401用于根据第八电压信号生成PWM信号，并通过PWM信号对相应的逆变器中的功率开关管进行通断控制；保护开关402分别与DSP控制及功率计算模块32、PWM生成子模块401和功率开关管连接，DSP控制及功率计算模块32在检测到相应的主电路电流大于预设电流阈值时，可控制保护开关402断开。
本实施例中，DSP控制及功率计算模块32实时获取电流传感器312检测到的信号，该信号一旦超出设定的电流阈值，则立刻切断驱动信号即PWM信号，以起到保护系统的作用。
需要说明的是，保护开关402可为断路器，具体可为两个开关管的反串联结构，可承受正反压，当流经滤波电感的电流过大时，通过DSP控制及功率计算模块32控制其断路，以起到保护逆变器并联系统的作用。
进一步的本发明还提供了一种单相逆变器并联控制方法，如图4所示，所述方法包括：
步骤S1：采集公共负载两端的第一电压信号和逆变器受控单元的主电路电流信号，并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号。
步骤S2：确定额定电压前馈信号，并对有功功率信号进行增益处理，以及根据电压前馈信号和增益处理后的有功功率信号积分得到第二电压信号。
步骤S3：给定相应的逆变器输出电压的额定电压角频率，并对无功功率信号进行增益处理，以及根据额定电压角频率和增益处理后的无功功率信号积分得到第三电压信号。
步骤S4：合成第二电压信号和第三电压信号得到第四电压信号，并对第一电压信号进行增益处理，得到第五电压信号，以及通过虚拟阻抗和主电路电流信号计算得到第六电压信号。
步骤S5：对第四电压信号和第六电压信号相减后的信号与第五电压信号的误差信号进行PI控制，并输出第七电压信号，以及根据主电路电流信号对第七电压信号进行比例控制，并输出第八电压信号。
步骤S6：根据第八电压信号生成PWM信号，并通过PWM信号对相应的逆变器中的功率开关管进行通断控制。
具体的，可分别检测两台逆变器的输出电流iL1，iL2和电压V1，V2，并计算出实时的有功功率Pi和无功功率Qi的值。每台逆变器对应的电压传感器的输出信号经过DSP控制及功率计算模块处理后取有效值RMS，然后与额定电压信号作差后放大Ke倍，送入有功电压下垂子模块，本步骤除将实时有功功率Pi输入有功功率电压幅值控制模块之外，还将无功功率Qi输入至无功功率频率控制模块，并在经过积分模块处理后，进行电压合成。
其中，有功功率电压幅值控制模块和无功功率频率控制模块的PQ下垂控制器可分别设计为：
Ei＝E*-miPi (4)
ωi＝ω*+niQi (5)
进一步的，可通过DSP控制及功率计算模块对虚拟阻抗模块的取值与电流传感器输出信号进行运算处理，然后将运算结果与电压合成信号相减，并将电压反馈的最终结果送入电压电流双环控制和驱动模块，输出得到PWM信号，以通过PWM信号对相应的逆变器中的功率开关管进行通断控制。
进一步的本发明还对本实施例的单相逆变器并联控制方法进行了仿真，实例仿真过程为：设计逆变器输出电压有效值230V，总有功功率1275W。逆变器N2始终工作，在1秒时，逆变器N1并入系统。观察两台逆变器输出电压的外特性和功率均分情况。
图5为本申请实施例提供的两台单相逆变器并联输出电压有效值波形图。图6为并机瞬间的逆变器瞬时电压波形图。从波形图可见，启动时，系统调节时间短，动态性能好，电压始终稳定在额定输出电压，并机瞬间，电压过冲较小，输出电压瞬时波形未发生畸变且快速稳定到输出电压额定值。图7为本申请实施例提供的两台单相逆变器并联有功功率波形图。有功功率均分效果好，均分功率相差不超过10W，且动态性能好，稳定性高。
由于低压微电网中线路阻抗主要呈阻性，所以本实施例采用反下垂控制方法，该方法利用了线路阻抗呈阻性时有功-电压(P-E)和无功-频率(Q-f)的下垂特性，与有功-频率(P-f)和无功-电压(Q-E)的传统下垂控制十分类似，易于实施，且具有损耗小、频率变化小等优势。同样，反下垂控制在线路阻抗不平衡时也存在有功功率均衡问题。但是通过本发明中的有功功率电压幅值控制模块，将给定额定电压E*与实际检测到的负载端电压的误差值以反馈方式送入系统中调节，同时添加一个放大系数Ke，使得miPi的值恒为常数，因此可以很好地改善各台逆变器的有功功率分配精度的问题，同时使得电压的压降值不再受到逆变器的输出阻抗的影响，具有强鲁棒性。
综上所述，本发明通过采集公共负载两端的第一电压信号和逆变器受控单元的主电路电流信号，并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号，然后根据有功功率信号和无功功率信号得到PWM信号，并通过该PWM信号对逆变器中的功率开关管进行通断控制，其中，在根据有功功率信号和无功功率信号得到PWM信号过程中还引入了电压前馈信号，以提高输出电压精度和稳定性，保证输出电压质量，改善孤岛模式下输出电压质量差的问题，并且通过有功电压下垂系数和无功频率下垂系数的处理，可提高逆变器并联系统的动态性能，以及通过设置虚拟阻抗可提高逆变器的功率分配精度，并采用双环电压电流控制可降低逆变器并机瞬间电压调整时间和超调量。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种单相逆变器并联控制装置，其特征在于，包括：
公共负载；
若干组逆变器受控单元，每一组逆变器受控单元包括：直流电源、逆变器、并联开关、滤波电感和滤波电容，其中，直流电源的正负端与所述逆变器的正负输入端连接，所述逆变器的第一输出端与所述滤波电感的第一端连接，所述滤波电感的第二端和所述并联开关的第一端均与所述滤波电容的第一端连接，所述逆变器的第二输出端与所述滤波电容的第二端连接；各组逆变器受控单元中的并联开关的第二端相连具有第一结点，各组逆变器受控单元中的滤波电容的第二端相连具有第二结点，所述公共负载的两端分别与所述第一结点和所述第二结点连接；
若干组控制驱动单元，每一组控制驱动单元与所述公共负载和相应的逆变器受控单元连接，每一组控制驱动单元用于采集所述公共负载两端的第一电压信号和相应的所述逆变器受控单元的主电路电流信号，并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号，以及根据所述有功功率信号和无功功率信号生成得到PWM信号，并通过所述PWM信号对相应的逆变器中的功率开关管进行通断控制。
2.如权利要求1所述的单相逆变器并联控制装置，其特征在于，每一组控制驱动单元包括：
传感器组件，所述传感器组件包括：
电压传感器，与所述公共负载并联，所述电压传感器用于采集所述公共负载两端的所述第一电压信号；
电流传感器，串联在相应的所述滤波电感和所述逆变器之间，所述电流传感器用于采集相应的所述逆变器受控单元的主电路电流信号；
DSP控制及功率计算模块，分别与所述电压传感器和所述电流传感器连接，所述DSP控制及功率计算模块用于对所述第一电压信号和所述主电路电流信号进行数字处理并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号。
3.如权利要求2所述的单相逆变器并联控制装置，其特征在于，每一组控制驱动单元还包括有功功率电压幅值控制模块，所述有功功率电压幅值控制模块包括：
幅值误差前馈子模块，与相应的所述电压传感器连接，所述幅值误差前馈子模块用于对给定的额定电压信号和所述第一电压信号进行处理，得到电压前馈信号；
有功电压下垂子模块，与所述DSP控制及功率计算模块的有功功率信号输出端连接，所述有功电压下垂子模块用于确定有功电压下垂系数，并通过所述有功电压下垂系数对所述有功功率信号进行增益处理。
4.如权利要求3所述的单相逆变器并联控制装置，其特征在于，每一组控制驱动单元还包括无功功率频率控制模块，所述无功功率频率控制模块包括：
电网频率给定子模块，用于给定相应的所述逆变器输出电压的额定电压角频率；
无功频率下垂子模块，与所述DSP控制及功率计算模块的无功功率信号输出端连接，所述无功频率下垂子模块用于确定无功频率下垂系数，并通过所述无功频率下垂系数对所述无功功率信号进行增益处理。
5.如权利要求4所述的单相逆变器并联控制装置，其特征在于，每一组控制驱动单元还包括积分模块，所述积分模块包括：
有功电压积分子模块，分别与所述幅值误差前馈子模块和所述有功电压下垂子模块连接，所述有功电压积分子模块用于根据所述电压前馈信号和增益处理后的有功功率信号积分得到第二电压信号；
无功电压积分子模块，分别与所述电网频率给定子模块和所述无功频率下垂子模块连接，所述无功电压积分子模块用于根据所述额定电压角频率和增益处理后的无功功率信号积分得到第三电压信号。
6.如权利要求5所述的单相逆变器并联控制装置，其特征在于，每一组控制驱动单元还包括：
电压合成模块，分别与所述有功电压积分子模块和所述无功电压积分子模块连接，所述电压合成模块用于合成所述第二电压信号和所述第三电压信号得到第四电压信号；
电压反馈模块，与相应的所述电压传感器连接，所述电压反馈模块用于对所述第一电压信号进行增益处理，得到第五电压信号；
虚拟阻抗模块，与相应的所述电流传感器连接，所述虚拟阻抗模块用于根据相应的所述主电路电流信号计算得到第六电压信号。
7.如权利要求6所述的单相逆变器并联控制装置，其特征在于，每一组控制驱动单元还包括电压电流双环控制模块，所述电压电流双环控制模块包括：
电压PI控制子模块，分别与所述电压合成模块、所述电压反馈模块和所述虚拟阻抗模块连接，所述电压PI控制子模块用于对所述第四电压信号和所述第六电压信号相减后的信号与所述第五电压信号的误差信号进行PI控制，并输出第七电压信号；
电流P控制模块，分别与所述电压PI控制子模块和相应的所述电流传感器连接，所述电流P控制模块用于根据所述主电路电流信号对所述第七电压信号进行比例控制，并输出第八电压信号。
8.如权利要求7所述的单相逆变器并联控制装置，其特征在于，每一组控制驱动单元还包括驱动模块，所述驱动模块包括：
PWM生成子模块，与所述电流P控制模块连接，所述PWM生成子模块用于根据所述第八电压信号生成PWM信号，并通过所述PWM信号对相应的逆变器中的功率开关管进行通断控制；
保护开关，分别与所述DSP控制及功率计算模块、所述PWM生成子模块和所述功率开关管连接，所述DSP控制及功率计算模块在检测到相应的主电路电流大于预设电流阈值时，控制所述保护开关断开。
9.如权利要求6所述的单相逆变器并联控制装置，其特征在于，所述公共负载为纯电阻，所述虚拟阻抗模块中的虚拟阻抗为纯电阻阻抗。
10.基于如权利要求1-9中任一项的单相逆变器并联控制装置的单相逆变器并联控制方法，其特征在于，包括：
采集公共负载两端的第一电压信号和逆变器受控单元的主电路电流信号，并进行功率计算得到相应的逆变器输出的有功功率信号和无功功率信号；
确定额定电压前馈信号，并对所述有功功率信号进行增益处理，以及根据所述电压前馈信号和增益处理后的有功功率信号积分得到第二电压信号；
给定相应的所述逆变器输出电压的额定电压角频率，并对所述无功功率信号进行增益处理，以及根据所述额定电压角频率和增益处理后的无功功率信号积分得到第三电压信号；
合成所述第二电压信号和所述第三电压信号得到第四电压信号，并对所述第一电压信号进行增益处理，得到第五电压信号，以及通过虚拟阻抗和所述主电路电流信号计算得到第六电压信号；
对所述第四电压信号和所述第六电压信号相减后的信号与所述第五电压信号的误差信号进行PI控制，并输出第七电压信号，以及根据所述主电路电流信号对所述第七电压信号进行比例控制，并输出第八电压信号；
根据所述第八电压信号生成PWM信号，并通过所述PWM信号对相应的逆变器中的功率开关管进行通断控制。
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