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)運行，互為支撐，實現(xiàn)能量的雙向交換。在外部電網(wǎng)故障或計劃孤島情況下，微電網(wǎng)可轉(zhuǎn)為離網(wǎng)運行模式為微電網(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能裝置大多通過逆變器在公共連接點并聯(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)量主動控制等方面仍存在諸多技術(shù)難題，亟待突破。
　　本文在國家自然科學(xué)基金重點項目“微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)及電能質(zhì)量控制方法研究”、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目（973計劃）“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)量主動控制技術(shù)方面開展研究，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)與實踐指導(dǎo)。主要技術(shù)創(chuàng)新點如下:
　　1、在光伏并網(wǎng)控制中，延時和濾波電感量變化會影響系統(tǒng)響應(yīng)速度、穩(wěn)定性及并網(wǎng)電流畸變率。對此，本文提出一種功率前饋的魯棒預(yù)測無差拍并網(wǎng)控制方法。通過引入功率前饋控制加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。魯棒預(yù)測無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、因控制延時和電感量偏差對并網(wǎng)電流造成的畸變。分析了帶延遲環(huán)節(jié)的z域無差拍控制模型，并討論了延時和電感量取值對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。給出了魯棒預(yù)測無差拍控制的設(shè)計方法，并根據(jù)z域內(nèi)的傳遞函數(shù)對其進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，確定了控制參數(shù)的選取范圍。仿真與實驗結(jié)果證明了所提控制方法的有效性。
　　2、通過改進(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)量問題的有效途徑，可進(jìn)一步降低分布式發(fā)電

5、并網(wǎng)門檻。對此，本文針對分布于電網(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，也能提供負(fù)載所需的無功電能。在分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建兩相正交電流和利用瞬時無功電流ip-iq算法，檢測出單相負(fù)載的無功電流的直流分量，通過直流側(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)測無差拍控制，該系統(tǒng)無需增加額外的功率器件，可并接于電網(wǎng)末梢，

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

7、成的較大延時問題，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)頻率偏移對電流的影響;引入電網(wǎng)電壓前饋降低電壓畸變或擾動造成的電流畸變。給出了并網(wǎng)功率控制系統(tǒng)的設(shè)計，分析了準(zhǔn)諧振PR控制中不同控制參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，并選取了合適的設(shè)計參數(shù)。仿真與實驗結(jié)果驗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)魯棒下垂控制來減少阻抗差異對功率精確分配的影響;通過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)計呈阻性;采用準(zhǔn)諧振PR控制實現(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)和電流抗擾動能力。深入對比分析了控制方式和控制參數(shù)對等效輸出阻抗的影響，并擇優(yōu)選取了控制參數(shù)。仿真與實驗結(jié)果驗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)荷突變會導(dǎo)致微電網(wǎng)電壓波動，逆變器具備快速無功支撐能力是維持電壓穩(wěn)定的必要途徑。本文通過將阻容性虛擬復(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)計成