[发明专利]用于孤岛微网下低成本无电压传感器载波移相方法

说明书

本发明公开一种用于孤岛微网下低成本无电压传感器载波移相方法。本方法通过并联下垂系统实现功率共享，利用并联单元电压相角相同的特性，制定全局载波同步信号，以此取代中央控制器以及载波同步通讯线缆，提高了逆变器并联运行的可靠性，不会因通讯线缆的坏损而停止工作。并且由于下垂控制产生的电压参考量与逆变器输出电压近似相等，所以在设计逆变器时，不必加装采集逆变器输出电压的电压传感器，节约设备成本。发明在基波频率上，通过基波虚拟阻抗抑制线路的压降，无差追踪逆变器并联安装点电压，在谐波频率上，通过谐波虚拟阻抗以抑制线路特定次谐波，削弱非线性负载对整个系统电能质量的影响。

技术领域

本发明涉及用于孤岛微网下低成本无电压传感器载波移相技术领域，具体是以下垂控制的方式实现逆变器的离散控制与逆变器载波的全局同步，利用虚拟阻抗抑制线路低次谐波，通过载波移相技术抑制开关频率次谐波，提升系统电能质量。

背景技术

微电网已被广泛接受为将大量相邻分布式电源和负载集成到主电网中的有效方式。与单个分布式发电单元(DG)的控制相比，DG单元的协同操作可以在主电网故障的情况下为电网内的关键负载提供持续的电力。对于微电网的孤岛运行，一个重要的任务是在并联DG单元之间实现适当的功率共享，以便获得良好的能量管理并避免DG单元的欠载或过载。在之前的研究中，实际功率频率下垂控制和无功功率电压幅度下垂控制及变量已经得到了广泛的研究。这些方法的主要优点是并联DG单元之间的通信不需要用于功率共享。因此，孤岛系统可以具有良好的鲁棒性，抵抗长距离通信故障。然而，传统的下垂方法存在一些问题，包括稳定性和无功功率共享问题。另一方面，目前已经提出了关于下垂控制的多方应用，包括虚拟阻抗控制，虚拟电压/频率控制和低带宽通信的分级控制。然而，就作者所知，它们通常解决在给定操作条件下孤岛微电网功率共享的具体问题。此外，实施这些方法通常需要系统参数或附加测量的附加信息。

对于每台逆变器，它通常配备一个截止频率较低的LC滤波器，以充分吸收逆变器支路的开关纹波。另外，虚拟阻抗辅助下垂控制的上述功率共享方法是通过滤波电容器电压的精确闭环跟踪来实现。然而，复杂的闭环电压跟踪和虚拟阻抗控制可能与更多的计算负荷和测量相关联。此外，每台逆变器的LC滤波器成本昂贵，因此对于每台逆变器而言选取电感量较小的L型滤波器，以及紧凑交错拓扑和用于所有并联逆变器的公共电容滤波器已被广泛研究用于高功率逆变器应用。然而，这需要集中处理器来实现载波移相，以减少切换波纹的影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于孤岛微网下低成本无电压传感器载波移相方法，本发明是利用下垂控制实现逆变器之间的功率共享，用控制参数取代逆变器的电压传感器，并借此实现每台逆变器载波的全局同步。通过虚拟阻抗补偿以及载波移相技术以抑制系统中的高低次谐波，提高电能质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

用于孤岛微网下低成本无电压传感器载波移相方法，包括以下步骤：

(1)利用下垂控制方式，实现多逆变器并联系统下的功率共享，利用下垂控制产生的参考电压V_ref近似等同于逆变器输出电压V_output，因为参考电压与逆变器输出电压的近似相等，在设计逆变器时，可以不必安装采集逆变器输出电压的电压互感器；

(2)根据虚拟阻抗特性，得到下垂控制产生的下垂电压近似等于逆变器公共连接点电压，借此实现逆变器载波的全局同步；利用虚拟谐波阻抗抑制线路低次谐波，减小非线性负载对线路的影响；

(3)利用实时载波移相技术，借助下垂控制实现载波的全局同步，抑制逆变器输出的开关次谐波，提高电能质量。

进一步的，步骤(1)具体包括以下步骤：

根据采样得到的逆变器输出电流的基波分量I_L,f以及参考电压V_ref，计算得到系统输出的有功功率P_DG和无功功率Q_DG，公式如下：