[发明专利]基于有功曲线下垂的微电网逆变器并联控制方法

说明书

本发明公开了一种基于有功曲线下垂的微网逆变器并联控制方法，本方法首先计算逆变器输出瞬时有功和无功功率，并采用一阶低通滤波器进行滤波，然后对有功功率进行曲线下垂控制，对无功功率进行线性下垂控制，分别得到输出电压相角和幅值指令，最后进行输出电压和电感电流的双闭环控制。本发明使孤岛微电网带非线性和不平衡负载条件下，逆变器并联系统既具有下垂控制的优点，又具有更好的系统稳定性。

技术领域

本发明属于孤岛微网中分布式电源逆变器采用下垂控制并联运行的控制领域，具体涉及一种基于有功曲线下垂的微电网逆变器并联控制方法。

背景技术

为了解决光伏、风能等分布式能源的间歇性、波动性和不可控性问题，有效整合各种形式分布式电源并将其友好接入电网，微电网技术成为国内外的研究热点。微电网不仅可运行于并网模式，也可运行于孤岛模式。在多分布式电源组成的微电网系统中，微网逆变器多采用基于有功-频率、无功-电压的下垂控制以提供电压和频率支撑，并提高系统的可靠性和冗余性。

微电网中不仅包含线性负载，还可能存在电机、整流桥、各种有源负载和不平衡负载。当非线性负载和不平衡负载运行时，逆变器输出电压和电流存在谐波，从而使逆变器输出功率存在各次谐波，对基于基波功率的下垂控制特性造成严重影响。为此，需将逆变器输出有功和无功功率进行滤波后再进行下垂运算。然而，功率滤波器的引入可削弱逆变器并联系统的动态特性，甚至导致系统振荡和失稳。因此，在带非线性负载和不平衡负载的运行环境下，实现基于下垂控制的孤岛微电网逆变器可靠而稳定的并联运行十分必要。

通过减小有功和无功功率的滤波器截止频率或采用特定次谐波陷波器进行滤波。采用陷波器的滤波方法需对逆变器输出功率中所含的主要各次谐波的陷波器进行分别设计和并联控制，计算较复杂；采用减小一阶滤波器截止频率的滤波方法虽然设计和计算简单，但为了滤除低频谐波，需设置较小的滤波器截止频率，但截止频率太小可导致逆变器并联系统振荡甚至失稳。

目前，针对孤岛微电网带非线性负载和不平衡负载时，基于下垂控制的逆变器并联运行问题，已有多篇学术论文进行分析并提出解决方案，例如：

1、题为“An Adaptive Virtual Impedance Control Scheme Based on Small-AC-Signal Injection for Unbalanced and Harmonic Power Sharing in IslandedMicrogrids”Baojin Liu，et al，《IEEE Transactions on Power Electronics》，2019,34(12):12333-12355(“基于交流小信号注入的用于孤岛微网不平衡和谐波功率均分的自适应虚拟阻抗控制策略”，《IEEE学报——电力电子期刊》，2019年第34卷第12期12333-12355页)与“Design and Analysis of the Droop Control Method for Parallel InvertersConsidering the Impact of the Complex Impedance on the Power Sharing”，WeiYao，et al，《IEEE Transactions on Industrial Electronics》，2011,58(2):576-588(“考虑复阻抗对功率均分影响的并联逆变器下垂控制设计与分析”，《IEEE学报——工业电子期刊》，2012年第58卷第2期576-588页)文章采用一阶低通滤波器对逆变器输出功率进行滤波，由于瞬时功率中谐波最低频次为50Hz，文中滤波器截止频率设置为5Hz～10Hz，以实现对谐波的有效衰减，但此方法的不足为:较小的滤波器截止频率减慢了功率响应速度，减小了系统阻尼，可导致逆变器并联系统振荡甚至失稳。

2、题为“不平衡与非线性混合负载下的虚拟同步发电机控制策略》，2016,36(22):6086-6095文章中采用陷波器对逆变器输出有功和无功功率进行滤波，得到逆变器的平均输出有功和无功功率。但此方法存在以下不足：