一种基于电容电压微分的微电网多逆变器并联运行控制方法

摘要

本发明涉及一种基于电容电压微分的微电网多逆变器并联运行控制方法，适用于由若干个逆变器并联组成的微电网多逆变器并联控制系统，本发明对滤波电容电压进行微分，得到滤波电容电流，不需利用电流互感器对滤波电容电流进行采集，减少了硬件电路设计工作量；功率计算取交流量为滤波电容电压和滤波电感电流，精确地反映了逆变器输出功率；下垂控制中引入虚拟复阻抗，在保证逆变器输出阻抗呈电阻性、适用于低电压微电网的同时，各并联逆变器之间的环流大大减小；在电流内环控制中采取无差拍控制方法，对滤波电感电流控制，系统的鲁棒性更强，各并联逆变器的稳定性更高、动态响应更快。

主权项

一种基于电容电压微分的微电网多逆变器并联运行控制方法，其特征在于，适用于微电网多逆变器并联控制系统，所述微电网多逆变器并联控制系统包括若干个并联的逆变器，所述若干个并联的逆变器通过连接线路经输出继电器开关连接至交流母线；所述逆变器包括顺次连接的直流稳压源、H桥逆变电路、LC滤波电路；电压电流互感器采集到的电气量输入DSP控制器进行运算处理，DSP控制器输出的信号再经PWM调制及驱动保护电路后，一方面驱动H桥逆变电路开关管通断，另一方面控制输出继电器开关的投切,具体步骤包括：(1)在每个采样周期的起始点，所述DSP控制器分别对逆变器直流侧电压U_dc、滤波电容电压u_c和线路电流i_o进行采样；(2)所述DSP控制器对滤波电容电压u_c进行微分运算，得到滤波电容电流i_c，滤波电容电流i_c与线路电流i_o的和为滤波电感电流i_L，计算公式如下：$\left\{\begin{array}{c}{i}_c=C\frac{{\mathrm{du}}_c}{\mathrm{dt}}\\ i_c+i_o=i_L\end{array}\right.;$(3)功率计算，根据滤波电容电压u_c和滤波电感电流i_L，计算出所述微电网多逆变器并联控制系统输出的瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，计算公式如下：$\left\{\begin{array}{c}p=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{u}_c\left(k\right)i_L\left(k\right)\\ q=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{u}_c\left(k\right)i_L(k-\frac{N}{4})\end{array}\right.$其中，k、k‑N/4均为采样序列号，u_c(k)为滤波电容电压u_c在k时刻的瞬时采样值，i_L(k)为滤波电感电流i_L在k时刻的瞬时采样值；N＝T/T_c表示一个周期内采样点数，T_c为采样周期，T为工频交流周期；i_L(k‑N/4)为k‑N/4时刻滤波电感电流i_L的瞬时采样值；(4)低通滤波，对瞬时有功功率p和瞬时无功功率q低通滤波，得到有功功率平均值P和无功功率平均值Q：$\left\{\begin{array}{c}P=\frac{{\omega }_o}{s+{\omega }_o}p\\ Q=\frac{{\omega }_o}{s+{\omega }_o}q\end{array}\right.$其中，ω_o为低通滤波器的截止频率；s为复频率；(5)参考电压合成，根据有功功率平均值P、无功功率平均值Q、初始相位角φ合成引入虚拟复阻抗之前的参考电压u^*_ref；(6)引入虚拟复阻抗之前的参考电压u^*_ref减去线路电流i_o与虚拟复阻抗的乘积，其差值为参考电压u_ref，计算公式如下：$u_{\mathrm{ref}}=u_{\mathrm{ref}}^{*}-(R_D-L_D\frac{s}{s+{\omega }_c})i_o$其中，ω_c为低通滤波器的截止频率，R_D为虚拟电阻值，L_D为虚拟电感值；s为复频率；(7)PI控制，u_ref与u_c的差值Δu经PI调节，输出电流环参考量i_ref，PI调节离散计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Delta u}\left(k\right)=u_{\mathrm{ref}}\left(k\right)-u_c\left(k\right)\\ i_{\mathrm{ref}}\left(k\right)=i_{\mathrm{ref}}(k-1)+(\mathrm{\Delta u}\left(k\right)-\mathrm{\Delta u}(k-1))*k_p+\mathrm{\Delta u}\left(k\right)*\frac{T_c}{k_i}\end{array}\right.$其中,k、k‑1均为采样序列号，k_p为PI调节的比例系数，k_i为PI调节的积分系数；(8)无差拍电流控制，电流环参考量i_ref减去滤波电感电流i_L，得到的差值经无差拍控制调节，得到调制波信号；得到的调制波信号和三角载波进行PWM双极性调制，得出开关管的占空比信号，经驱动保护电路，控制开关管S₁～S₄的开通与关断以及输出继电器开关的投切；无差拍控制的离散计算式为：$D\left(k\right)=\frac{d}{U_{\mathrm{dc}}}[u_c\left(k\right)+\frac{L}{T_c}(i_{\mathrm{ref}}\left(k\right)-i_L\left(k\right))]$其中，D(k)为开关管脉宽调制量，d为调制系数；L即逆变器滤波电感值；i_ref(k)、i_L(k)分别为i_ref、i_L的离散量。