本發(fā)明涉及逆變器多機(jī)并聯(lián)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

目前，隨著電源系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的日益推廣和擴(kuò)大，采用擴(kuò)大單臺(tái)變換器的功率的集中式供電方式已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求。而分布式供電方式中的逆變器多模塊并聯(lián)可降低各模塊的電流應(yīng)力，提高系統(tǒng)可靠性和靈活性，成為了當(dāng)今電源變換技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。然而，逆變器多模塊并聯(lián)時(shí)由于各模塊間參數(shù)不完全一樣，會(huì)導(dǎo)致各并聯(lián)模塊間的環(huán)流問(wèn)題。環(huán)流會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，如使波形發(fā)生畸變，增加系統(tǒng)損耗，降低系統(tǒng)效率等，因此并聯(lián)系統(tǒng)控制的關(guān)鍵是對(duì)環(huán)流進(jìn)行抑制。

對(duì)于并聯(lián)逆變器系統(tǒng)而言，各并聯(lián)模塊輸出電壓的矢量差是導(dǎo)致并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流產(chǎn)生的主要原因。采用傳統(tǒng)的功率下垂并聯(lián)控制方式時(shí)，因常忽略線路阻抗影響或假定并聯(lián)逆變器間阻抗呈純感性且相等，使得功率無(wú)法達(dá)到精確均分，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。目前抑制環(huán)流的一種行之有效的解決方法就是通過(guò)下垂控制在并聯(lián)逆變器各相之間增加一個(gè)高阻抗電感。這種方法固然可以抑制環(huán)流，但同時(shí)也增加了系統(tǒng)體積、損耗及壓降，尤其對(duì)大功率逆變器來(lái)說(shuō)是無(wú)法接受的。因此，通過(guò)采用虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略來(lái)增加等效輸出阻抗的方法被提出，本發(fā)明就是通過(guò)采用該控制策略并增加虛擬阻抗來(lái)實(shí)現(xiàn)抑制環(huán)流的目的。

同步發(fā)電機(jī)具有輸出阻抗大(呈阻感性)、慣性大、自同步等諸多優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)一定的控制算法使逆變器具有同步發(fā)電機(jī)的基本特性，可以更好地滿足微電網(wǎng)運(yùn)行要求。同時(shí)，通過(guò)模擬同步發(fā)電機(jī)的高輸出阻抗特性在逆變器多機(jī)并聯(lián)時(shí)可有效抑制并聯(lián)系統(tǒng)間的環(huán)流大小。且電壓型虛擬同步發(fā)電機(jī)控制因其控制對(duì)象是逆變器輸出電壓，能很好地實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定控制，可進(jìn)一步降低并聯(lián)系統(tǒng)間的環(huán)流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有解決方案的不足，本發(fā)明提出一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)。

本發(fā)明的一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括多個(gè)逆變器并聯(lián)模塊，多個(gè)逆變器彼此并聯(lián)，共同帶負(fù)荷，其中，各逆變器并聯(lián)模塊從輸入至輸出還包括直流電壓源U_dc、直流側(cè)儲(chǔ)能電容C_dc、逆變橋、LC濾波電路、采樣電路、控制器和PWM驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路再返回逆變橋；最后將控制器輸出信號(hào)與PWM生成模塊的三角載波相比較生成驅(qū)動(dòng)三相逆變器的調(diào)制信號(hào)；

所述采樣電路包括濾波電感電流采樣、濾波電容電壓采樣、輸出電流采樣；

所述控制器包括含四部分控制器：虛擬同步發(fā)電機(jī)控制算法模塊、虛擬阻抗環(huán)、電壓控制器和電流控制器；其中，

所述虛擬同步發(fā)電機(jī)算法模塊，根據(jù)給定的輸入虛擬同步發(fā)電機(jī)模型的機(jī)械功率和勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)來(lái)模擬同步發(fā)電機(jī)的電氣特性和機(jī)械特性，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出頻率、提供機(jī)械功率和調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓的作用；

所述虛擬阻抗環(huán)，通過(guò)增加虛擬的阻抗修正虛擬同步發(fā)電機(jī)模塊輸出的電壓；

所述電壓控制器和電流控制器構(gòu)成電壓電流雙環(huán)控制，所述電壓控制器根據(jù)虛擬阻抗環(huán)輸出的參考電壓信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；所述電流控制器根據(jù)前級(jí)電壓控制器模塊輸出的參考電流信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)輸出電流。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了現(xiàn)有方法通過(guò)串聯(lián)高阻抗電感實(shí)現(xiàn)環(huán)流抑制時(shí)所帶來(lái)的系統(tǒng)體積、成本較大且電壓波動(dòng)較大的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略的逆變器多模塊并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略的采用虛擬阻抗環(huán)的級(jí)聯(lián)電壓電流環(huán)(VSG)控制框圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)的兩逆變器并聯(lián)仿真波形圖；兩臺(tái)逆變器的額定容量均為10KVA，開(kāi)關(guān)頻率為10KHz，電網(wǎng)額定頻率為50Hz，負(fù)荷所需有功功率為5Kw，所需無(wú)功功率為500Var。t＝0時(shí)刻，逆變器1#單獨(dú)帶負(fù)荷運(yùn)行；t＝0.3s時(shí)刻，逆變器2#接入系統(tǒng)，與逆變器1#并聯(lián)共同為負(fù)載供電。(a)為逆變器1#輸出電壓和電流波形圖，(b)為逆變器1#輸出電壓的頻率波形圖，(c)為兩并聯(lián)逆變器共同帶負(fù)荷時(shí)的環(huán)流波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明的基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)，具體包括多個(gè)逆變器并聯(lián)模塊，所述逆變器并聯(lián)模塊包括直流電壓源、直流側(cè)儲(chǔ)能電容、逆變橋、LC濾波電路、采樣電路、控制和驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。其中直流電壓源可采用直接電壓源形式，也可以是經(jīng)過(guò)多種新能源形式得到的直流電壓，如光伏電池經(jīng)單級(jí)DC/DC升壓電路或風(fēng)機(jī)經(jīng)兩級(jí)變換電路(AC/DC/DC)得到。

逆變器開(kāi)關(guān)器件的死區(qū)會(huì)引起輸出電壓波形嚴(yán)重失真，同時(shí)由于死區(qū)效應(yīng)會(huì)隨開(kāi)關(guān)頻率的提高而增強(qiáng)，因此僅靠提高開(kāi)關(guān)頻率并不能明顯改善輸出波形，但通過(guò)電壓瞬時(shí)值的反饋控制可得到良好的校正波形。

將因死區(qū)等因素引起的逆變器輸出電壓的偏差作為一種擾動(dòng)，該擾動(dòng)既含有基波分量，也含有諧波分量。前者影響輸出電壓的穩(wěn)壓精度，后者則引起了輸出電壓波形的失真。因此，只要抑制該偏差電壓的影響，也就抑制了諧波失真，同時(shí)也改善了穩(wěn)壓精度。

采用電壓瞬時(shí)值反饋控制能夠抑制該電壓偏差產(chǎn)生的諧波失真，使逆變器的元器件參數(shù)盡量保持一致，故而能夠抑制環(huán)流。同時(shí)在電壓環(huán)的基礎(chǔ)上再增加電流環(huán)，因電流內(nèi)環(huán)還具有自動(dòng)限流的功能，可有效抑制電流的干擾，同時(shí)又使得電壓外環(huán)的設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化。

本發(fā)明的基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)模型中一共包含四部分控制器：虛擬同步發(fā)電機(jī)控制算法、虛擬阻抗環(huán)、電壓控制器和電流控制器。其中，虛擬同步發(fā)電機(jī)算法模塊的作用是根據(jù)給定的輸入虛擬同步發(fā)電機(jī)模型的機(jī)械功率和勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)來(lái)模擬同步發(fā)電機(jī)的電氣特性和機(jī)械特性；虛擬阻抗環(huán)的作用是通過(guò)增加虛擬的阻抗修正虛擬同步發(fā)電機(jī)模塊輸出的電壓；引入了電壓電流雙環(huán)控制，其中電壓控制器的作用是根據(jù)虛擬阻抗環(huán)輸出的參考電壓信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；電流控制器的作用則是根據(jù)前級(jí)電壓控制器模塊輸出的參考電流信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)輸出電流；最后將該模塊輸出的信號(hào)與PWM生成模塊的三角載波相比較生成驅(qū)動(dòng)三相逆變器電力電子器件的調(diào)制信號(hào)。

圖2為本發(fā)明的基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略的采用虛擬阻抗環(huán)的級(jí)聯(lián)電壓電流環(huán)控制框圖，級(jí)聯(lián)的含義是：外環(huán)是電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)；該圖中，由虛擬同步發(fā)電機(jī)模塊輸出的電壓U首先減去流經(jīng)虛擬阻抗Z_v上的輸出電流i_o產(chǎn)生的電壓壓降得到新的電壓值U_ref，該值作為外環(huán)電壓環(huán)的輸入?yún)⒖贾蹬c濾波電容電壓U_o作差比較后經(jīng)過(guò)比例積分(PI)調(diào)節(jié)器后得到內(nèi)環(huán)電流環(huán)的電流參考值i_ref，該參考值再與輸出電流i_o作差比較后經(jīng)過(guò)比例積分(PI)調(diào)節(jié)器和逆變橋等效增益環(huán)節(jié)k_pwm后得到逆變橋輸出電壓，該值再與輸出電壓U_o作差比較后經(jīng)過(guò)濾波電感環(huán)節(jié)得到濾波電感電流i_L，該電流值與輸出電流i_o作差比較后得到濾波電容電流i_C，接著由該電容電流經(jīng)過(guò)濾波電容環(huán)節(jié)后得到輸出濾波電容電壓U_o?；诙A機(jī)電暫態(tài)模型的虛擬同步發(fā)電機(jī)(VSG)控制算法通過(guò)模擬實(shí)際同步發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中的原動(dòng)機(jī)和調(diào)速器以及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的功能，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出頻率、提供機(jī)械功率和調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓的作用。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略的逆變器并聯(lián)環(huán)流抑制系統(tǒng)的兩逆變器并聯(lián)仿真波形圖；兩臺(tái)逆變器的額定容量均為10KVA，開(kāi)關(guān)頻率為10KHz，電網(wǎng)額定頻率為50Hz，負(fù)荷所需有功功率為5Kw，所需無(wú)功功率為500Var。t＝0時(shí)刻，逆變器1#單獨(dú)帶負(fù)荷運(yùn)行；t＝0.3s時(shí)刻，逆變器2#接入系統(tǒng)，與逆變器1#并聯(lián)共同為負(fù)載供電。圖3中(a)為逆變器1#輸出電壓和電流波形圖，圖3中(b)為逆變器1#輸出電壓的頻率波形圖，圖3中(c)為兩并聯(lián)逆變器共同帶負(fù)荷時(shí)的環(huán)流波形圖。