智能微型電網系統孤島模式中逆變器并聯控制技術的研究.pdf

1、在微型電網孤島模式中，采用多臺電壓源型逆變器并聯可以使微型電網具有更好的冗余性、穩(wěn)定性和可靠性，但是各臺逆變器輸出電壓之間的微小差異會在并聯系統中產生環(huán)流，引發(fā)逆變器輸出的有功功率和無功功率不平衡，嚴重時會導致逆變器過載甚至并聯系統的崩潰。
　　因此，如何根據微型電網中每一個逆變器單元的功率容量，精確的實現按任意比例均分用戶負載功率，并且有效的抑制系統內部的環(huán)流，避免任何一個單元因為過載或者過流受到損害，對于智能微型電網的能量管理

2、系統的設計來說是一個很大的挑戰(zhàn)。
　　有鑒于此，本文將工作重點放在微型電網孤島模式中逆變器并聯系統控制技術的研究，通過對多臺電壓源型逆變器并聯系統的數學建模分析，設計一套行之有效的控制系統，以實現智能微型電網能量管理系統在孤島模式中的設計需求。
　　首先，本文簡要介紹了智能微型電網的定義，拓撲結構，運行模式和控制系統，并對電力電子技術在智能微型電網中的應用以及智能微型電網中逆變器的工作模式進行了探討。在此基礎之上，本文對傳統

3、的逆變器并聯控制技術進行了分析和總結，提出了結合有線并聯和無線并聯二者優(yōu)勢的改進方向。
　　其次，本文對多臺電壓源型逆變器并聯系統進行數學建模分析，提出了多臺電壓源型逆變器按照任意比例分擔負載功率情況下逆變器并聯系統的統一數學模型。隨后通過對并聯系統中連線阻抗的優(yōu)化設計，本文提出了優(yōu)化的多臺電壓源型逆變器并聯系統的數學模型，包括優(yōu)化并聯系統的穩(wěn)態(tài)模型，優(yōu)化并聯系統的環(huán)流數學模型，優(yōu)化并聯系統的環(huán)流小信號模型。同時，本文還對優(yōu)化的逆

4、變器并聯系統的動態(tài)特性進行了研究。
　　第三，在優(yōu)化的逆變器并聯系統數學模型基礎上，本文從以下幾方面對逆變器連線阻抗進行了分析，包括:(1)逆變器連線阻抗對并聯系統環(huán)流的影響;(2)逆變器連線阻抗對交流母線電能質量的影響;(3)逆交器連線阻抗對并聯系統功率損耗的影響。隨后，本文基于以上分析，對優(yōu)化的并聯系統中逆變器連線阻抗參數的設計原則進行了總結。
　　第四，在優(yōu)化的逆交器并聯系統數學模型基礎上，本文提出了逆變器并聯系統的環(huán)

5、流功率數學模型，描述了在多臺電壓源逆變器并聯系統中按照任意比例均分負載功率時環(huán)流功率與各臺逆變器輸出電壓幅值差和相位差的數學函數關系。
　　在環(huán)流功率數學模型的基礎上，本文對傳統下垂法抑制環(huán)流的機制建立了數學模型，并對傳統下垂法的優(yōu)點和缺點進行了總結。隨后針對傳統下垂法的缺點，本文提出了一種基于環(huán)流功率的并聯控制策略（ω-Pcir和V-Qcir控制），并對其進行數學建模分析，從理論上驗證了改進并聯控制策略的優(yōu)勢。
　　第五，

6、本文結合有線并聯的優(yōu)勢，以及智能微型電網的應用背景，尤其是根據并網/孤島模式切換過程的設計需求，對改進的并聯控制策略進行修正，提出了一種應用于智能微型電網孤島模式的包括穩(wěn)態(tài)電壓控制器和并網前再同步控制器在內的控制策略。
　　第六，根據本文的理論研究成果和設計的控制策略，對微型電網孤島模式中逆變器控制系統的實現方案進行了細化分析，隨后對微型電網中逆變器單元的離散控制系統和功率電路涉及的參數進行分析和設計。在此設計過程中，本文針對傳統

7、功率算法的優(yōu)缺點進行了分析，提出了一種基于p-q瞬時功率理論的改進功率算法。
　　最后，本文通過仿真和實驗對本文提出的研究成果進行了驗證:(1)通過PLECS仿真平臺對優(yōu)化的多臺電壓源型逆變器并聯系統數學模型，環(huán)流功率數學模型，改進的并聯控制策略以及微型電網孤島模式控制系統進行仿真驗證;(2)搭建了三臺單相逆變器樣機，組建逆變器并聯系統，用于模擬微型電網的孤島運行模式，對本文設計的控制系統進行實驗驗證。
　　根據PLECS軟