多功能并网逆变器及其在微电网电能质量定制中的应用_曾正

合集下载

微电网逆变器的控制方法综述曾珍珍

微电网逆变器的控制方法综述曾珍珍发表时间：2019-03-25T11:07:48.530Z 来源：《基层建设》2018年第34期作者：曾珍珍[导读] 摘要：近年来微电网发展迅速，微电源大多是通过电力电子变换器接入微电网，而其中最为核心的器件就是逆变器，微电网逆变器的控制方法对于整个微电网系统的稳定运行具有重要的意义，本文是对微电网逆变器控制方法的综述，方便更加快捷的了解学术前沿。

国网安徽省电力有限公司六安供电公司安徽省六安市 237000摘要：近年来微电网发展迅速，微电源大多是通过电力电子变换器接入微电网，而其中最为核心的器件就是逆变器，微电网逆变器的控制方法对于整个微电网系统的稳定运行具有重要的意义，本文是对微电网逆变器控制方法的综述，方便更加快捷的了解学术前沿。

关键词：微电网；逆变器；控制引言：微电网的迅速发展，需要多个逆变器并联以扩大容量来满足负荷的需求，而多个逆变器之间会产生较大的环流，危害功率器件。

本文先从微电网单逆变器出发，引入微电网多逆变器的控制策略，分析综述各个控制策略的优缺点。

1研究的背景与意义由于大电网规模庞大，灵活性较差，2018年巴西3.21大停电事故进一步揭露了大电网的弊端，这更加坚定了分布式电源特别是微电网的建设，以此来应对复杂多变的自然灾害和意外事故，保障电网的安全稳定运行[1]。

微电网是分布式电源和储能装置的结合体，其运行方式灵活多变，可以充分利用清洁自然能源并发挥其地理优势，对于城市小区或者偏远的郊区都能及时连续地供给电力，满足负荷需求[2]。

微电网中的微电源主要是由电力电子变换器进行转换接入，而这其中较为重要的器件之一就是逆变器，其大多采用小功率逆变器并联的形式，这样不仅可以增大系统的容量，而且还便于维修更换，有利于系统长期稳定运行。

而逆变器模块除了需要较好的稳定性，还需要优越的动态性能，这些都需要先进的控制策略来保证[3]。

2微电网单逆变器的下垂控制当今微电网逆变器并联控制连接形式主要分为有互联线以及无互连线，其中有互连线的连接方式研究的较多但易受到通讯线路的干扰，文献[4]提出了电压内环功率外环的改进控制策略，但是该方法不能实现热插拔。

并网逆变器系统中的重复控制技术及其应用研究

并网逆变器系统中的重复控制技术及其应用研究一、概述随着可再生能源的快速发展，特别是太阳能和风能的大规模应用，并网逆变器在电力系统中的作用日益凸显。

并网逆变器不仅需要将分布式电源产生的电能转化为与电网同频同相的交流电，还需保证电能的质量和稳定性。

由于分布式电源通常接入电网的末端，电网中的谐波、电压波动和不平衡等问题会对并网逆变器的运行产生影响。

研究并网逆变器系统中的控制技术，特别是针对电网扰动和电能质量问题的控制技术，具有重要的现实意义和应用价值。

重复控制技术作为一种有效的电力电子控制方法，在并网逆变器系统中得到了广泛的应用。

该技术基于内模原理，通过构建一个与扰动信号频谱相同的内部模型，实现对特定频率谐波的精确跟踪和抑制。

本文将对并网逆变器系统中的重复控制技术进行深入研究，分析其基本原理、实现方法以及在实际应用中的挑战和解决方案。

本文首先介绍并网逆变器系统的基本结构和功能，然后重点阐述重复控制技术在并网逆变器中的应用原理和实现方法。

在此基础上，分析重复控制技术在提高并网逆变器电能质量和稳定性方面的优势，并探讨其在面对电网扰动和复杂运行环境时的挑战和应对策略。

通过实际案例和仿真实验验证重复控制技术在并网逆变器系统中的有效性，为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。

1. 并网逆变器系统的概述并网逆变器系统是电力系统中关键的一环，特别是在分布式发电领域，其扮演着将可再生能源（如太阳能、风能等）转化为电能并注入公共电网的重要角色。

并网逆变器系统的核心功能是将直流电能转换为与电网同步的交流电能，从而实现对电网的高效、安全供电。

并网逆变器系统的工作原理主要包括直流交流（DCAC）转换、电压和频率控制以及并网控制等步骤。

通过电力电子器件（如绝缘栅双极晶体管IGBT）对输入的直流电进行开关控制，实现DCAC转换。

接着，通过先进的控制算法对输出电压的频率、幅度和相位进行调整，以确保与电网电压同频同相。

通过专门的并网控制策略，确保输出的交流电顺利并入电网，同时保持系统稳定运行。

多功能并网逆变器及其在微电网中的应用_曾正

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．０４．００６多功能并网逆变器及其在微电网中的应用曾　正，杨　欢，赵荣祥（浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市３１００２７）摘要：提出了一种能同时补偿无功、谐波和不平衡电流的多功能并网逆变器拓扑，并研究了其在微电网中的应用。

同时，基于加权电流反馈的思想，给出了一种多功能并网逆变器的滞环电流控制策略。

此外，基于同步旋转坐标系的无锁相环电流检测方法，给出了一种多功能并网逆变器参考电流的生成算法。

最后，利用ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ验证了所提出方法的有效性和正确性。

仿真结果表明，所提出多功能并网逆变器在改善微电网电能质量的同时，还能控制微电网与配电网之间的潮流，在必要时可为配电网提供一定的有功和无功支撑。

关键词：微电网；谐波补偿；无功补偿；不平衡补偿；并网逆变器；加权电流反馈；滞环电流控制；无锁相环收稿日期：２０１１－０３－０９；修回日期：２０１１－０７－０４。

国家自然科学基金资助项目（５０９０７０６０）；中国博士后科学基金资助项目（２００９０４５１４３８）。

０　引言由于分布式发电系统不但是可再生能源接入电网的重要纽带，而且还能在一定程度上提高传统电网的稳定性，近年来得到了越来越多的重视［１－２］。

由于风能、太阳能等可再生能源具有间歇性、随机性的特点，是典型的不可控源，如何更好地将不可控的可再生能源接入电网，是长期以来的一大研究热点。

为了解决这个问题，有学者提出了微电网的概念［３］。

微电网作为一种集成了多种可再生能源、储能装置以及负荷的局部供电系统，近来得到了广泛的研究。

在微电网中，各种微电源（可再生能源等）一般需通过并网逆变器接入交流电网。

已有大量学者对并网逆变器的拓扑及其控制策略进行了研究［４－７］，目前开始朝不同运行模式之间的无缝切换和功能的复合化方向发展［８－１１］。

不同于传统电力系统，微电网具有２种不同的运行模式，即并网模式和孤岛模式［１２－１３］。

应用于交流微电网谐振抑制的有源阻尼器及控制

应用于交流微电网谐振抑制的有源阻尼器及控制曾正;徐盛友;冉立;陈民铀【摘要】为了抑制微电网中多台并网逆变器间因相互耦合所引发的谐波谐振,提出了一种有源阻尼器及其控制方法.有源阻尼器通过对其并网点处电压和电流中的谐波分量进行检测和反馈控制,改变和重塑微电网内的谐波阻抗,向谐波网络引入足够的电阻和电导分量,从而有效地阻尼谐波谐振的发生.由于有源阻尼器仅针对高次谐波电流进行补偿和抑制,可以大幅降低其额定容量.因此,在不改变微电网中并网逆变器软硬件结构的情况下,可以利用一个小容量的有源阻尼器变流器装置灵活地治理微电网内的谐波谐振.利用PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】6页(P15-20)【关键词】微电网;谐波谐振;有源阻尼器;虚拟电阻和电导;控制;逆变器;谐波分析;阻尼【作者】曾正;徐盛友;冉立;陈民铀【作者单位】重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TM4640 引言微电网作为传统大电网的重要补充，在可再生能源接入、海岛等边远地区供电、提高供电可靠性等方面具有重要的意义，近来得到了广泛的理论研究和工程示范［1-3］。

微电网内的可再生能源大多需要通过并网逆变器接入电网［4-5］，单台并网逆变器的运行和控制得到了深入的研究［6-7］，尤其是单台并网逆变器因LCL滤波器引发的谐振问题也得到了很好的解决［8-9］。

但是，由于微电网内往往含有大量的并网逆变器、线路和各种复杂负荷，近年来，在众多的微电网示范工程中相继出现了严重的谐波谐振现象，以及由此引发的逆变器无故障跳闸事故［10-11］，给微电网的安全稳定运行带来了不小的挑战。

微电网系统中多种逆变器的并联组网控制策略

微电网系统中多种逆变器的并联组网控制策略张明光;张义娜;孙慧丽;郭得政【摘要】采用氢燃料蓄电池单体的串并联组成的电池模块作为储能系统中的主要储能装置,多种逆变器连接在同一条公共线上.在微电网处于孤岛运行模式时,考虑到储能单元的逆变器间环流的存在、不同设备控制器的不同工作特性、低通滤波嚣存在的影响,提出新的下垂控制理论.利用逆变器模拟同步发电机的频率调节特性,保证负荷发生变化时微电网频率的稳定性;利用静止无功补偿器SVC补偿系统无功,以保障系统电压的稳定,进而实现多种逆变器的组网运行.利用PSCAD仿真软件进行仿真,验证对所建立的模型采取的一系列控制策略的有效性和正确性.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2014(040)004【总页数】6页(P86-91)【关键词】孤岛运行;下垂控制;频率调节;SVC;PSCAD/EMTDC【作者】张明光;张义娜;孙慧丽;郭得政【作者单位】兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州730050;河南省濮阳供电公司,河南濮阳457000;新疆神火炭素制品有限公司,新疆乌鲁木齐830000【正文语种】中文【中图分类】TM76随着资源的紧缺、负荷的持续增加，风能、太阳能等可再生能源的分布式发电技术已在世界各国得到迅猛发展.微电网是将分布式发电、负荷、储能设备及控制装置等结合，形成的一个单一可控的控制系统.微电网可以运行于孤岛／并网模式，大电网出现严重故障时，微电网孤岛运行，储能系统作为主供电电源来维持系统的正常稳定运行.无疑储能逆变器的控制策略是微电网电能质量综合考究的问题.目前，对逆变器控制策略研究已相当成熟.文献［1］在虚拟同步发电机（VSG）一次电压控制器的基础上，提出了一种在线计算电压控制新算法，但VSG的同步电抗不能无限制增加.文献［2］采用传统的PQ下垂控制理论，该方法对于多台逆变器并联运行时，输出电压频率和幅值精度不能得到很好的保障.文献［3］提出了基于虚拟频率-电压的下垂控制，这种方法要求多个并联逆变器转换角相同，其实现条件苛刻.文献［4］通过引入感性虚拟阻抗，提出一种适合微电网多逆变器并联的电压电流双环下垂控制策略；但文中在多个逆变器并入系统的瞬间逆变器间所产生的环流较大，其消除时间也较长.文献［5］对于多逆变器提出了环链控制法，下级逆变器的电流参考信号由上级逆变单元提供；然而，链环的存在使得该控制策略不能实现热插拔.基于上述情况，有必要研究如何更为全面地建立储能系统逆变器的控制策略.本文针对大电网出现故障时，建立基于微电网孤岛运行时的模型.通过引入新的功率变量，实现多逆变器间的控制解耦；再次考虑到逆变器之间环流、不同设备的不同工作特性、低通滤器的影响，设计出新的下垂控制方案；模拟同步发电机的频率调节特性，增添静止无功补偿器SVC，实现微电网的频率无差调节、电压的调整.最后通过PSCAD／EMTDC仿真软件搭建仿真模型来验证提出的控制策略.1 储能系统的构成及燃料电池的数学模型分布式发电并网方式运行时，一般不需要储能系统，但在孤岛运行时，为保持小型供电系统的频率和电压的稳定，储能系统往往是必不可少的.分布式发电的储能技术主要包括蓄电池储能、飞轮储能、超级电容储能、压缩空气储能和蓄水储能等. 电池类储能装置自损耗小，能量存储时间长；但响应速度慢，循环寿命短.在大量储存可再生能源发电时，作为备用电源对负荷进行供电.本文采用蓄电池储能，同时小型汽轮发电机作为微电源对能量进行即时补偿.对于蓄电池储能，采用氢燃料电池单体的串并联来组成一个电池模块.氢作为重要的二次能源，燃烧时不会释放CO x、NO x、SO x气体和粉尘等污染物.氢通过可再生能源产生，整个循环过程实现了无有害物质排放、清洁无污染.在储能系统中，由于氢燃料电池输出的直流电压一般不高且变化范围较大；而燃料电池分布式并网发电系统中，需要采用电力电子变换电路实现由不稳定直流电能向稳定交流电能的转换.本文氢燃料电池发电系统采用两级结构——DC／DC变换和DC／AC变换，如图1所示.氢燃料电池输出的直流电压一般不高，采用Boost直流升压变换器（如图2所示）来提升氢燃料电池输出电压.图1 氢燃料电池两级并网发电系统结构Fig.1 Two-stage grid-connected power generation system structure with hydrogen fuel cell图2 Boost直流升压变换器Fig.2 Boost converter for DC voltage boosting2 蓄电池多储能系统接入微电网的组网控制策略研究2.1 储能系统中三相逆变器的建模与设计单台三相逆变器结构如图3所示，图中C f和L f分别为滤波电容和电感，r为线路电阻.图3 三相逆变器主电路Fig.3 Main circuit of three-phase inverter由图3得三相逆变器的模型：式中：i＝A，B，C，分别指 A、B、C相；u k i为滤波前的逆变器输出电压；u o i为滤波后逆变器的输出电压；i L i和i o i分别指电感电流和输出电流.经过派克变换，式（1）在旋转坐标系下的表达式如下式所示：此处采用电压外环、电流内环的双闭环控制方式，所以三相逆变器在dq旋转坐标系下是耦合的，经过解耦的双闭环控制框图如图4所示.图4 三相逆变器电压电流双闭环解耦控制框图Fig.4 Block diagram of decoupling control of voltage-circuit dual-loop with three-phase inverter 根据储能系统中逆变器在孤网模式下工作时的特点，孤网运行时，储能系统作为主力供电单元为负载提供电能，对频率的保持和电压的稳定有更高的要求，故此处选用电压外环电感电流内环的双闭环控制方式［6-7］.ωL f i Ld和ωL f i Lq作为解耦项使得无功电流和有功电流可以实现独立的控制.电压电流双环控制充分利用了系统的状态信息，不仅动态性能好，稳态精度也较高.2.2 两储能单元的逆变器并联模型对于多个储能单元的系统，采用多逆变器连接在同一条公共线上.以两个储能单元的逆变器并联为例，其结构图如图5a所示，等效电路如图5b所示.图5 逆变器并联主电路Fig.5 Main circuit of parallel-connected inverters在计算逆变器的功率时采用逆变器输出端电压.根据基尔霍夫定律，由图6可以推导出负载端的电压利用式（3）可以得出第一台逆变器输出电流的向量表达形式：由此可以得到第一台逆变器发出的复功率：其中：a、b、c、d是由线路阻抗组成的参数表达式.由式（5）可以看出，逆变器的有功功率P和无功功率Q不仅与E 1和E 2有关，也与θ1和θ2有关.说明多逆变器的控制之间存在着耦合关系.2.3 改进的下垂控制理论下垂控制是对系统中每个供电电源进行实施的，可以在电源电压最小限度偏离参考电压的情况下实现电源按额定功率比例分配给负载.功率下垂控制是实现多机稳定并网的主要控制策略.1）为了有类似于分别单台非并联逆变器的控制特性，引入新的变量［8-9］.定义如下：通过做差得到：为明确控制量与被控制量之间的关系，实现P 1t和P 2t的差值只与两台逆变器输出电压的相位差有关，Q1t和Q2t的差值只与电压的幅值差有关.令根据上述推导，确定下垂控制方式为2）由于上述控制量是新定义的下垂控制量，则无法保证电源按额定功率比例分配给负载，不能消除逆变器之间环流的流动.不同额定容量微电源的微网中，环流大小是衡量系统功率分配精度的重要指标.若逆变器间环流为零，根据基尔霍夫定律有：由式（11）可知，逆变器的各个输出阻抗与连线阻抗不同时，希望通过下垂法将该逆变器的输出电压也做相应调整；将输出功率小的逆变器的电压幅值下垂系数减小，可以增大其输出压降.由此出发，把功率的一次方引入到下垂系数.同时，储能系统除蓄电池蓄能外，还包括飞轮储能、超级电容储能，以及小型汽轮发电机等为电源.综合考虑到微电网中不同设备控制器的工作特性，把二阶功率引入下垂系数中.还要对低通滤波进行补偿，加入微分环节来提高系统响应速度［10-11］，来更好地实现微网的精确、稳定运行.由此出发，提出新的下垂控制方程：改进后的下垂算法实现了系统运行的自适应调整.当检测到功率变化时，根据实际输出功率的大小自动对下垂量进行动态调节.2.4 频率、电压的调整多个储能单元同时大量投入运行时，多数情况微电网处于孤岛运行模式.此时，为保持微电网的正常运行，要保证微电网电压和频率在要求范围内.1）频率的调整.对于改进后的逆变器的下垂控制特性，当负荷功率发生变化时，逆变器被分配的功率发生了变化，此时逆变器的频率将不再是额定频率，这说明上述下垂控制方式不能保持频率的稳定性.借鉴同步发电机的频率调节特性曲线［12］，设置逆变器的控制特性曲线如图6所示.其调节过程为：逆变器初始工作点为A点，当负荷增加时，逆变器工作点沿曲线1移动至B点；此时如果将曲线保持斜率不变向右平移，使逆变器工作点变为C点，则可使频率回复至f ref，即逆变器工作在曲线2，功率缺额由小型汽轮发电机来提供，实现了储能逆变器的无差调频.图6 逆变器的频率调整曲线Fig.6 Frequency adjusting curve of inverter2）电压的调整.上述改进的下垂控制理论中，逆变器阻抗大的端电压大些，这也导致了逆变器间电压的差值.通过静止无功补偿器SVC补偿无功，来达到逆变器间电压差值为零的目的［13-15］.逆变器容量足够大时，在发送一定有功功率的情况下，无功功率受到有功功率和传输线路的限制.氢燃料储能蓄电池组逆变器发送的有功功率与氢燃料电池的单元数、串并联方式等因素有关.当有功功率满足负荷要求时，SVC补偿的无功功率Qj为其中：Q o1、Q o2分别为氢燃料蓄电池的逆变器提供的有功功率，Qq为小型汽轮发电机发出的有功功率.则SVC补偿能量极限为选取SVC的容量范围为3 仿真与实验为进一步验证所提出控制策略的正确性，本文设计开发了实验平台，实验平台配置如图7所示.储能系统包括两组不同的氢燃料蓄电池组组成的子系统、一台微型汽轮机、静止无功补偿装置SVC.氢燃料蓄电池组通过氢燃料蓄电池单体的串并联组成.负荷主要包括一台感应电机、阻抗负载、卸荷负载与无限大电网共同构成.图7 实验平台配置图Fig.7 Arrangement of experiment platform本文采用仿真软件PSCAD／EMTDC对前面改进的下垂控制策略以及系统频率、电压的稳定性所采取措施的可行性和正确性进行仿真验证.具体参数如表1所示.表1 系统参数设置Tab.1 Setting of system parameters电网线电压运行频率滤波电抗滤波电容额定功率400 V 50 Hz L 1＝1.2 m H L 2＝0.6 m H C1＝C2＝1 500μF P o1＝200 W P o2＝400 W仿真过程为：两个储能单元的逆变器并网、离网、满载动态改变过程.釆用传统下垂控制和改进的一系列控制策略进行两次仿真.观测单台逆变器的频率输出、电压输出和功率输出动态特性.逆变器在t＝2 s时并入电网，t＝5 s时发出有功功率120 W，无功功率50 W，在t＝10 s时电网电压下降5%，在t＝15 s时联网模式转为孤岛模式，控制方式由并网运行时的电流控制转为电压电流双闭环控制.t＝20 s半载加至满载.随后采用改进后的一系列控制策略重复上述步骤.仿真结果如图8所示.由图8a可见，当t＝20 s半载加至满载时，逆变器被分配的功率发生了变化，逆变器的频率将不再是额定频率，加入虚拟同步发电机的控制环节，频率的稳定性有了很大改进.由图8b可见，在t＝15 s时并网模式转为孤岛模式，t＝20 s半载加至满载，当检测到功率变化时，根据实际输出功率的大小自动对下垂量进行动态的调节；加之通过静止无功补偿器SVC补偿无功，实现了逆变器的电压基本稳定的目的，同时，也保证了多个逆变器间电压差值近乎为零的要求，进而进一步确保了逆变器间无环流的流动.图8c中，在t＝15 s时，微电网由并网转为孤岛模式运行，此时逆变器间的有功、无功要进行重新分配，由于SVC的加入，逆变器无功波动有所减少，使得逆变器对无功的输出明显减少，这也进一步削弱了逆变器间无功电流的流动.由于有功、无功的相对稳定，根据改进的新的下垂控制方程，进而确保了当大电网发生故障时，微电网进入孤岛模式的稳定运行，保证了微电网额定的电压和频率.图8 传统、改进下垂控制下逆变器输出系列仿真波形Fig.8 Serial simulation waveforms of inverter output with traditional and improved droop controls 由图8d可见，虚拟同步发电机控制模型和改进下垂控制器的采用使得环流抑制效果更好，模式切换和负荷变动条件下环流问题得到了改善，证明没有过多的潮流消耗在两逆变器连接线路阻抗上，改善了负荷功率分配，保障了微电网的供电质量.4 结论采用氢燃料蓄电池单体的串并联组成的电池模块作为储能系统中的主要储能装置.根据微电网自治运行时并联系统的特点，得出了改进后的下垂控制算法，该算法在微电网处于孤岛运行模式时，去除了储能逆变器间存在的环流，避免了不同设备控制器的不同工作特性、低通滤波器存在的影响.通过逆变器模拟同步发电机的频率调节特性，添加静止无功补偿器SVC补偿系统无功，确保了负荷发生变化时微电网频率的稳定、系统电压的稳定，进而实现了多储能逆变器的并联组网运行.仿真和实验结果表明，改进后的多储能逆变器的并联组网控制策略可有效避免微电网中新能源发电间歇不稳定的问题，从而提升了其供电质量和能量利用效率.参考文献：［1］杨向真，苏建徽，丁明.面向多逆变器的微电网电压控制策略［J］.中国电机工程学报，2012，32（7）：7-13.［2］ ZHONG Qingchang，GEORGE W.Synchronverters：inverters that minic synchronous generators［J］.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2010，58（4）：1259-1267.［3］ LI Yan，LI Yunwei.Decoupled power control for an inverter based low voltage microgrid in autonomous operation ［C］／／IEEE 6th International Power Electronics and Motion Control Conference.Wuhan：［s.n.］，2009：2490-2496.［4］张庆海，彭楚武，陈燕东，等.一种微电网多逆变器并联运行控制策略［J］.中国电机工程学报，2012，32（25）：126-132.［5］ WU T F，CHEN Y K，HUANG Y H.3C strategy for inverters in parallel operation achieving an equal current distribution［J］.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2000，47（2）：273-281.［6］郜登科，姜建国，张宇华.使用电压-相角下垂控制的微电网控制策略设计［J］.电力系统自动化，2012，36（7）：29-34.［7］王成山，肖朝霞，王守相.微网中分布式电源逆变器的多环反馈控制策略［J］.电工技术学报，2009，24（2）：100-107.［8］阚志忠，张纯江，薛海芬.微网中三相逆变器无互连线并联新型下垂控制策略［J］.中国电机工程学报，2011，31（33）：68-74.［9］张纯江，王晓寰，薛海芬，等.微网中三相逆变器类功率下垂控制和并联系统小信号建模与分析［J］.电工技术学报，2012，27（1）：32-39.［10］ WANG Peng，LIU Xiong，JIN Chi.A hybrid AC／DC microgrid architecture，operation and control ［C］／／IEEE Power and Energy Society General Meeting.Detroit：［s.n.］，2011.［11］吕志鹏.多逆变器型微网运行与复合控制研究［D］.长沙：湖南大学，2012.［12］时珊珊，鲁宗相，闵勇，等.无差调频过程中微电源功率分配策略设计［J］.电力系统自动化，2011，35（19）：23-27.［13］彭思敏，曹云峰，蔡旭.大型蓄电池储能系统接入微电网方式及控制策略［J］.电力系统自动化，2011，35（16）：38-43.［14］龙源，李国杰，程林，等.利用光伏发电系统抑制电网功率振荡的研究［J］.电网技术，2006，30（24）：44-49.［15］孙孝峰，吕庆秋.低压微电网逆变器频率电压协调控制［J］.电工技术学报，2012，27（8）：77-84.。

并网逆变器逆系统自学习滑模抗扰控制

并网逆变器逆系统自学习滑模抗扰控制廖震中，曾喆昭(长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙410076)摘要：针对三相并网逆变器模型的多变量、非线性、强耦合等特点，采用开关函数法建立其开关周期平均模型，在此模型的基础上采用逆系统方法实现反馈线性化和解耦控制，对伪线性系统设计自适应滑模抗扰控制器，使用非线性光滑函数设计扩张状态观测器以实现内部建模误差与外部扰动的扩张状态估计，并将非线性扩张状态观测器和跟踪微分器与自学习滑模控制器结合使用。

仿真结果表明，该方法具有响应速度快、控制精度高、抗扰能力强的特性，在并网逆变器中具有较大应用价值。

关键词：逆变器；滑模控制；逆系统；自学习；扩张状态观测器；跟踪微分器中图分类号:TM464 文献标识码:A 文章编号：000 -8829(2018)03-0103-05 Adaptive Sliding Mode Control for Inverse System of Grid Connected InverterLIAO Zhen-zhong,ZENG Zhe-zhao(S ch o ol o f E le c tric a l &I n fo r m a tio n E n g in e e r in g, C h a n g sh a U n iv e rsity o f S c ie n c e & T e c h n o lo g y, C h a n g s h a 410076, C h in a)A b stra ct：According to the three-phase grid inverter model with multi-variable,nolinear,strong coupling,a switch function method is used to establish the switch cycle average model.An inverse system is designed to realize the model feedback linearization and decoupling control,and an adaptive,disturbance rejection sliding mode controller is designed for pseudo-linear system.The proposed method realized the extended state estimation of internal parameters perturbation and external disturbances of the model based on nonlinear extended state observer(NLESO)and tracking differentiator(TD)designed by nolinear smooth function.Matlab simulation results show that the proposed method has the characteristrics of fast response,high control precision and strong disturbnance-rejection ability,which has an important application value in control field of the grid inverter. K ey w ords：inventer;sliding mode control(SMC)牷inverse system;adaptive;nonlinear extended state observer; tracking differentiator随着化石能源逐渐枯竭，风能、太阳能等可再生能源的推广与高效使用对国家可持续发展战略有着重大意义。

基于改进PR控制的多功能逆变器控制策略

基于改进PR控制的多功能逆变器控制策略刘亚峰;陈羽;彭克;刘国栋【摘要】多功能并网逆变器(multi-functional grid-tied inverter,MFGTI)在实现分布式电源(Distributed Generation,DG)并网的同时能够兼具电能质量治理的功能,相比功能单一的并网逆变器,具有更好的应用前景.针对分布式电源的多功能并网逆变器进行研究,针对传统PR控制器,提出一种基于改进PR控制的多功能逆变器跟踪控制方法,除了并网控制外还兼具了滤除谐波电流的功能.设计了应用多层PIR 控制器的双环PQ逆变器控制,使并网的分布式电源除了提供功率以外还能够有效滤除特定次数谐波.建立该控制系统的数学模型并且利用DIGSILENT/PowerFactory对其进行仿真,验证了该控制系统的正确性和有效性.仿真结果表明,所提出的多功能逆变器除了能够改善并网点的电能质量,还能够满足微网的要求,对并网点进行PQ控制.【期刊名称】《山东电力技术》【年(卷),期】2017(044)006【总页数】6页(P35-40)【关键词】分布式发电;谐波补偿;多功能逆变器;PIR控制【作者】刘亚峰;陈羽;彭克;刘国栋【作者单位】山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博 255049;山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博 255049;山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博 255049;山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博 255049【正文语种】中文【中图分类】TM72分布式发电系统是应对环境污染、应用清洁能源的有效途径，也是解决能源危机、利用可持续能源的较为现实的方式，近年来分布式电源（DG）得到了越来越多的重视［1］。

如何将不可控的分布式电源以更高的电能质量稳定地接入电网便成了研究的热点。

分布式电源一般通过并网逆变器接入微电网中。

已经有学者对并网逆变器的拓扑以及控制策略进行了大量的研究［2-5］。

VSG开题报告

【曾正论文】传统电力系统经过百余年的发展,形成了一套安全、稳定、高效和经济运行的技术体系。

然而,基于并网逆变器的可再生能源并网发电单元的运行控制与传统同步发电机迥然不同。

这就使得传统电力系统的运行经验在并网逆变器中难以施展,电力系统需要对其做出全新的认识。

由于并网逆变器暂态响应速度快,且几乎没有惯性,也不参与电网的调频和调压,难以像同步发电机那样独立自治运行。

当分布式电源的容量越来越大时,并网逆变器给电力系统带来了不小的挑战。

近来,有学者发现并网逆变器和传统同步发电机在物理结构上存在对偶,若能通过先进的控制算法使得并网逆变器和同步发电机在数学上实现等效,那么即可将并网逆变器虚拟为传统的同步发电机。

显然,这会大大提高微电网和配电网对分布式电源的适应性和接纳能力。

这也就催生了虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)技术的诞生。

虚拟同步发电机技术最早由荷兰学者在VSYNC(Virtual SYNChronous machines)项目中提出[122_124;|,由荷兰能源研究中心(Energy research Centre of the Netherlands)、埃因霍温理工大学(Technical University of Eindhoven)和鲁)文大学(Katholieke Universiteit Leuven)等共同完成。

在VSYNC项目中,提出并仿真测试了逆变器的VSG控制策略,然后在实验室样机上验证了其性能[125]。

项目还分两步测试了VSG的实际运行效果。

其一,在荷兰搭建了10台5kW的VSG测试系统;其二,在Romania安装了一台lOOkW的VSG。

随后,加拿大多伦多大学(University of Toronto)、德国克劳斯塔尔工业大学(TechnischeUniversitaet Clausthal)、日本京都大学(Kyoto University)、日本大阪大学(Osaka University)、.日本川崎重工(Kawasaki Heavy Industries)、英国谢菲尔德大学(The University of Sheffield)、合肥工业大学等相继对虚拟同步发电机进行了研究,并提出了相应的控制策略。

多功能并网逆变器及在微电网中应用论文

多功能并网逆变器及在微电网中应用论文摘要：在分析多功能并网逆变器设计原理的基础上，将其应用到微电网中，可以有效改善微电网电能质量，并且对PCC和配电网之间的潮流有着一定的调节作用，在某种情况下，可以为配电网提供无功、有功功率，具有广阔的应用前景。

多功能并网逆变器不仅可以完成常规并网逆变器实现可再生能源并网的基本功能，还可以复合治理电能质量问题，显著提高了并网逆变器的性价比、减小了系统体积、降低了系统成本，特别适合在微电网与分布式发电系统中应用。

一、多功能并网逆变器的设计原理并网逆变器是分布式电源（DG）向微电网馈送有功电能的核心装置，一般均是借助脉宽调制（PWM）电流源予以控制。

如果不采取对策，就会增大微电网中注入的高频电流，对微电网电能质量产生影响。

而并联型有源电力滤波器（APF）可以为系统提供无功电能与反向注入谐波，进而解决了谐波电流、无功电流补偿、三相电流不平衡等问题。

并网逆变器与APF在功能上具有互补性，在结构与控制手段方面也存在着一定的相似度。

通过有关研究表明，在APF直流侧电压大于额定电压的时候，APF 就会向补偿侧注入一定的有功能量，有效减小直流侧电压。

也就是说，DG在电力电子变化的基础上，以直流形式接入APF直流侧之后，借助提高直流侧电压的方式，将直流侧电能注入微电网当中。

在此理论的支持下，单相多功能并网逆变器（MFGCI）具有了双重功能的可行性。

二、多功能并网逆变器的微电网拓扑一个含有一台多功能并网逆变器与n台DG的微电网如图1所示。

整个微电网系统主要是由多功能并网逆变器、配电网、负荷、DG 组成。

系统中DG可以是风力发电机网侧变流器、光伏并网逆变器等。

在第i台DG机端具有三项平衡负荷Li，并且在输电线路的连接下，接到了公共连接点（PCC）。

一般而言，PCC负荷主要包括三种：不平衡负荷、三相平衡负荷、整流非线性负荷；配电网系统主要是三相四线制系统，其电感为Ls，在输电线路的连接下，通过开关接到了PCC上；多功能并网逆变器主要挂在PCC上。

基于多功能储能变流器的微电网电能质量综合补偿策略

式中：V1、V2 分别为基波和各次谐波电压相量；C 为负荷特征参数的合集。当 PCS 不进行任何电能质量调节时，并网电流可表示为
∞
∑ i
gc
=
i
f gc
cos(ωo
t
+
θ
f
)
+
ingc cos(nωot + θn) （4）
n=2
式中，θf、θn 分别为对应基波和各次谐波电流的初相角。
另外，输出电压基波分量可表示为
| || |
（1）
其中
vnmg
( jω no )
=
vn off
G
o
(jω
no )
-
ino
Zo
(jω
no )
（2）
vnpcc(jωno) = vnpg(jωno) - ing Zpgo(jωno)
（3）
式中：v
n mg
、v
n off
、vnpcc
、v
n pg
分别为微电网交流母线电
压、PCS 输出电压、电网 PCC 电压及电网线路阻抗
第 42 卷第 3 期：0157-0163 2021 年 6 月
电力电容器与无功补偿 Power Capacitor & Reactive Power Compensation
DOI：10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2021.03.025
Vol.42，No.3：0157-0163 Jun. 2021
余中平，等基于多功能储能变流器的微电网电能质量综合补偿策略
（总第 195 期）
由式（5）、式（6）知，PCC 处电压基波分量 upcc 取

一种多功能并网逆变器拓扑及其控制_曾正

Lm］／｛s［（LL1LmC+LL1L2C+LLmL2C）s2+
（L2Lm+L Lm+L1Lm+L L2 + L2 L1 ）］｝
（8）
若取：
值得指出的是，由于阻尼电阻较小，可忽略不计。
在图 3 中，阻抗 Z1、Z2 和 Z3 可分别写为：
Z1 =
s3L（L1 C + LmC） + s（L + L1） s2（L1 C + LmC） + 1
（12）
以保证系统的闭环系统穿越频率小于开关频率
fs = 10 kHz 为依据来设计 Kp，以保证开环系统在开关频率附近的增益低于 0 dB，据此可得：
KPWM 2πfs
1 L1+ L2+ L
Kp≤ 1
（13）
系统参数如下：L = 1 mH，C = 10 μF，R = 4 Ω，L1 =
L2 = 0.5 mH，Lm = 0.6 H，Udc = 400 V，N1∶N2 = 150∶220。
证了所提拓扑和控制策略的正确性和有效性。
关键词：并网逆变器；功能复合；阻尼；加权电流反馈；逆变器；拓扑；电流控制
中图分类号： TM 61；TM 464
文献标识码： A
DOI： 10.3969 ／ j.issn.1006－6047.2013.01.011
0 引言
为了更好地实现分布式可再生能源并网，集成了可再生能源、局部负荷和储能的微电网技术作为一种局部供电系统引起了广泛的关注。［1-5］并网逆变器作为分布式发电系统和微电网技术中的关键部件之一，近年来得到了深入的研究［6- 8］。

可再生能源分散接入用先进并网逆变器研究综述_曾正

0 引言
随着全球环境污染问题和化石能源危机的不断加剧，清洁的可再生能源得到了越来越多的关注[1]。近年来，风力、光伏等非水电可再生能源得到了快速发展，国内建立了大量的大型风力、光伏电站[2]。然而，我国幅员辽阔，风光可再生能源富集区与负荷中心区之间呈逆向分布，使得这些大型风光电站必须通过高压远距离输电走廊才能送达负荷端[3]。由于风速和光照强度的非线性、随机性和不可控性等特征[4-5]，大型风光电站的接入给电力系统的稳定带来了不小的挑战。近年来，频繁出现的风电场事故使得大型风电场的并网小时数偏低，大量弃风不但影响投资成本的回收，还造成巨大的资源浪费[3,6]。因此，光伏、风机等分布式电源的“分散接入、就近接纳、就地产销”引起了广泛的关注，国网公司也针对分布式电源并网推出了相关的服务举措[7]。可以预见，在不久的将来，配电网将从原来的纯无源的受端系统逐渐转变为含有分布式发电系统[8]和微电网的有源系统[9]，有源配电网[10]的
An Overview on Advanced Grid-connected Inverters Used for Decentralized Renewable Energy Resources
ZENG Zheng1, ZHAO Rongxiang1, TANG Shengqing1, YANG Huan1, LÜ Zhipeng2
2 先进并网逆变器
2.1 装置级从装置级来看，先进并网逆变器在直流电压变换环节、逆变器电路、滤波网络和功率器件上都可能存在一些不同于传统并网逆变器的地方。 1）直流电压变换环节。从直流电压变换环节来看，一些先进并网逆变器的结构如图 2 所示。传统并网逆变器的直流电压变换环节主要为 Boost 电路，将分布式电源的直流输出电压经过泵升后接到 DC/AC 变换环节，以满足并网条件。然而，由于 Boost 电路的电压抬升能力有限，并网逆变器所能接纳的分布式电源直流电压变化范围一般比较窄。近年来，各种具有升压功能的高增益直流电压变换电路得到了广泛研究[18]。同时，为了消除光伏电池板可能存在的泄漏电流对人身安全的危害[19]，一些高频链隔离的直流电压变换环节也引起了关注[20]。

基于三相多功能并网逆变器的微电网电能质量治理

微电网特点
具有独立性、灵活性、高效性、环保性等特点，能满足用户对电力的需求，同时对环境友好。
微电网的结构与组成
微电网结构
微电网包括电源部分、电力电子转换器、储能系统、负荷等部分。
微电网组成
通常由风力发电、光伏发电、储能电池、逆变器等设备组成。
微电网的运行与控制
微电网运行
微电网可以独立运行，也可以并网运行。在并网运行时，通过并网逆变器实现与大电网的连接。
基于三相多功能并网逆变器的微电网电能
质量治理
汇报人：日期:
目录
• 微电网概述 • 并网逆变器技术 • 微电网电能质量治理方案 • 实验与分析 • 结论与展望
01 微电网概述
微电网的定义与特点
微电网定义
微电网是一种由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。
03 微电网电能质量治理方案
电能质量问题的来源与危害
来源分布式电源的接入和退出运行；
微电网内负荷的突变；
电能质量问题的来源与危害
电力电子设备的投入和退出；
大功率单相负载的投入等。
电能质量问题的来源与危害
01
危害
02
03
对敏感负荷（如：医疗设备、工业自动化等）产生影响；
增加电力设备的故障率，缩短设备使用寿命；
并网逆变器的控制策略与性能分析
控制策略
并网逆变器的控制策略主要包括电压控制、电流控制等。电压控制是通过控制逆变器的输出电压来达到控制输出电能质量的目的；电流控制是通过控制逆变器的输出电流来达到控制输出电能质量的目的。
性能分析
并网逆变器的性能主要包括输出电压的波形、频率、相位等指标，以及输出电流的波形、谐波含量等指标。通过对这些指标的分析，可以评价并网逆变器的性能优劣。

并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法

CGC 北京鉴衡认证中心认证技术规范CGC/GF001：2009并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法Technical Specification and Test Method of Grid-connected PV inverter(送审稿)200X-X-XX发布200X -X-XX实施北京鉴衡认证中心发布目次前言 (III)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (2)4 产品分类 (3)4.1 产品型式 (3)4.2 输出功率型谱 (3)5 技术要求 (3)5.1 使用条件 (4)5.2 机体和结构质量 (4)5.3 性能指标 (4)5.4 电磁兼容性 (5)5.5 保护功能 (6)5.6 通讯 (7)5.7 自动开/关机 (7)5.8 软启动 (7)5.9 绝缘耐压性 (7)5.10 外壳防护等级 (7)6 试验方法 (7)6.1 试验环境条件 (8)6.2 机体和结构质量检查 (8)6.3 性能指标试验 (8)6.4 电磁兼容试验 (9)6.5 保护功能试验 (9)6.6 通讯接口试验 (11)6.7 自动开/关机试验 (11)6.8 软启动试验 (11)6.9 绝缘耐压试验 (11)6.10 环境试验 (12)7 检验规则 (12)7.1 检验分类 (12)7.2 出厂检验 (13)7.3 型式检验 (13)8 标志、包装、运输、贮存 (13)8.1 标志 (13)8.2 包装 (14)8.3 运输 (14)8.4 贮存 (14)附录A(资料性附录) (15)附录B（资料性附录）防孤岛效应保护方案的选取 (17)前言北京鉴衡认证中心是经国家认证认可监督管理委员会批准，由中国计量科学研究院组建，专业从事新能源和可再生能源产品标准化研究和产品质量认证的第三方认证机构。

为推动和规范我国并网光伏逆变器的发展，适应国际贸易、技术和经济交流的需要，以及促进我国并网光伏逆变器的产业化，特制定本认证技术规范。

储能电源产品可靠性评测系统的能量回收技术

I G I T C W技术分析Technology Analysis82DIGITCW2023.101 储能电源产品能量回收系统储能电源产品在充放电过程中都会产生一定程度的余电，如果这些余电不能得到有效的利用，会造成大量的资源浪费。

为了解决这个问题，本文所研究的储能电源产品能量回收系统，通过将余电进行存储和回收，可以实现对能源的最大化利用。

具体来说，当储能电源在放电过程中产生余电时，该系统会自动启动并将余电进行存储；当需要充电时，则可以通过该系统将存储在其中的余电释放出来进行充电。

2 储能电源产品能量回收系统运行方式储能电源产品的核心是其高效的能量存储和回收系统，通过对系统运行方式进行优化，可以实现更加高效、稳定和可靠的使用效果。

对于储能电源产品来说，不同的电池类型需要有不同系统控制方式，需要根据实际需求进行权衡。

充放电控制系统是保证储存和释放过程中稳定性和安全性的关键。

在充电过程中，需要根据电池类型和电池状态进行合理的充电控制，以避免过充或过放现象的发生。

在放电过程中，需要根据负载需求进行合理的放电控制，以确保储能电源产品能够稳定供电。

对于储能电源产品的能量回收系统，有以下几点需要注意。

首先，在回收过程中需要考虑系统内部损耗和外部环境因素对回收效率的影响。

其次，在回收后需要对能量进行储存，并在下一次使用时进行合理利用。

同时，还需要考虑系统运行效率与安全性之间的平衡问题。

储能电源产品可靠性评测系统的能量回收技术赵智星，郝红星，阳建平，范红彬，张常平（湖南炬神电子有限公司，湖南郴州 423000）摘要：随着储能电源产品在各个领域的广泛应用，如何提高其可靠性成为了一个重要的问题。

而储能电源产品的能量回收技术则是解决这一问题的有效途径之一，通过该途径既可以实现能量的回收利用，又可以有效地降低能源的消耗和对环境污染。

不仅可以提高储能电源产品的可靠性，还能达到节约资源、保护环境、提高经济效益等多重目的。

多功能并网逆变器研究综述_曾正

表 2 Hirachi K 等所提单相全桥式拓扑的参数
Tab.2 Parameters of single-phase full-bridge topology proposed by Hirachi K et al
对象
直流电源容量电网电压开关频率功率器件控制策略复合功能
参数
PV 电池、储能电池，直流母线电压 200 V 输入功率小于 3.4 kW，额定容量 3 kV·A 110 V ／ 60 Hz 40 kHz MOSFET PI 控制，SPWM 调制单相 APF 功能
从图 1 或图 2 不难发现：Wu T F 等提出的这类拓扑具有 3 个明显的缺陷。
a. 由于 PV 输出功率具有较大的波动性，这类多功能并网逆变器只能稳定地工作于并网运行模式。如果图 1（或图 2）所示拓扑工作于离网运行模式，当
VD1
PV 电池
S1
半桥
Lf
VD2 直
流
滤 Cf 波
VT1
Cdc udc VT3
iPV
uPV udc 门极脉冲
控制系统（DSP TMS320F240）
Ls ia iL is us S2 负荷
is us
图 2 Wu T F 等提出的单相半桥式多功能并网逆变器
Fig.2 Single-phase half-bridge topology of multi-functional grid-connected inverter proposed by Wu T F et al
该拓扑能实现 PV 电池的并网和谐波电流的补偿。按如图 1 所示电流参考方向，当负荷开关 S2 闭合后，电网和并网逆变器均可向负荷供电。若负荷较小，并网逆变器输出的过剩电力注入电网；若负荷较大，并网逆变器输出功率不足的部分由电网供给。值得指出的是：当负荷为整流负荷等非线性负荷时，可以通过控制器的调节作用改变并网逆变器的输出电流，使其提供所需补偿的谐波电流，使得电网支路的电流 is 仅为正序基波分量，即并网逆变器可起到并联有源电力滤波器 APF（Active Power Filter）的作用。