具有电压调节功能的直流微网双向逆变器的研究

具有电压调节功能的直流微网双向逆变器的研究摘要：在直流微网发电系统中，需要一种能够实现直流微网与电网交换电能的双向逆变装置。该文主要研究用于直流微网系统中可双向流动的三相逆变器，该逆变器可以工作在PWM整流和并网逆变状态下。与此同时，该三相逆变器还可以作为直流微网系统的电压调节装置使用。本文研究了该逆变器在各种工作模式下的工作原理及控制算法，利用Matlab工具设计控制算法的相关参数，同时，构建了逆变器在各个工作模式下的仿真电路图，提出了验证控制算法。

关键词：电压调节直流微网逆变器

分布式发电系统结合储能装置及用电设备后可组成微电网即微网，微网还可与大电网相连，可对大电网消峰填谷，既可提高分布式电源的利用率，还可提高整个系统的稳定性[1][2]。直流微网发电系统中的双向逆变器的主要功能是实现直流微网与电网之间的能量双向传递。当能量由直流微网向电网传递时，逆变器工作在并网逆变的工作模式下，当能量由电网向直流微网传递时，逆变器则工作在整流模式下。只有当直流微网的直流母线电压保持在相对稳定的情况下，与微网相连接的发电及用电设备才能正常工作。所以，在直流微网系统中能否实现其直流母线电压的稳定直接关系到电网系统的用电设备的工作状态[3]。因此，需要将电压调节功能加入到双向逆变器中。

1 逆变工作模式分析

1.1 逆变器的拓扑结构

三相全桥式逆变器具有结构简单，设计难度低，成本低等优点，所以本文研究的逆变器选择三相全桥式逆变器。主电路拓扑结构如图1所示。

1.2 逆变器的工作状态分析

2 逆变器控制算法分析

本文所研究的具有电压调节功能的双向逆变器采用电压电流双环控制算法，当逆变器工作在正常状态时，一方面要保证逆变器直流侧直流母线电压保持恒定，另一方面要保证并网电流为正选波。控制框图如图2所示。

外闭环为直流电压控制环，内闭环为并网电流控制环。逆变器根据其直流侧的实际电压与设定电压的差值计算出应该输出的并网电流，通过调节并网电流保证逆变器

3 仿真实例

3.1 双向逆变器工作在逆变工作模式下

当逆变器工作在逆变模式下时，逆变器将直流侧的功率传输到电网，此时逆变器需要通过调节并网电流来保证直流侧与电网侧输送功率的平衡。构件Matlab仿真电路图如图3所示。

图中Cs为调节输出大小的恒流源，其输出直流电流的大小由模块Signal Builder控制。图4为并网电流波形。

3.2 双向逆变器工作在整流工作模式下

当逆变器工作在逆变模式下时，双向逆变器需要根据直流侧用电设备吸收功率的大小来调节并网电流，从而达到直流侧母线电压恒定的目的。构建的仿真电路图如图5。

仿真实验中发现，逆变器直流侧电压随着负载的变化而变化，因此需要通过增加PID控制中比例系数和积分系数大小来稳定直流侧电压。直流母线电压波形图如图6。

4 结语

为了提高微网发电系统与电网系统发电及用电设备的工作稳定性，本文设计了具有直流电压调节功能的双向逆变器的控制策略以及根据直流电压变化调节并网电流的算法。并且通过Matlab进行仿真。仿真结果表明，双向逆变器采用电压电流双环控制算法可以有效的稳定直流侧电压，保证微网系统与电网系统的功率传输平衡，提高发电及用电设备的工作稳定性。

参考文献

[1]He Dexin．Summary about sustainable development of wind energy technology[J].Electrical Equipment,2008,9(11):4-8.

[2]宗相,王彩霞,闽勇.微电网研究综述[J].电力系统自动化,2007,31(19):100-107.

[3]仲浩.直流微网中并网逆变技术的研究[D].南京:东南大学,2012.