基于自适应虚拟阻抗的逆变器并联控制策略_李永刚.pdf

第4 4卷第1期河 北 科 技 大 学 学 报V o l.4 4,N o.12 0 2 3年2月J o u r n a l o fH e b e iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yF e b.2 0 2 3 文章编号:1 0 0 8-1 5 4 2(2 0 2 3)0 1-0 0 1 2-0 8基于自适应虚拟阻抗的逆变器并联控制策略李永刚,王业朋,姜玉霞(华北电力大学电力工程系,河北保定 0 7 1 0 0 3)摘 要:低压微网中,各并联逆变器之间的连接线路因长度、损耗等不同导致各逆变器并联线路阻抗存在明显差异,在常规下垂控制下,各并联逆变器间有功功率存在无法均分的问题。针对上述问题,提出了一种基于虚拟阻抗的自适应控制策略。首先,以逆变器功率传输特性与阻性下垂控制方程为基础,分析并联逆变器在线路呈阻性时有功功率分配不均的原因;其次,在传统定值虚拟阻抗基础上,通过引入并联逆变器的输出功率差构造虚拟阻抗,自适应地补偿线路阻抗差异,在不获取本地线路阻抗参数的情况下实现功率均分;最后,在MAT L A B/S i m u l i n k仿真平台上建立逆变器并联系统的仿真模型,进行验证和分析。结果表明,所提方法能有效实现逆变器间有功和无功功率的均匀分配,且适用于本地负载不同的情形。基于自适应虚拟阻抗的控制策略改善了并联逆变器间功率的均分水平,可为低压微网中并联逆变器功率控制的优化设计提供参考。关键词:电力电子技术;自适应虚拟阻抗;下垂控制;逆变器并联;功率均分;低压微网中图分类号:TM 4 6 4 文献标识码:A D O I:1 0.7 5 3 5/h b k d.2 0 2 3 y x 0 1 0 0 2 收稿日期:2 0 2 2-0 4-3 0;修回日期:2 0 2 2-0 7-1 1;责任编辑:冯 民基金项目:国家自然科学基金(5 1 7 7 7 0 7 5);国网山东省电力有限公司科技项目(2 0 2 0 A-0 2 6)第一作者简介:李永刚(1 9 6 7),男,河北保定人,教授,博士,主要从事电机及其系统分析与监控、新能源与电力系统、电气设备状态监测与故障诊断等方面的教学和研究。E-m a i l:l y g z x m 01 6 3.c o m李永刚,王业朋,姜玉霞.基于自适应虚拟阻抗的逆变器并联控制策略J.河北科技大学学报,2 0 2 3,4 4(1):1 2-1 9.L IY o n g g a n g,WAN GY e p e n g,J I AN GY u x i a.P a r a l l e l i n v e r t e r sc o n t r o l s t r a t e g yb a s e do na d a p t i v ev i r t u a l i m p e d a n c eJ.J o u r n a lo fH e b e iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,2 0 2 3,4 4(1):1 2-1 9.P a r a l l e l i n v e r t e r sc o n t r o l s t r a t e g yb a s e do na d a p t i v ev i r t u a l i m p e d a n c eL IY o n g g a n g,WANGY e p e n g,J I ANGY u x i a(D e p a r t m e n to fE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,N o r t hC h i n aE l e c t r i cP o w e rU n i v e r s i t y,B a o d i n g,H e b e i 0 7 1 0 0 3,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h e l o w-v o l t a g em i c r o g r i d,t h e c o n n e c t i o n l i n e sb e t w e e np a r a l l e l i n v e r t e r s a r ed i f f e r e n t d u e t o t h ed i f f e r e n t l e n g t ha n d l o s s,a n dt h ea c t i v ep o w e ro ft h ep a r a l l e l i n v e r t e r sc a n n o tb ee v e n l yd i s t r i b u t e du n d e rt h ec o n v e n t i o n a ld r o o pc o n t r o l.A i m i n ga t t h i sp r o b l e m,a na d a p t i v ec o n t r o l s t r a t e g yb a s e do nv i r t u a l i m p e d a n c ew a sp r o p o s e d.F i r s t l y,b a s e do nt h e i n v e r t e rp o w e r t r a n s m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h er e s i s t i v ed r o o pc o n t r o le q u a t i o n,t h er e a s o no ft h eu n e v e np o w e rd i s t r i b u t i o no fp a r a l l e l i n v e r t e r sw h e nt h e l i n ew a sr e s i s t i v ew a sa n a l y z e d.T h e n,b a s e do nt h e t r a d i t i o n a l f i x e dv i r t u a l i m p e d a n c e,t h ev i r t u a li m p e d a n c ew a sc o n s t r u c t e db yi n t r o d u c i n gt h eo u t p u tp o w e rd i f f e r e n c eo ft h ep a r a l l e li n v e r t e r s,a n dt h el i n ei m p e d a n c e第1期李永刚,等:基于自适应虚拟阻抗的逆变器并联控制策略d i f f e r e n c ew a sc o m p e n s a t e da d a p t i v e l y,s ot h a tt h ep o w e rs h a r i n gc a nb er e a l i z e dw i t h o u to b t a i n i n gt h el o c a l l i n ei m p e d a n c ep a r a m e t e r s.F i n a l l y,t h es i m u l a t i o nm o d e l o fp a r a l l e l i n v e r t e r ss y s t e m w a se s t a b l i s h e do nt h eMA T L A B/S i m u l i n ks i m u l a t i o np l a t f o r mf o rv e r i f i c a t i o na n da n a l y s i s.T h er e s u l t ss h o wt h a t t h ep r o p o s e dm e t h o dc a ne f f e c t i v e l yr e a l i z et h es h a r i n go fa c t i v ea n dr e a c t i v ep o w e ra m o n g i n v e r t e r s,a n d i s a l s os u i t a b l e f o r d i f f e r e n t l o c a l l o a d s.T h e c o n t r o l s t r a t e g yb a s e do na d a p t i v ev i r t u a li m p e d a n c e i m p r o v e s t h e l e v e l o fp o w e rs h a r i n ga m o n gp a r a l l e l i n v e r t e r s,w h i c hp r o v i d e ss o m e r e f e r e n c e f o r t h eo p t i m a l d e s i g no fp o w e r c o n t r o l o fp a r a l l e l i n v e r t e r s i n l o w-v o l t a g em i c r o g r i d.K e y w o r d s:p o w e re l e c t r o n i ct e c h n o l o g y;a d a p t i v ev i r t u a li m p e d a n c e;d r o o pc o n t r o l;p a r a l l e li n v e r t e r s;p o w e rs h a r i n g;l o w-v o l t a g em i c r o g r i d 为实现“碳达峰、碳中和”目标,同时满足社会发展对能源的需求,需要构建以新能源为主体的新型电力系统1。逆变器作为直流向交流转换的接口,对新能源的利用至关重要。单台大容量逆变器由于生产成本较高、安装维修较困难等问题,其应用领域受到一定限制。多台逆变器并联不仅可以弥补单台逆变器容量小的问题,而且具有可靠性高、容量组合灵活、易于生产和维护等优势2,在低电压微电网中应用广泛。多逆变器并联运行要求各逆变器输出电压相量完全一致。在实际应用过程中,各逆变器因拓扑结构、功率等级、运行工况等差异,其器件参数可能不完全一致,且逆变器的线路参数、驱动电路或采样电路也会存在差异3,造成逆变器间功率分配不均,降低了电源效率,甚至导致系统不稳定4-5。因此有必要在系统内部采取恰当的功率均分措施。目前,并联逆变器常见的控制方式有集中控制6-8、主从控制9-1 1、分布逻辑控制1 2-1 3、下垂控制1 4-1 5等。其中,下垂控制因具有控制灵活、成本低、可靠性高和便于扩展等优势应用较为广泛1 6。下垂控制过程和传统同步机组一次调频、一次调压过程类似,利用电压和频率偏移调整逆变器的输出功率,实现系统的功率平衡。但由于下垂控制采用的是比例控制,在功率均分精度和频率、电压误差之间存在不可调和性4,1 5。为提升功率均分精度,常见的研究思路主要集中在改进下垂控制和引入虚拟阻抗2个方面1 6。文献1 7 将一致性算法和P I控制结合计算电压额定值补偿量,提升了系统的稳态和动态性能。文献1 8 将自适应下垂系数与虚拟阻抗结合,可提升功率均分精度。文献1 9 将虚拟阻抗引入瞬时平均电流控制环节以实现环流抑制,但虚拟阻抗值配置为固定值,不能较好地适应线路阻抗变化。文献2 0 提出了一种增强型鲁棒电压下垂控制,能够改善电压跌落问题且具有较好的动态响应,但其引入的虚拟阻抗是为了增加系统阻性,