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随着新能源、智能电网、分布式发电等技术的迅速发展,分布式逆变器并联系统越来越成为一个重要的研究领域。逆变器并联系统大体上可分为两大类,一类是通过逆变器单元间的信息交互以实现并联,另一类并联单元间无需任何信息交互。后者方案中逆变单元彼此完全独立,且不受空间分布的限制,适合于分布式逆变器并联系统的应用。本文在总结现有逆变器并联系统理论与应用研究的基础上,针对无信息交互的分布式逆变器并联系统,以提高其稳态及动态性能为目标,对其控制技术的相关关键问题进行了深入研究。
逆变器单机系统是并联系统的基础,其良好的稳态及动态性能是并联系统得以正常稳定运行的必要条件。首先本文指出逆变器单机的传统小信号模型中负载参数固定不变从而导致复杂负载条件下无法保证逆变器系统良好静动态性能的问题。并通过引入反馈线性化理论,从理论上证明了三相逆变器能够通过反馈与前馈补偿实现系统的精确线性化。同时基于动态逆系统反馈线性化原理并结合输入前馈控制,提出了适用于三相逆变器大信号模型的基于dq0坐标变換的反馈线性化方法,且亦可应用于单相逆变器系统。仿真和实验研究表明相对于传统三相及单相逆变器控制方法,本文提出的基于逆系统反馈线性化控制方法具有更加良好的稳态和动态性能。
环流的分析和抑制是影响逆变器并联系统性能的关键问题。现有逆变器并联系统环流问题的研究存在模型过于简化从而导致无法分析系统环流中开关频率相关的谐振分量的问题。本文从开关器件级的电路模型入手,对逆变器并联系统的环流进行了细致分析,根据叠加定理和网孔电流法建立了可用来近似分析开关谐振环流的电路模型。并通过仿真和实验明确了开关谐振环流分析的理论价值和实际意义,并得出了能够较好抑制开关谐振环流的系统参数的设计指导准则。
为使无信息交互的逆变器并联系统获得更加准确且快速的功率均分效果,高性能的数字化功率计算方法必不可少。在分析总结现有功率计算方法优缺点的基础上,通过借鉴滑动窗口的思想,本文提出了基于滑动平均的电压电流相移的数字化功率计算方法.从稳态,动态性能以及运算的时间和空间消耗等方面综合考虑,与现有方法的对比仿真结果验证了该功率计算方法良好的综合性能。同时与采用传统功率计算方法的逆变器并联系统的对比实验也验证了该方法的有效性。
为了使组成无信息交互逆变器并联系统的各逆变器单元的选择更加灵活同时提高系统的整体有效容量,本文首先针对基于PQ下垂控制方法的等功率均分方案进行了深入的分析,其次结合虛拟阻抗控制方法,提出了以额定视在功率为比例进行功率加权均分的改进型PQ下垂控制方法。该方法按照“按能分配”的思想,实现了根据逆变器单元的额定功率对其进行功率的分配,优化了并联系统的功率配置,最终可提高系统的整体有效容量。两台额定功率分别为1kW和2kW的单相逆变器构成的并联系统的仿真和实验验证了本文提出的基于虚拟阻抗的功率加权均分改进型PQ下垂控制方法的可行性和有效性。
最后,本文通过深入分析三相逆变器并联系统的特点,明确了三相系统中功率量的物理意义。结合并联系统功率均分的控制目标,给出了五个功率量的定义。并提出了针对三相系统中不同类型功率的基于对称分量变换的改进型PQ下垂控制方法,实现了无信息交互的三相逆变器并联系统在非平衡负载条件下环流的抑制从而保证了加权功率均分。相关仿真和实验结果证实了本文对三相系统中功率分析的正确性以及控制方案的可行性和有效性。