基于虚拟阻抗的多并网逆变器系统全局谐振抑制装置及方法.pdf

本发明属于电力电子领域，尤其是涉及一种基于虚拟阻抗的多并网逆变器系统全局谐振抑制装置及方法，本发明采用单独添加一台逆变器作为谐振抑制单元来产生一个虚拟阻抗，虚拟阻抗并联在并网逆变器与公共电网耦合点（PCC点）处，其特点是在谐振点频率及其附近频率处阻抗很小，从而减小了PCC点处谐振点及其附近的电压。该方法可以有效抑制电网的谐振，并且不影响并网逆变器基波控制。

1.  一种基于虚拟阻抗的多并网逆变器系统全局谐振抑制装置，其特征在于：包括一个在并网逆变器与公共电网耦合点处并联的虚拟阻抗；该虚拟阻抗由一台单独在PCC点处并联的并网逆变器作为谐振抑制单元来提供。

2.  一种基于虚拟阻抗的多并网逆变器系统谐全局振抑制方法，其特征在于：在并网逆变器与公共电网耦合点处并联的虚拟阻抗的实现方法为：用于提供虚拟阻抗的逆变器的电流指令除了含有基波电流部分之外还添加了用于产生虚拟阻抗的附加电流指令部分；总的指令电流计算公式为：
i*=ib*-ir*]]>               式一
其中i^*表示提供虚拟阻抗的逆变器最终的电流指令，表示基波电流指令，表示用于产生虚拟阻抗的附加电流指令；所述用于产生虚拟阻抗的附加电流指令由PCC点电压通过一个软件带通滤波器产生来实现；软件带通滤波器的传递函数为：
Z(s)=As(ω0/Q)s2+s(ω0/Q)+ω02]]>                 式二
其中A是放大系数，ω₀为谐振频率，由谐振监测器检测出；Q为品质因素；
由于式一所述的带通滤波器的特点是，中心频率等于谐振频率ω₀，在ω₀及其附近频率处的幅值很高，其他频率处幅值很低；采集PCC点电压，通过该带通滤波器，产生一个附加电流指令，该附加电流指令也只有在ω₀及其附近频率的值很大，其它频率处的值很小，刚好为谐振频率附近的电压提供了一个电流通道，减小了谐振电压，从而抑制了谐振；虚拟阻抗也刚 好等于带通滤波器传递函数的倒数；即：
Zf=1Z=1As2+s(ω0/Q)+ω02s(ω0/Q)]]>            式三。

基于虚拟阻抗的多并网逆变器系统全局谐振抑制装置及方法
技术领域
本发明属于电力电子领域，尤其是涉及一种基于虚拟阻抗的多并网逆变器系统全局谐振抑制装置及方法。
背景技术
由于全球出现的能源危机与环境压力，新能源发电越来越收到人们的关注。为了减少新能源对电网的冲击，微电网的概念也随之被提出，而且在近年来得到了快速的发展。新能源与微电网的主要接口是并网逆变器，当大量的并网逆变器并联接于微电网的母线或公共联接点时，若电网的内阻抗不为零时，各逆变器之间会发生交互影响，导致逆变器的输出性能下降，严重时将导致系统不稳定。有学者研究发现，基于LCL型滤波器的多并网逆变器系统，由于LCL滤波器本身特性和逆变器之间的交互影响，使得多并网逆变器系统存在多个谐振点，对微电网安全稳定运行造成了严重威胁。然而目前大多数研究聚焦在单台逆变器的谐振抑制措施上，对于多并网逆变器系统的谐振抑制方法还缺乏研究。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种可以有效抑制电网谐振，并且不影响并网逆变器基波控制的基于虚拟阻抗的多并网逆变器系统全局谐振抑制装置及方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于虚拟阻抗的多并网逆变器系统全局谐振抑制装置，其特征在 于：包括一个在并网逆变器与公共电网耦合点(PCC点)处并联的虚拟阻抗；该虚拟阻抗由一个单独在PCC点处并联的一台并网逆变器作为谐振抑制单元来提供。
一种基于虚拟阻抗的多并网逆变器系统谐全局振抑制方法，其特征在于：在并网逆变器与公共电网耦合点(PCC点)处并联的虚拟阻抗的实现方法为：用于提供虚拟阻抗的逆变器的电流指令除了含有基波电流部分之外还添加了用于产生虚拟阻抗的附加电流指令部分；总的指令电流计算公式为：
i*=ib*-ir*]]>  式二
其中i^*表示提供虚拟阻抗的逆变器最终的电流指令，表示基波电流指令，表示用于产生虚拟阻抗的附加电流指令；所述用于产生虚拟阻抗的附加电流指令由PCC点电压通过一个软件带通滤波器产生一个来实现；软件带通滤波器的传递函数为：
Z(s)=As(ω0/Q)s2+s(ω0/Q)+ω02]]>  式一
其中A是放大系数，ω₀为谐振频率，由谐振监测器检测出；Q为品质因素；
由于式一所述的带通滤波器的特点是，中心频率等于谐振频率ω₀，在ω₀及其附近频率处的幅值很高，其他频率处幅值很低；采集PCC点电压，通过该带通滤波器，产生一个附加电流指令，该附加电流指令也只有在ω₀及其附近频率的值很大，其它频率处的值很小，刚好为谐振频率附近的电压提供了一个电流通道，减小了谐振电压，从而抑制了谐振；虚拟阻抗也刚好等于带通滤波器传递函数的倒数；即：
Zf=1Z=1As2+s(ω0/Q)+ω02s(ω0/Q)]]>  式三。
因此，本发明具有如下特点：在谐振点频率处阻抗很小，从而减小了PCC点处谐振点附近的电压，可以有效抑制电网的谐振，并且不影响并网逆变器基波控制。
附图说明
图1为本发明中的加入虚拟阻抗后多并网逆变器系统等效电路图。
图2为本发明中含谐振抑制单元的系统结构图。
图3为本发明中提供虚拟阻抗的逆变器控制框图。
图4为本发明的谐振抑制效果图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
一、首先介绍一下本发明的具体装置和方法。
本发明的核心是在并网逆变器与公共电网耦合点处并联的虚拟阻抗；该虚拟阻抗由一台单独在PCC点处并联的一个并网逆变器作为谐振抑制单元来提供。，如图1所示，图1中，Y_i表示第i台并网逆变器的输出导纳；Y_g表示电网等效导纳；i_gi表示第i个并网逆变器并网电流；G_i表示第i个逆变器电流闭环传递函数；u_g表示电网电压；Z_f表示虚拟阻抗。
该虚拟阻抗的实现方法为：用于提供虚拟阻抗的逆变器的电流指令除了含有基波电流部分之外还添加了用于产生虚拟阻抗的附加电流指令部分；总的指令电流计算公式为：
i*=ib*-ir*]]>  式一
其中i^*表示提供虚拟阻抗的逆变器最终的电流指令，表示基波电流指令，表示用于产生虚拟阻抗的附加电流指令；所述用于产生虚拟阻抗的 附加电流指令由PCC点电压通过一个软件带通滤波器产生一个来实现；软件带通滤波器的传递函数为：
Z(s)=As(ω0/Q)s2+s(ω0/Q)+ω02]]>  式二
其中A是放大系数，ω₀为谐振频率，由谐振监测器检测出；Q为品质因素；
由于式一所述的带通滤波器的特点是，中心频率等于谐振频率ω₀，在ω₀及其附近频率处的幅值很高，其他频率处幅值很低；采集PCC点电压，通过该带通滤波器，产生一个附加电流指令，该附加电流指令也只有在ω₀及其附近频率的值很大，其它频率处的值很小，刚好为谐振频率附近的电压提供了一个电流通道，减小了谐振电压，从而抑制了谐振；虚拟阻抗也刚好等于带通滤波器传递函数的倒数；即：
Zf=1Z=1As2+s(ω0/Q)+ω02s(ω0/Q)]]>  式三
如图3所示，U_dc表示并网逆变器直流侧电压；Z_L1,Z_L2,Z_C表示LCL滤波器参数；i_L1—表示逆变器侧电流；i_g表示网侧电流；u_c,i_c表示滤波器电容电压及电流；Z_g表示电网阻抗；u_g表示电网电压；H₁,H₂表示电流反馈系数。
二、下面以两台并网逆变器组成的系统为例，即图1中n＝2,分析谐振抑制效果。逆变器的参数如表1所示。
表1是逆变器及并网电网参数

通过谐振监测发现系统存在一个频率为850Hz左右的谐振点，因此 ω₀＝1700π，带通滤波器其他参数确定如下：Q＝3，A＝5。
在t＝0.6s时给电网电压中加入5％的850Hz谐波，在t＝0.12s时加入如图2所示的谐振抑制单元，控制框图如图3。加入谐振抑制单元前后两种情况下两台逆变器的并网电流和电网电压波形分别如图4所示。可以看出本发明所述方法可以有效地抑制谐振。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。