分布式微网电力系统中多逆变电源的并网控制研究(合肥工.pdf

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1、合肥工业大学博士学位论文分布式微网电力系统中多逆变电源的并网控制研究姓名：鞠洪新申请学位级别：博士专业：电力电子与电力传动指导教师：丁明;苏建徽20060501鱼!三些查堂壁主兰焦丝苎分布式微网电力系统中多逆变电源的并网控制研究摘要本文是在教育部科学研究重大项目“分布式能源系统理论与关键技术研究”(N o 3 0 6 0 0 4)的资助下完成的，论文主要任务是研究开发适用于分布式发电系统的并联型逆变电源。采用多种能源并联组成的分布式发电系统是大力发展可再生能源。提高供电电源可靠性，扩大供电系统容量的重要途径。分布式能源系统的供电可以由多种能源经电力变换组网形成，其备供电单元具有分散性，且均井接

2、于交流电网母线上。对于小型的分布式发电系统，其供电单元一般为并联型逆变电源，逆变电源的并联方式有多种。而无互联线的逆变电源并联方式，则特别适台于并网逆变电源分散的分布式发电系统。理想的分布式发电系统包括并联的逆变电源模块、输出线路阻抗、交流总线以及接在交流总线上的负载。其中逆变电源是接个分布式发电系统的核心，它负责将分布式能源通过逆变、均流等技术变换为电能并实现系统的并联组网运行。论文从逆变电源无线并联系统的主电路拓扑、输出特性与功率控制以及逆变电压合成与跟踪等方面展开研究，详细全面地阐述了系统的控制思想。不仅对逆变电源的并联控制镱略进行了数字建模和仿真，而且采用D S P 主控芯片，设计开发

3、了一套无线并联型逆变电源实验样机，经测试取得良好实验效果。全文的工作主要体现在以下几个方面：1 利用单相逆变电源主电路模型对单相逆变系统开环以及闭环特性进行分析，具体设计了适合工程应用的逆变电压瞬时双闭环调节控制器：并提出并联逆变单元输出滤波电感参数的工程设计方法和原则。2 针对逆变电源无线并联系统在启动时的预同步问题，提出一种自适应预同步控制方案；系统采用无相差数字锁相技术，锁定输出电压的相位和频率，有效地提高了系统的抗干扰能力。3 依据下垂并联控制的数学模型，对并联系统的功率下垂特性、功率解耦控制思想以及输出功率性能等方面进行了详细的分析和讨论，并佐以波特图阐述了功率控制环中各控制变量对于

4、系统性能的影响，为系统的优化设计提供参考依据。4 一通过分析下垂并联理论的控制局限性，提出基于电感电流反馈控制的虚拟阻抗自校正并联方案a 该方案采用调整并联单元等效输出阻抗的策略，使系统实现了对输出有功功率、无功功率和谐波功率的良好控制。5 针对常规无互联线并联系统的输出负载频率特性，采用有功功率动态变系数下垂法，来消除系统稳态输出频率误差，并在理论分析基础上，成功完成了仿真实验。6 建立单相逆变电源无线并联控制系统的M A T L A B 仿真模型，并通过仿真实验对其进合肥工业大学博士学位论文行验证分析，结果表明：论文提出的虚拟阻抗自校正并联控制技术在系统的动态性能与稳态特性方面均有较大改善

5、。7 研制具有无线并联功能的逆变电源样机。系统采用电机专用D S P 数字信号处理器控制，通过合理的控制逻辑流程，有效保证系统功能的正确实现，经实验测试并机效果良好。关键词：分布式微网、多逆变电源、无联络线、并网、虚拟阻抗垒些三些查兰竺土兰垡丝苎一R e s e a r c ho nt h eP a r a l l e lC o n t r o lo fM u l t i i n v e r t e r si nD i s t r i b u t e dM i c r o g r i dP o w e rS y s t e mA b s t r ac tT h i sd i s s e r t

6、 a t i o ni ss u p p o r t e db yt i l eM i n i s t r yo fE d u c a t i o nu n d e rt h ep r o j e c t R e s e a r c ho oS y s t e mT h e o r ya n dK e yT e c h n o l o g yf o rD i s t r i b u t e dE n e r g yS y s t e m”(N o 一3 0 6 0 0 4)，i tf o c u sO I lt h er e s e a r c ho fp a r a l l e li n v

7、 e r t e ra p p l i e dt oD i s t r i b u t e dG e n e r a t i o nS y s t e m T h eD i s t r i b u t e dG e n e r a t i o nS y s t e m(D G S)，w h i c hi sc o m p o s e do fv a r i o u se n e r g ys o u r c e sb yp a r a l l e lc o n n e c t i o n i st h eo n eo fw a yt od r a m a t i c a l l yd e v

8、e l o pr e n e w a b l ee n e r g yr e s o u r c e，i m p r o v et h er e l i a b i l i t ya n de x p a n dt h ec a p a c i t yo f p o w e rs u p p l ys y s t e m T h ep o w e rs u p p l yo fD i s t r i b u t e dE n e r g yS y s t e mc a nb em a d eu po fv a r i o u se n e r g ys o u r c e sw h i c h

9、a r ec o n v e r t e dt oe l e c t r i cp o w e rt of o r mm i c r o g r i d。I t su n i t sd i s p e r s es e p a r a t e l y，a n dc o n n e c tt oA Cm a i n si np a r a l l e l。T os m a l ls c a l eD G S，i t sp o w e rs u p p l yu n i t sa r ep a r a l l e li n v e r t e rc o m m o n l y。M a n yp a

10、 r a l l e Ic o n n e c t i o ns o l u t i o n s，e s p e c i a l l yt h ew i r e l e s sp a r a l l e lc o n t r o lt e c h n i q u e，f i tt ot h eD G Sw i t hm a n yd i s p e r s e di n v e r t e r s Ap e r f e c tD G Si n c l u d e sp a r a l l e li n v e r t e rm o d u l e，o u t p u tl i n ei m p

11、 e d a n c e，A Cm a i n s，a n dt h el o a dc o n n e c t e dt oA Cm a i n s A m o n gt h ep a r t sa b o v e，t h ei n v e r t e ri st h ek e yc o m p o n e n t，w h i c hi si nc h a r g eo fc o n v e r t i n gt h ed i s t r i b u t e de n e r g yt oe l e c t r i cp o w e ra n df o r m i n gm i c r o

12、g r i dw i t hp r o p e rt e c h n i q u e ss u c ha si n v e r t i n ga n dc u r r e n ts h a r i n g T h es y s t e mc o n t r o ls t r a t e g yi sd e m o n s t r a t e dc o m p r e h e n s i V e l y，a n dt h em a i nc i r c u i tt o p o l o g y，t h eo u t p u tc h a r a c t e r i s t i c sa n dp

13、 o w e rc o n t r o l，t h ec o m p o s i n ga n dt r a c k i n go fi n v e r t e rv o l t a g ea r ea l s or e s e a r c h e da sw e l l B e s i d e sm o d e l i n ga n ds i m u l a t i n gt h ep a r a l l e lc o n t r o ls t r a t e g yo fi n v e r t e r,as e to fD S Pc o n t r o l l e dw i r e l e

14、 s sp a r a l l e li n v e r t e ri sa l s od e s i g n e dW h a t sm o r e，t h ei n s t r u m e n ta c h i e v e ds a r i s f y i n ge x p e r i m e n t a lr e s u l t s T h em a i na s p e c t so ft h i sd j s s e r t a I i o na r es n l l l t o a r i z e da sf o I l o w s：1 U s i n gt h em a i nc

15、 ir c u i tm o d e lo fs i n g l ei n v e r t e r,t h eo p e n l o o pa n dc l o s e d-l o o pc h a r a c t e r i s t i c so ft h i ss y s t e ma r ea n a l y z e d，a n dt h ed o u b l ec l o s e d-l o o pv o l t a g ea d j u s t e ro fi n v e r t e r,w h i c hc a nb ea p p l i e dt op r a c t i c e

16、，a r ed e s i g n e di nd e t a i l，M o r e o v e rt h ep a r a m e t e rd e s i g nm e t h o da n dp r i n c i p l eo fo u t p u tf i l t e ri n d u c t o ri np a r a l l e li n v e r t e ru n i t sa r ep r o p o s e da sw e l l 2 A na d a p t i v ep r e-s y n c h r O n i z a t i o ns c h e m ei sp

17、 u tf o r w a r dt os o l v et h es t a r t i n gp h a s ee r r o ro ft h ew i r e l e s sp a r a l l e li n v e r t e rs y s t e m T h ed i g i t a lp h a s el o c k e dt e c h n o l o g yi sa d o p t e di nt h i ss y s t e m；i tc a nn o to n l yf i xt h ep h a s ea n df r e q u e n c yo fo u t p u

18、 tv o l t a g e b u ta l s oe n h a n c et h es y s t e mc a p a b i l i t yt oa n t i-j a m m i n ge f f e c t i v e l y 窒!王些查堂堂!：堂些笙兰一一3 A c c o r d i n gt ot h em a t hm o d e lo fd r o o pp a r a l l e lc o n t r o l，t i r ep o w e rd r o o pc h a r a c t e r i s t i c 8，t h ep o w e rd e c o u

19、p i i n gc o n t r o l，t h ep e r f o r m a n c eo fo u t p u tp o w e r，a n ds oo nh a y eb e e na n a l y z e da n dd i s c u s s e d A tt i l es a m et i m e，i no r d e rt op r o v i d er e f e r e n c e sf o rs y s t e md e s i g n，i te x p o u n d e dt h ee f f e c t so ns y s t e mp e r f o r

20、m a n c eo fe a c hc o n t r o lv a r i a b l ei np o w e rc o n t r o ll o o pw i t hb o d ed i a g r a m s 4 B ya n a l y z i n gt h el i m i t a t i o no fd r o o pp a r a l l e lt h e o r y,ap a r a l l e ls c h e m eo fv i r t u a li m p e d a n c ea u t o r e v i s ei sp r e s e n t e di nt h

21、i sp a p e r，w h i c hi sb a s e do i li n d u c t o rc u r r e n tf e e d b a c kc o n t r 0 1 A n dt i l es a t i s f i e dc o n t r o le f f e c t so fo u t p u ta c t i v ep o w e r，r e a c t i v ep o w e ra n dh a r m o n i cp o w e rh a v eb e e n a c h i e v e db ym e a n so fa d j u s t i n

22、gt h ee q u i v a l e n to u t p u ti m p e d a n c eo fp a r a l l e lu n i t s 5 A i m i n ga tt h ef r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i co fo u t p u tl o a df o rc o n l n l o nw i r e l e s sp a r a l l e ls y s t e m，t h ed y n a m i cc o e f f i c i e n td r o o pm e t h o do fa c t i v

23、 ep o w e ri si n t r o d u c e dt oe l i m i n a t et h es y s t e ms t e a d ye r r o ro fo u t p u tf r e q u e n c y F u r t h e r m o r e，t h es i m u l a t i o nv e r i f i e st h et h e o r ya n a l y s i ss u c c e s s f u l l y 6 W i t he s t a b l i s h i n ga n da n a l y z i n gt h es i

24、m u l a t i o nm o d e lo fs i n g l ew i r e l e s sp a r a l l e li n v e r t e rs y s t e mb yM A T L A B，b o t hd y n a m i ca n ds t e a d yp e r f o r m a n c e so ft h es y s t e m，w h i c hc o n t r o l l e db yt i l ep a r a l l e ls c h e m eo fv i r t u a li m p e d a n c ea u t o r e v i

25、 s e，h a v eb e e ni m p r o v e d 7 D e v e l o p i n gt h ew ir e l e s sp a r a l l e li n v e r t e rp r o t o t y p e T h ea d v a n c e dD S Pa n dt h er e a s o n a b l el o g i c a lf l o wh a v eb e e nu s e dt oe n s u r et h es y s t e mf u n c t i o n s T h ee x p e r i m e n t a lr e s

26、u l t ss h o wt h a tt h ep a r a l l e le f f e c ti sr a t h e rg o o di nt h es y s t e m K e yw o r d s：D i s t r i b u t e dM i c r o g r i d，M u l t i-i n v e r t e r s，w i r e l e s s，p a r a l l e l，v i r t u a li m p e d a n c e台肥工业大学博士学位论文插图清单圈1 1两台逆变电源并联等效示意图4图1 2串限流电感均流电路示意圜5图1 3 最大电流自动均

27、流控制电路示意圈6图1 4直接集中控制结构框图7幽卜5主从控制结构框图8幽1 6分敞逻辑控制结构栏图9图1 73 c 环链控制结构框图1 0l!E|1 8无联络线独立控制结构框图1 1图2-1逆变单元的主电路拓扑1 6图2 2逆变电源的主电路等效框图1 7图2-3逆变单元等效电路圈1 7图2-4额定功率时士电路等效矢量图1 8图2 5电流瞬时跟踪示意图1 9图2-6逆变电源瞬时双闭环控制结构框图2 0图2 7 逆变电源瞬时双闭环控制等效图2 l图2-8电感电流瞬时闭环等效图2 l图2-9电感电流瞬时闭环简化图2 l圈2 一l O电流内环的开环传递函数波特圈2 2图2 一1 1电流内环的闭环传递

28、函数波特图2 3图2 一1 2电压外环简化框图2 3图2-1 3 校正前电压外环的开环传递函数波特图2 4图2 1 4 满载时电压外环的闭环传递函数波特图2 5酗2 1 5两台逆变单元无联络线并联时主电路接线示意图2 6图2 一1 6 预同步信号源的产生规则2 7图2 1 7 逆变单元的预同步过程示意图2 7图2 1 8数字锁相环控制框图2 8图3-1两逆变电源并联等效电路图3 4图3 2不同容量逆变电源下垂特性示意图3 6图3 3不同频率下垂系数对系统有功功率分配的影响3 6图3 4有功功率解耦控制模型4 0图3 5下垂系数变化时有功功率控制开环波特图4 l图3 6 滤波时间常数变化时有功功

29、率控制开环波特图4 2图3 7并机电抗变化时有功功率控制开环波特图4 2图3 8瞬时双闭环控制的逆变电源系统结构框图4 3图3 9瞬时双闭环控制逆变电源等效简化框图4 3图3 1 0系统电压外环增益不同时的开环波特图4 4图3 1 1考虑r 影响的两台逆变屯源并联等效电路模型4 5图3 1 2输出阻抗为uL 时两机并联空载电路图4 8图3 1 3 输出阻抗是感性时并联系统空载输出电压及环流矢量关系图4 8图3 1 4 输山阻抗为r 时两机并联空载电路图4 8合肥工业大学博士学位论文图3-1 5图3 1 6图3 一1 7图3 一1 8图3 1 9图3 2 0图3 2 1图3 2 2图3 2 3图

30、3 2 4图4 一l图4 2图4 3图4 4圉4-5图4 6圈4 7图4 8图4-9图4 1 0图4 一1 1图4 1 2图4 一1 3图4 1 4图4 一1 5图4 一1 6图4-1 7图5 一l图5 2图5 3图5 4图5 5图5-6圈5 7图5 8图5-9图5 一l O图5 一1 1图5 一1 2图5 1 3输出阻抗里阻性时并联系统空载输出电压及环流矢量关系图4 9并联系统笱效输出阻抗示意图5 I基于电感电流反馈的简化控制结构5 2基于电容电流反馈的简化控制结构5 3逆变系统输山阻抗波特图5 3虚拟阻抗技术控制结构示意图5 4系统输出阻抗波特图(采用虚拟阻抗法)5 s修正后的频率下垂特性

31、框图。5 6两台逆变电源并联系统稳态频率无差调节示意图5 7并联系统闭环控制结构简化图5 8逆变电源主电路仿真模型6 5逆变电压瞬时双环控制模型。6 5逆变单元的输出功率计算仿真模型6 6下垂法控制指令电压合成模型6 6虚拟阻抗自校正控制的指令电压合成模型们下垂法控制的逆变电源仿真模型6 7虚拟阻抗自校正控制的逆变电源仿真模型6 8参数完全一致时并联系统输出波形6 9r 不同时并联系统输出波形7 0电压幅值指令有差时并联系统输出波形7 l电压频率指令有差时并联系统输出波形7 1电压指令有差时并联系统输出波形7 2电压指令有差时并联系统负载突变输出波形7 4电压指令有箍时一机动态并联输出波形7

32、s虚拟阻抗自校正并联控制系统的输出参数7 6仿真系统输山频率7 7仿真系统带非线性负载输出电压分析7 7无线并联逆变单机的系统构成8 0直流输入电压检测电路8 2直流输入电流检测电路8 2逆变输出电压检测电路。8 3逆变输出电流检测电路8 3散热器温度检测电路8 3系统控制主流程8 5系统中断服务程序结构流程图8 6系统带阻性负载动态输出电压电流波形8 7系统带整流桥负载动态输出电压电流波形。3 7两台逆变电源并联时带阻性负载动、稳态输出波形8 8两台逆变电源并联时带非线性负载动、稳态输出波形。8 8两台逆变电源并联时其中一台动态并入、退出波形8 9独创性声明本人声明所早交的学位论文足本人在导

33、师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盒墅工些盍堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同j 二作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名鞠法莉签字日期：0 嘶年，月，牛日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全T t l 盒目g 工些厶堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印什和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金胆王些盍堂一可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印

34、或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名鞠法新签字日期：&r 6 年，月烨口学位论文作者毕业去向工作单位通讯地址导师签名Z 签字日期：如年j _ 月，角电话邮编合肥工业大学博士学位论文致谢当最后一个句号被轻轻敲落，心头涌上万千思绪，往事一幂幂滑过。仿似昨天。又如今日。回顾走过的每一步，无不凝聚着师长、同学和亲友的无私关怀与帮助。借此论文完成之际，谨向所有关心、支持我的老师与同学表示深深的感谢。由衷感谢我的导师丁明老师1 本文是在导师的亲切关怀和指导下完成的。导师严谨的治学态度，渊博的学识和宽厚的师长作风，给了我深刻的启迪，使我深深懂得欲成事先为

35、人的道理。导师那自信、真诚、厚德载物的人格魅力更是处处影响着我，使我受益不尽。师恩厚重，终生难忘。衷心感谢苏建徽老师!入工大学习五载，我的每一点成绩和进步都与苏老师的关怀羽1 支持分不开。学习上，苏老师精益求精追求完美。他引领我进入电力电子的广阔领域，指导我在科研道路上不断前进，让我体昧到科学探索的酸甜苦辣；生活中，苏老师宽容大度，真诚和善，对待我的莽撞和冲动，从不计较，一笑而过。苏老师是我学业海洋的领航员，更是我人生道路的指南针他是我成长天平上最重的砝码。感谢能源所的张晓安老师、张国荣老师、茆美琴老师、杜雪芳老师和刘翔老师。正是因为有了他们的大力支持，论文才得以如此顺利的完成，没有他们的帮助

36、，我也不可能有今天这么多的成绩，在此，向老师们表示深深的谢意!特别感谢汪海宁老师、张健老师、杜燕老师和杨淑英老师。在几年的学习生活中，他们经常与我一同讨论问题给予帮助，彼此结下深厚的友谊。他们对我亦师亦友，无论以后身在何处，与他们的情意永生难忘。在能源所求学期间，还得到了很多同窗师兄、师弟以及师妹们的热情指导和帮助，他们是：赵为、郑诗程、王飞、鲍胜华、金成日、赵彦、朱小强、张志刚、叶爱琴、吴杰、杨向真、梁海涛、蒋永和等等。情长纸短，华丽辞藻表达不尽我对大家的深深谢意，唯有情意永留心间。最后要感谢我的父母家人，特别是我的姐姐，是他们无私的关怀，才使我得以完成今天的学业。论文的字里行间同样凝聚了他

37、们的亲情厚望和支持关爱，希望本文能作为他们海般恩情的点滴回报。谢谢所有关心和爱护我的人们!作者：鞠洪新2 0 0 6、4第一章绪论第一章绪论随着电力电子与计算机技术的高速发展，逆变电源技术也获得了长足进步，在逆变电源技术领域交流电源的并联正受到越来越多的关注和重视，特别是在当前常规能源紧张，可再生能源技术不断发展的今天，交流逆变电源的并联技术就显得更加重要。在小型分布式发电系统中。存在着风能、太阳能、燃料电池、微型燃气轮机和储能系统等多种能源的组台供电，其大部分都需要通过逆变电源并联的形式接入微型公共电网，这对促进我国能源的高效利有重要意义。除此之外，目前常规的逆交供电系统如U P S、E P

38、 S 等也常需要进行N+X 的并联冗余组合，以增加系统容量和提高供电的可靠性。本章首先介绍了分布式发电系统的发展概况，阐明了论文选题的背景和意义I 对由逆变电源并联运行组成的分布式发电系统的环流产生原因进行了分析，指出逆变电源并联控制技术的关键所在；通过简要比较各种适合于分布式发电系统的逆变电源并联方案，明确了论文的研究目标，最后总结全文研究工作。1 1 发展分布式发电系统的意义1 1 1 分布式发电系统的发展概况分布式发电系统(D i s t r i b u t e d G e n e r a t i o nS y s t e m)是一种能与环境相兼容的独立电源系统，它具有灵活的变负荷性调峰

39、性能，能满足电力系统和用户的特殊要求，可为边远用户或商业区提供较高的供电可靠性。节省输变电投资，尤其适合可真生能源利用，是缓解我国能源问题、解决我国环境污染和保障我圉电力安全的重要途径之一。近年来，随着全球环境的不断恶化，世界各国都竟相开展清洁可再生能源的利用和开发工作，分布式发电系统发展迅速。而在各种可再生能源中，尤以太阳能光伏发电和风力发电的发展最为迅猛。由于太阳能、风能的随机性和波动性，以风能、太阳能为动力的可再生能源系统的集成与控制面I 隘着极大的挑战，世界很多国家都加大了相关基础科学研究的经费投入力度，以推动可再生能源发电系统的大规模应用。以欧盟为例，有关分布式发电系统的研究，在欧盟

40、第五研究框架(1 9 9 9 2 0 0 2)中，共支持了八个战略性研究计划，总投资达3 4 2 9 亿欧元，项目组成员是由1 0 0 多个来自欧盟成员国的工业、电力和研究组织的合作伙伴组成；在欧盟第六研究框架(2 0 0 2 2 0 0 6)中，麸支持了四个研究计划，总投资达2 3 4 0 万欧元。项目的研究内容涉及到大规模分布式能源应用中，从技术到市场开发的方方面面。虽然有些项目至今仍在进行中，但已经取得了一些卓有成效的成果。我国政府对可再生能源技术的发展也报重视，在国家“九五”、t 十五，以及t 8 6 3”计划中都把光伏并网技术和大型风电技术及其产业化作为重点课题予以安排，并攻克了5

41、5 0 k W p 并网光伏发电系统中一些关键技术以及6 0 0 K W、兆瓦级并网发电机组的一些关缱技术-此外，在我国的两部以及广大偏远山区还存在大量的无电区，这些区域通常地2台肥工业大学博士学位论文处偏僻，人口分布较为分散，但风能、水能或太阳能资源比较丰富要解决他们的无电问题，不能采用常规的供电方式，而采用适当的分布式发电系统则可以很好的解决这些无电地区的用电问题。以风能、太阳能等清洁可再生能源的充分利用为基础建立的分布式发电系统不仅会大大改善偏远地区和西部地区供电短缺的现状，解决农牧民的生活和生产用电改善生态环境而且促使着西部快速走上可持续发展之路。1 1 2 论文选题的背景和意义分布式

42、发电系统的并联组网运行可以有两种方式。即直流母线并联和交流母线并联前者技术较为简单，但由于用户端负载用电一般为交流电，这样就需要使用配套的逆变电源实际应用时存在较多问题。而交流母线并联组网方式，用户使用则非常方便，采用这种方式不仅能够降低对单台变流装置容量的要求，提高系统的可靠性，而且当其中一套发电装置出现故障情况时，整个分布式发电系统仍能继续供电。交流母线的并联纽网就需要逆变电源的并联技术。逆变电源并联技术的研究开始于上个世纪s O 年代。在9 0 年代中期一些发达国家就已经有成熟的商业化产品闯世。国外一些著名的逆变电源和U P S 电源生产厂商。例如：三菱、东芝、S i e m e n s

43、、E X I D E、R i e l l o等等，都已先后推出自己的并机系列产品。我国的电力电子技术相对落后于发达国家，对于逆变电源并联技术的研究起步也较晚。目前国内的一些科研院所和生产厂家正致力于这方面的研究，厦门的科华、武汉的能创等公司都已开发出相应的并机产品，但是与国外相比，我们在控制理论，均流策略以及系统功能性和稳定性等方面还需要进行更深入的研究 2-4 j。逆变电源的并联运行作为一种电源冗余方案，能够极大的提高电源系统的可靠性、可用性以及系统的容罱，它是交流电源系统从传统的集中式供电向分布式供电模式发展的一个必须解决的关键技术p】。单台逆变电源系统虽能提供纯净、高质量的交流电源，可一

44、旦发生故障，整个供电网络就会面临崩溃的危险。据1 9 9 6 年美国电源学会的统计资料表明：美国计算机系统中4 5 以上的数据丢失是由于电源故障引起的，远远高于2的硬件故障、软件错误和3 的人为故障。从中我们可以看出电源系统已经成为通讯领域中的最大故障源，现代信息技术的发展对供电系统的可靠性提出了更高的要求此外-在环境和能源问题日益严峻的今天，人们把关注的目光纷纷投向了新能源的开发和利用。国家经贸委组织制定的(2 0 0 0-2 0 1 5 年薪能源与可再生能源产业发展规划要点就提出：到2 0 1 5 年我国的新能源和可再生能源年开发量占当时能源消费总量的2，这其中最主要的就是太阳能发电和风力

45、发电。由于太阳能电池和风力发电机的安装位置受自然条件和地理区域的限制，并且分布式发电装置的容量不同需要大量容量不等的逆变电源来完成从分布武发电装置向电网输送电能的任务。因此在采用逆变电源并联控制技术后，就可以依据发电装置容量的不同而采用一个或多个模块的并联，来实现逆变装置的扩容和发电装置的并联组网运行，它不仅能降低系统设计、生产成本，还极第一章绪论3大提高系统的可维护性和灵活性。理想的分布式发电系统与集中式电源系统相比，具有以下显著特点：1)逆变电源问没有且联的控制信号线，易于安装维护，系统为冗余结构，可靠性高。2)可灵活配置分布式发电系统的容爝能在任意分布的能源位置放置逆变电源模块。3)允许

46、不同容量逆变电源并联，从而实现逆变电源能随所处位置能源大小的不同而任意并联分布。4)允许分布式发电系统的负载是分布的。在目前的分布式发电装置中，大容量装置一般通过异步发电机直接并网运行，小容量装置则由发电设备、蓄电池、逆变电源构成一个小型系统而独立运彳亍。本文主要研究内容就是寻求适合于分布式发电系统的逆变电源并联组网运行控制方案及其控制算法，将这些独立的分布发电装置通过逆变电源并联运行而组成微网，并通过逆变电源的并联运行控制策略使得各逆变电源阃的环流可控。1 2 逆变电源并联运行的环流控制早在上个世纪八十年代初期，国外就已开始了D C D C 变抉器的并联控制技术研究，其成功的控制方案和成熟的

47、商业产品对于高性能的逆变电源并联系统具有非常重要的参考价值。逆变电源并联运行技术的研究正是借鉴了D C D C 并联技术的成功经验，并以之为基础不断深入。由于逆变电源输出是呈正弦规律变化的交流量，因而其并联运行就远比直流电源并联凼难的多，主要表现在冲1 l：(1)要使同等容虽的逆变电源并联运行时输出有功功率相等所有逆变电源的输出电压频率和相位就要严格同步。即使频率相同，微小的相位差也会使并联运行的逆变电源输出有功功率严重不平衡，典型情况下1 度的相差就可能会引起5 0 的功率差异。在系统输出功率较小时某些逆变电源甚至可能会运行在接流状态。(2)并联运行的各逆变电源输出电压频率和相位严格同步后，

48、若输出电压幅值不相同，则输出电流中会含有无功环流分量使每台逆变电源的输出电流增加。轻贝I j 增加运行损耗，重则就会引起逆变电源过载或过流保护，甚至发生烧毁事故。(3)即使并联运行的各逆变电源输出电压为频率、相位和幅值完全一致的正弦波，但各自输出电压所含谐波分量存在较大差异，此时备并联单元之间就会存在谐波环流。也就是说逆变电源的并联运行要求各并联单元的输出电压频率、相位、幅值和波形等要素必须严格致1 9 l，并且能够合理分配负载电流。这其中就包含两项关键技术：是同步技术，另一项是均流技术。前者主要是保证备并联单元的输出电压频率和相位完全一致，后者则主要解决各并联单元合理承担负载功率的问题。对于

49、系统的同步问题解决方案有很多，通常可以采用P L L 数字锁相技术实现，这里就不再展开1 1 0 1。同步后，并联单元问只存在输出电压的幅值差，并且这种差别在数字系统中主要是由于系统的硬件误差和控制精度导致各电源的输出外特性差异而引起的。当各并联单元4台月E 工业大学博士学位论文输出电压的幅值调整量相同时，外特性好(电压调整率小)的单元，可以承担较多电流，甚至过载，而外特性著的单元则工作在轻载甚至空载运行。其结果必然是承担电流多的模块电流应力和热应力都增大，系统出现环流。这样不仅增加了逆变电源的负担以及线路损耗，而且降低了整个系统的可靠性，严重时分布式发电系统将不能正常工作。为了使各并联逆变电

50、源可靠-作晟重要的就是解决环流问题。1 2 1 环流产生的原因在分布式发电系统中，逆变电源间的环流是由丁|并逆变电源模块的输出特性差异所形成的。只有升联的并逆变电源均分负载电流而不产生环流，并联系统才能够正常、高效的j：作。为了消除逆变器之间的环流，必须详细分析环流产生的原因及其特性。为了简化分析，以两台逆变电源并联运行为例2”。在不考虑输出滤波器影响的条制：下，由于实际系统中的线路阻抗远远大于线路感抗，可忽略线路感抗影响，其等效电路示意图如图1 一l 所示。幽1 1岫苗逆变电源并联等效不意图假设稳态时各逆变电源的输出电压波形均为标准正弦波，且不考虑波形畸变的影响。图中R。为负载阻抗，R I、