多逆变器并网系统及其模型建立方法

1.本发明涉及分布式发电技术领域，特别是涉及一种多逆变器并网系统及其模型建立方法。


背景技术：

2.近年来，由太阳能、风能、潮汐能等新型可再生能源构成的分布式电源渗透率不断提高，可再生能源的电能转换需要通过电力电子设备实现，并网逆变器起着连接分布式电源和大电网的作用，因此对并网逆变器的研究显得尤为重要。
3.目前，国内外的专家学者们对于微电网中并网电流的电能质量以及电力电子变换器的扩容方案有着很高的关注度。
4.电能质量方面，微电网中存在着大量的背景谐波会对于电网及用电设备的稳定运行带来严重隐患，而电力电子滤波器凭借其动态响应速度快、运行可靠、控制能力强的优点可以有效滤除谐波。
5.供电容量方面，国内外对于新型分布式电源应用比例不断提高，同时随着科技的进步，越来越多的非线性负载被应用到微电网中，因此需要设计符合电能质量要求的扩容方法，来满足不断增长的容量需求及谐波抑制需要。
6.解决上述问题的有效办法是对逆变器进行并联冗余设计，但是需要克服多逆变器间的协调控制及滤除谐波等困难；与此同时，由于多逆变器并网系统结构的复杂性，在进行输入、输出变量间传递函数的建立时往往过于困难，不利于进行理论分析。


技术实现要素：

7.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多逆变器并网系统及其模型建立方法，用于解决现有技术中系统模型建立过于困难的问题。
8.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多逆变器并网系统，所述多逆变器并网系统包括：
9.若干逆变控制电路，所述逆变控制电路包括：逆变器、lcl型滤波器及控制器；
10.所述逆变器经由所述lcl型滤波器连接至并网点，所述控制器连接于所述并网点和所述逆变器之间；所述控制器基于下垂控制策略、双闭环控制策略和有源阻尼控制策略对所述逆变器进行并网运行控制。
11.可选地，所述控制器包括：有源阻尼控制模块、下垂控制模块、双闭环控制模块、运算/转换模块及pwm控制模块；
12.所述有源阻尼控制模块对所述lcl型滤波器执行有源阻尼控制策略得到初级电流量，并对所述初级电流量进行坐标转换得到αβ坐标系下的第一电流量；
13.所述下垂控制模块连接至所述并网点，基于下垂控制策略得到参考电压，并对所述参考电压进行坐标转换得到αβ坐标系下的交轴电压量；
14.所述双闭环控制模块连接所述下垂控制模块的输出端，用于分别对所述αβ坐标系
下的交轴电压量执行电压电流双闭环控制策略得到αβ坐标系下的第二电流量；
15.所述运算/转换模块连接所述有源阻尼控制模块和所述双闭环控制模块的输出端，基于所述αβ坐标系下的第一电流量和所述αβ坐标系下的第二电流量得到αβ坐标系下的参考电流量，并对所述αβ坐标系下的参考电流量进行坐标转换得到三相电流参考值；
16.所述pwm控制模块连接所述运算/转换模块的输出端，基于所述三相电流参考值得到pwm控制信号对所述逆变器进行并网运行控制。
17.可选地，所述有源阻尼控制模块包括：电流采样单元、有源阻尼控制单元及第一坐标转换单元；
18.所述电流采样单元用于采样所述lcl型滤波器的电容电流；
19.所述有源阻尼控制单元连接所述电流采样单元的输出端，用于对采样的所述电容电流进行有源阻尼控制得到所述初级电流量；
20.所述第一坐标转换单元连接所述有源阻尼控制单元的输出端，用于对所述初级电流量进行克拉克变换得到所述αβ坐标系下的第一电流量。
21.可选地，所述下垂控制模块包括：功率计算单元、下垂控制单元及第二坐标转换单元；
22.所述功率计算单元连接至所述并网点，基于三相并网电压和三相并网电流得到有功功率和无功功率；
23.所述下垂控制单元连接所述功率计算单元的输出端，基于有功-频率下垂模型得到参考角频率，基于无功-电压下垂模型得到所述参考电压；
24.所述第二坐标转换单元连接所述下垂控制单元的输出端，基于所述参考角频率对所述参考电压进行克拉克变换得到所述αβ坐标系下的交轴电压量。
25.可选地，所述有功-频率下垂模型满足ω
ref
＝ω
*-mp，所述无功-电压下垂模型满足u
ref
＝u
*-nq；其中，ω
ref
为参考角频率，ω
*
为预设角频率，m为角频率的下垂系数，p为有功功率，u
ref
为参考电压，u
*
为预设电压，n为电压的下垂系数，q为无功功率。
26.可选地，所述电压电流双闭环控制策略中，电压外环和电流内环采用准比例谐振控制器实现。
27.可选地，所述运算/转换模块包括：运算单元及第三坐标转换单元；
28.所述运算单元连接所述有源阻尼控制模块和所述双闭环控制模块的输出端，用于分别对所述αβ坐标系下的第一电流量和所述αβ坐标系下的第二电流量作差得到所述αβ坐标系下的参考电流量；
29.所述第三坐标转换单元连接所述运算单元的输出端，用于对所述αβ坐标系下的参考电流量进行反克拉克变换得到所述三相电流参考值。
30.可选地，所述逆变控制电路还包括：分布式电源，连接至所述逆变器。
31.可选地，所述多逆变器并网系统还包括：接入电网，连接至所述并网点；其中，所述接入电网包括公共电网或者用户电网。
32.本发明还提供一种如上任意一项所述的多逆变器并网系统的模型建立方法，所述模型建立方法包括：
33.基于控制延时和死区时间建立所述多逆变器并网系统中单台逆变器的传递函数模型，并简化单台逆变器的传递函数模型得到单台逆变器的函数简化模型；
34.基于单台逆变器的函数简化模型得到单台逆变器的诺顿等效模型；
35.使用单台逆变器的诺顿等效模型替换所述多逆变器并网系统中的所有逆变器，并以此得到系统输入与输出间的传递函数模型。
36.可选地，建立单台逆变器的传递函数模型的方法包括：
37.基于控制延时得到延时表达式；
38.基于死区时间得到电压干扰信号，并对所述电压干扰信号进行坐标转换得到αβ坐标系下的死区干扰电压表达式；
39.基于所述延时表达式和所述αβ坐标系下的死区干扰电压表达式，采用状态空间平均法对单台逆变器进行模型建立得到单台逆变器的传递函数模型。
40.可选地，所述延时表达式满足其中，g
delay
(s)为控制延时，ts为采样周期，s为拉氏变换复变量算子。
41.可选地，得到所述αβ坐标系下的死区干扰电压表达式的方法包括：死区时间对单台逆变器输出电压的影响体现为以周期为单位的死区干扰信号，利用状态平均法对所述死区干扰信号进行等效得到电压干扰信号，对所述电压干扰信号进行克拉克变换得到αβ坐标系下的死区干扰电压表达式。
42.可选地，所述电压干扰信号满足其中，ue(t)为电压干扰信号，u
dc
为直流侧母线电压，td为死区时间，ts为采样周期，sign(ig)为由并网电流ig的方向决定的中间量。
43.如上所述，本发明的多逆变器并网系统及其模型建立方法，结合下垂控制策略、双闭环控制策略和有源阻尼控制策略，对逆变器进行并联运行控制，使逆变器可以输出稳定可靠的三相正弦电流，并可使逆变器进行冗余配置满足系统的功率要求；另外，本发明提出的系统模型，可以有效建立系统输出变量与输入变量之间的表达式，为相似系统的理论分析提供经验借鉴，有助于进行理论分析。
附图说明
44.图1显示为多逆变器并网系统的结构示意图。
45.图2显示为滤波器统一结构的示意图。
46.图3显示为滤波器统一结构的传递函数框图。
47.图4显示为l型、lcl型、llcl型滤波器的频率特性曲线示意图。
48.图5显示为基于电容电流反馈的有源阻尼传递函数控制框图。
49.图6显示为将图5进行等效化简得到的有源阻尼控制框图。
50.图7显示为不同kc值下lcl型滤波器的有源阻尼作用效果示意图。
51.图8显示为有功-频率下垂模型的示意图。
52.图9显示为无功-电压下垂模型的示意图。
53.图10显示为单台逆变器采用等比例谐振控制配合有源阻尼控制时对应的αβ坐标系下的控制框图。
54.图11显示为单台逆变器的频域控制框图。
55.图12显示为简化图11后得到的控制框图。
56.图13显示为单台逆变器的诺顿等效模型示意图。
57.图14显示为使用诺顿等效模型替换多逆变器并网系统中所有逆变器后的结构示意图。
58.图15显示为交流侧三相电压的波形图。
59.图16显示为交流侧三相电流的波形图。
60.图17显示为单台逆变器并网实验时三相电压和三相电流的波形图。
61.图18显示为两台逆变器并网实验时三相电压和三相电流的波形图。
62.元件标号说明
63.10逆变控制电路
64.100逆变器
65.200lcl型滤波器
66.300控制器
67.310有源阻尼控制模块
68.311电流采样单元
69.312有源阻尼控制单元
70.313第一坐标转换单元
71.320下垂控制模块
72.321功率计算单元
73.322下垂控制单元
74.323第二坐标转换单元
75.330双闭环控制模块
76.340运算/转换模块
77.341运算单元
78.342第三坐标转换单元
79.350pwm控制模块
80.400分布式电源
81.20接入电网
具体实施方式
82.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
83.请参阅图1至图18。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
84.如图1所示，本实施例提供一种多逆变器并网系统，包括若干逆变控制电路10；而逆变控制电路10包括：逆变器100、lcl型滤波器200及控制器300。其中，
85.逆变器100经由lcl型滤波器200连接至并网点pcc，控制器300连接于并网点pcc和逆变器100之间；控制器300基于下垂控制策略、双闭环控制策略和有源阻尼控制策略对逆变器100进行并网运行控制。
86.作为示例，逆变器100采用双向变换器实现；在双向变换器工作于逆变模式时，作为逆变器使用，将直流电转换为交流电；在双向变换器工作于整流模式时，作为整流器使用，将交流电整流为直流电。本实施例中，双向变换器工作于逆变模式作为逆变器使用。
87.作为示例，针对单台逆变器100而言，lcl型滤波器200的数量为三个，其中，三个lcl型滤波器200分别连接于单台逆变器100的三相输出端和并网点pcc之间。以单台逆变器100的一相输出为例，lcl型滤波器200是由电感l
1a
、电容c
fa
和电感l
2a
组成。采用lcl型滤波器200，可以提高并网电能质量，抑制多逆变器并网时由开关器件产生的谐波。
88.从拓扑结构上可以看出，和l型滤波器相比，lcl型滤波器为实现更好的滤波效果增加了高频旁路通道，目的是利用高频旁路滤波电容的高通特性将高频分量旁路。相比于lcl型滤波器，llcl型滤波器在高频通道处串联了滤波电感，目的是将处于开关频率及其倍数次的谐波旁路从而进一步提升滤波效果。为了更好分析不同拓扑结构滤波器的特性，滤波器模型结构进行统一化简如图2所示。
89.由图2可以归纳总结出滤波器统一结构的传递函数模型记作公式1；其中，g
x
(s)为滤波器统一结构的传递函数模型，zf为旁路阻抗，l1和l2为相应电感的感值，s为拉氏变换复变量算子。对于l型滤波器，旁路阻抗zf为无穷大，相当于开路；对于lcl型滤波器，旁路阻抗zf为滤波电容cf；对于llcl型滤波器，旁路阻抗zf为滤波电容cf串联滤波电感lf；由此，得到滤波器统一结构的传递函数框图如图3所示，其中，u
inv
为逆变器输出电压，ig为滤波器输出的并网电流实际值。
90.针对l型滤波器，其传递函数满足记作公式2；针对lcl型滤波器，其传递函数满足记作公式3；针对llcl型滤波器，其传递函数满足记作公式4。
91.针对以上三种滤波器结构，通过结合滤波器的传递函数便可以得出滤波器的频率特性曲线如图4所示，以三种类型滤波器的相关参数取：l1＝6mh，l2＝1mh，cf＝10μf，lf＝0.01mh为例。
92.根据三种类型滤波器传递函数的频率特性可知，lcl型滤波器因存在一个固有的谐振频率从而不利于系统的稳定运行，需要相应的阻尼环节来进行抑制，但其在谐振点后的频域段内可保持对信号-60db的衰减，因此，lcl型滤波器对高频谐波有着更好的衰减效果。
93.作为示例，控制器300包括：有源阻尼控制模块310、下垂控制模块320、双闭环控制
模块330、运算/转换模块340及pwm控制模块350。其中，
94.有源阻尼控制模块310对lcl型滤波器200执行有源阻尼控制策略得到初级电流量i0，并对初级电流量i0进行坐标转换得到αβ坐标系下的第一电流量i
α1
和i
β1
。
95.具体的，有源阻尼控制模块310包括：电流采样单元311、有源阻尼控制单元312及第一坐标转换单元313。其中，
96.电流采样单元311用于采样lcl型滤波器200的电容电流。其中，电流采样单元311包括三个电流采样器，用于分别采样三个lcl型滤波器200中流经电容支路的电流，如i
ca
、i
cb
、i
cc
。
97.有源阻尼控制单元312连接电流采样单元311的输出端，用于对采样的电容电流进行有源阻尼控制得到初级电流量i0。
98.本实施例中，lcl型滤波器200的频率特性存在高频谐振点，在实际运行时极易发生系统谐振，严重时甚至会导致系统崩溃。为了去除由于高频谐振点存在所带来的风险，提高系统的运行稳定性及输出电能质量，需要引入可以抑制高频谐振的阻尼方案。
99.无源阻尼通过改造滤波器结构对谐振峰具有良好的抑制能力，但由于引入了电阻元件导致增加了系统的功率损耗；而有源阻尼是通过软件控制来实现抑制谐振峰的目的，改善了无源阻尼功损大、高频衰减能力差等缺点，可以在不改变lcl型滤波器拓扑结构的基础上，通过计算机控制等效实现旁路电容并联电阻的阻尼效果，可以克服电阻功率损耗过大的缺点。
100.在不考虑采样控制延时和死区时间的影响时，基于电容电流反馈的有源阻尼传递函数控制框图如图5所示，其中，g(s)为双闭环控制器的传递函数，如准比例谐振控制器的传递函数g
pr
(s)，为并网电流参考值，kc为有源阻尼控制系数，k
pwm
为pwm波控制系数，为一常数；将图5进行等效化简可得到有源阻尼控制框图如图6所示，z
ad
(s)＝l1s/kck
pwmcf
s，记作公式5，则lcl型滤波器的高频旁路滤波支路等效传递函数满足
101.可见，基于电容电流反馈的有源阻尼控制方案等效于无源阻尼中电容并联电阻的方案，且等效并联阻抗z
ad
(s)的值越小，对谐振尖峰的抑制效果越好。在无源阻尼电容并联电阻的方案中，存在着并联电阻功率损耗过大的问题，而有源阻尼控制方案利用软件控制实现，不存在功率损耗问题，且在有源阻尼控制中，阻尼效果随着kc的增大而增强。
102.根据图6可知，lcl型滤波器有源阻尼控制框图的等效传递函数满足记作公式6。为了观察有源阻尼控制系数kc变化对于阻尼控制效果，需要kc取不同的值，由此得到的lcl型滤波器的频率特性曲线如图7所示；根据图中曲线可得，有源阻尼控制方案可以有效抑制lcl型滤波器的谐振尖峰，且该方案不存在实际的物理元件即不存在并联电阻的功率损耗。实际应用中，kc的值应根据具体需求设定，本实施例对此不做限制。
103.第一坐标转换单元313连接有源阻尼控制单元312的输出端，用于对初级电流量i0进行克拉克变换得到αβ坐标系下的第一电流量i
α1
和i
β1
。实际应用中，第一坐标转换单元
313基于系统工作频率所对应的角频率，对初级电流量i0进行克拉克变换，其中，系统工作频率如为50hz。
104.下垂控制模块320连接至并网点pcc，基于下垂控制策略得到参考电压u
ref
，并对参考电压u
ref
进行坐标转换得到αβ坐标系下的交轴电压量u
αref
和u
βref
。
105.具体的，下垂控制模块320包括：功率计算单元321、下垂控制单元322及第二坐标转换单元323。其中，
106.功率计算单元320连接至并网点pcc，基于三相并网电压u
abc
和三相并网电流i
abc
得到有功功率p和无功功率q。
107.其中，三相并网电压u
abc
是并网点pcc上的三相电压，三相并网电流i
abc
是逆变器100所在支路流入并网点pcc的三相电流；通过三相并网电压u
abc
和三相并网电流i
abc
得到是有功功率，此时，默认无功功率为零，也即，p＝u
abc
×iabc
，q＝0。
108.下垂控制单元322连接功率计算单元321的输出端，基于有功-频率下垂模型得到参考角频率ω
ref
，基于无功-电压下垂模型得到参考电压u
ref
。
109.其中，如图8所示，有功-频率下垂模型满足ω
ref
＝ω
*-mp，记作公式7，其中，ω
ref
为参考角频率，ω
*
为预设角频率，m为角频率的下垂系数，p为有功功率；将有功功率p代入有功-频率下垂模型ω
ref
＝ω
*-mp中即可得到参考角频率ω
ref
。
110.如图9所示，无功-电压下垂模型满足u
ref
＝u
*-nq，记作公式8，其中，u
ref
为参考电压，u
*
为预设电压，n为电压的下垂系数，q为无功功率；将无功功率q代入无功-电压下垂模型u
ref
＝u
*-nq中即可得到参考电压u
ref
。
111.实际应用中，预设角频率ω
*
和预设电压u
*
为设定值，结合电网特性，一般设置预设角频率ω
*
为50hz所对应的角频率，预设电压u
*
为380v。
112.第二坐标转换单元323连接下垂控制单元322的输出端，基于参考角频率ω
ref
对参考电压u
ref
进行克拉克变换得到αβ坐标系下的交轴电压量u
αref
和u
βref
。
113.采用下垂控制策略，通过有功-频率控制和无功-电压控制后可输出参考角频率和参考电压，之后便可通过负反馈调节逆变器输出电压的频率与幅值，从而达到均衡功率目的；而且，下垂控制策略还可避免并联逆变器间的通讯协调，提高系统运行可靠性，实现混合微电网中逆变器的即插即拔，且达到了微电网内部功率平衡及频率统一的目的。
114.双闭环控制模块330连接下垂控制模块320的输出端，用于分别对αβ坐标系下的交轴电压量u
αref
和u
βref
执行电压电流双闭环控制策略得到αβ坐标系下的第二电流量i
α2
和i
β2
。
115.作为示例，电压电流双闭环控制策略中，电压外环和电流内环采用准比例谐振(quasi proportional resonant，qpr)控制器实现，以提高控制精度。其中，准比例谐振控制器的传递函数满足记作公式9；其中，g
pr
(s)为准比例谐振控制器的传递函数，k
p
为比例增益，kr为谐振环增益，ωc为系统的截止频率，ω0＝ω
ref
为参考角频率。
116.对α坐标系下的交轴电压量u
αref
执行电压电流双闭环控制策略时，电压外环基于该交轴电压量u
αref
输出一电流量，电流内环基于该电流量得到α坐标系下的第二电流量i
α2
；对β坐标系下的交轴电压量u
βref
执行电压电流双闭环控制策略时，电压外环基于该交轴电压量u
βref
输出另一电流量，电流内环基于该电流量得到β坐标系下的第二电流量i
β2
。
117.本实施例中，αβ坐标系由于采用的是克拉克变换，采用相同的控制策略便可得到如图10所示的控制结构框图，其中，为α坐标系下的并网电流参考值，为β坐标系下的并网电流参考值，u
gα
为α坐标系下的电网电压，u
gβ
为β坐标系下的电网电压，i
gα
为α坐标系下的并网电流实际值，i
gβ
为β坐标系下的并网电流实际值；由图10可以看出，α坐标系与β坐标系之间没有耦合关系，且α轴与β轴严格对称，如此，便可以其中一相为准建立系统的传递函数模型。利用克拉克变换得到的是交流信号，采用准比例谐振控制，运用克拉克变换将三相坐标系转换为两相完全等效无需解耦的αβ坐标系，只需对其中一相进行建模便可以得到单台逆变器的传递函数模型。
118.运算/转换模块340连接有源阻尼控制模块310和双闭环控制模块330的输出端，基于αβ坐标系下的第一电流量和αβ坐标系下的第二电流量得到αβ坐标系下的参考电流量，并对αβ坐标系下的参考电流量进行坐标转换得到三相电流参考值。
119.具体的，运算/转换模块340包括：运算单元341及第三坐标转换单元342。其中，
120.运算单元341连接有源阻尼控制模块310和双闭环控制模块330的输出端，用于分别对αβ坐标系下的第一电流量i
α1
、i
β1
和αβ坐标系下的第二电流量i
α2
、i
β2
作差得到αβ坐标系下的参考电流量i
αref
、i
βref
。
121.其中，对α坐标系下的第一电流量i
α1
和α坐标系下的第二电流量i
α2
作差得到α坐标系下的参考电流量i
αref
，如i
αref
＝i
α2-i
α1
；对β坐标系下的第一电流量i
β1
和β坐标系下的第二电流量i
β2
作差得到β坐标系下的参考电流量i
βref
，如i
βref
＝i
β2-i
β1
。
122.第三坐标转换单元342连接运算单元341的输出端，用于对αβ坐标系下的参考电流量i
αref
和i
βref
进行反克拉克变换得到三相电流参考值i
ref
。
123.pwm控制模块350连接运算/转换模块340的输出端，基于三相电流参考值i
ref
得到pwm控制信号对逆变器100进行并网运行控制。如，pwm控制模块350基于三相电流参考值i
ref
生成pwm控制信号，来控制逆变器100中开关器件的导通和关断，从而控制逆变器输出的三相并网电流，实现对逆变器进行并网运行控制。
124.进一步的，逆变控制电路10还包括：分布式电源400，连接至逆变器100，用于提供直流形式的电能给逆变器100。
125.进一步的，多逆变器并网系统还包括：接入电网20，连接至并网点pcc；其中，接入电网20包括公共电网或者用户电网。
126.本实施例的多逆变器并网系统主要应用于交直流混合微电网中；微电网存在着并网运行模式和孤岛运行模式两种常态运行模式，逆变器对于维持交直流双侧的频率稳定、母线电压稳定、有功及无功的功率平衡起着至关重要的作用。为提高微电网的可靠性及增加系统的可扩展性，大容量系统通常将多个逆变器并联运行，从而有效实现整机容量扩充的目的。
127.本实施例还提供一种如上记载的多逆变器并网系统的模型建立方法，该模型建立方法包括如下步骤。
128.步骤s1：基于控制延时和死区时间建立多逆变器并网系统中单台逆变器的传递函数模型，并简化单台逆变器的传递函数模型得到单台逆变器的函数简化模型。为了提高所建模型的精确性，需要将控制延时和死区时间等非线性因素考虑到模型的建立中。
129.作为示例，建立单台逆变器的传递函数模型的方法包括：基于控制延时得到延时
表达式；基于死区时间得到电压干扰信号，并对电压干扰信号进行坐标转换得到αβ坐标系下的死区干扰电压表达式；基于延时表达式和αβ坐标系下的死区干扰电压表达式，采用状态空间平均法对单台逆变器进行模型建立得到单台逆变器的传递函数模型。
130.具体的，由于控制器对采样信号进行变换和处理时需要一定的时间，因此pwm控制信号(用来控制逆变器中的开关器件)不能实现与信号采样的同时性，从而会产生一定的控制延时，记采样周期为ts，则延时表达式满足记作公式10，其中，g
delay
(s)为控制延时，ts为采样周期，s为拉氏变换复变量算子。
131.得到αβ坐标系下的死区干扰电压表达式的方法包括：死区时间对单台逆变器输出电压的影响体现为以周期为单位的死区干扰信号ud(ud的方向由并网电流ig的方向决定)，利用状态平均法对死区干扰信号ud进行等效得到电压干扰信号ue，以将死区干扰信号ud表示为持续作用的电压干扰信号ue，对电压干扰信号ue进行克拉克变换得到αβ坐标系下的死区干扰电压表达式u
eα
和u
eβ
。其中，电压干扰信号满足记作公式11，记作公式12，其中，ue(t)为电压干扰信号，u
dc
为直流侧母线电压，td为死区时间，ts为采样周期，sign(ig)为由并网电流ig的方向决定的中间量。
132.因α坐标轴与β坐标轴完全等效，故本实施例仅以α坐标轴为例对系统进行分析。结合系统的相关控制策略，在考虑控制延时和死区时间等非线性因素影响使所建立模型更加精确的前提下，采用状态空间平均法对单台逆变器进行模型建立得到单台逆变器的传递函数模型，其控制框图如图11所示，其中，为α坐标系下的并网电流参考值，u
eα
为α坐标系下的死区干扰电压，u
gα
为α坐标系下的电网电压，i
gα
为α坐标系下的并网电流实际值，kc为有源阻尼控制系数，g(s)为双闭环控制器的传递函数，如准比例谐振控制器的传递函数g
pr
(s)，h
i1
(s)为并网电流反馈系数，g
pwm
(s)为逆变器传递函数，为k
pwm
(s)
·gdelay
(s)。由图11可以看出，死区效应对系统的影响表现为逆变器输出电压上的死区干扰电压u
eα
、u
eβ
。
133.作为示例，基于梅森公式简化单台逆变器的传递函数模型得到单台逆变器的函数简化模型。
134.具体的，根据梅森公式的相关原理将图11所示的控制框图简化为图12所示的控制框图，图中，为α坐标系下的并网电流参考值，i
gα
为α坐标系下的并网电流实际值，u
gα
为α坐标系下的电网电压，u
dead-α
为α坐标系下死区时间在并网点的等效干扰电压。其中，
135.记作公式13；
136.记作公式14；
137.u
dead-α
(s)＝ud(s)sign(ig)，记作公式15；其中，ud(s)＝ue/[s2(l1+r1)+g
pwm
(s)kccs+1]，r1为电感l1的寄生电阻，r2为电感l2的寄生电阻。
[0138]
步骤s2：基于单台逆变器的函数简化模型得到单台逆变器的诺顿等效模型。
[0139]
作为示例，根据图12所示的简化后的控制框图，可得系统输入与输出之间的关系满足：记作公式16，由上述公式可得如图13所示的单台逆变器的诺顿等效模型；由诺顿等效模型可知，gi(s)为等效受控电流源的控制系数，yi(s)为模型的等效导纳。
[0140]
步骤s3：使用单台逆变器的诺顿等效模型替换多逆变器并网系统中的所有逆变器，并以此得到系统输入与输出间的传递函数模型。
[0141]
使用诺顿等效模型替换多逆变器并网系统中的所有逆变器，可得到如图14所示的系统结构图；根据图14并结合基尔霍夫电流定律(kcl)的相关计算公式，得到并网点电压满足如下关系式：记作公式17；将公式17代入公式16，便可以得到多个逆变器间不同控制回路之间传递函数关系式；其中，yg为接入电网的等效导纳。
[0142]
多逆变器并网系统实际运行时，为了保证良好的输出电能质量，期望各台逆变器的配置趋近相同；假设逆变器是同批安装的，则逆变器的参数均相同，由此便可以得到系统输入与输出间的矩阵表达式，也即，系统输入与输出间的传递函数模型。
[0143]
记作公式18；
[0144]
记作公式19；
[0145]
记作公式20；
[0146]
记作公式21；
[0147]
记作公式22。
[0148]
在matlab/simulink仿真平台中搭建本实施例记载的多逆变器并网系统的电路模型，对多台逆变器并联运行控制的正确性进行验证。
[0149]
当多逆变器并网系统的电路模型逆变运行时，逆变器输出的交流侧三相电压和电流波形如图15和16所示，由图可知，电压和电流波形良好，满足并网电能质量要求，证明了本实施例多台逆变器并联运行控制的正确性。
[0150]
在所搭建的实验平台上做多台逆变器并联运行实验，示波器记录了三相电压及三相电流相电流，单台逆变器独立运行和多台逆变器并联运行后同一台逆变器的并网电流和电网电压实验波形如图17和图18所示；由图可知，并网电流及电网电压波形良好，且相应thd数值符合电能质量的要求，证明了本实施例多台逆变器并联运行控制的正确性。
[0151]
综上所述，本发明的一种多逆变器并网系统及其模型建立方法，结合下垂控制策略、双闭环控制策略和有源阻尼控制策略，对逆变器进行并联运行控制，使逆变器可以输出稳定可靠的三相正弦电流，并可使逆变器进行冗余配置满足系统的功率要求；另外，本发明提出的系统模型，可以有效建立系统输出变量与输入变量之间的表达式，为相似系统的理论分析提供经验借鉴，有助于进行理论分析。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0152]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种多逆变器并网系统，其特征在于，所述多逆变器并网系统包括：若干逆变控制电路，所述逆变控制电路包括：逆变器、lcl型滤波器及控制器；所述逆变器经由所述lcl型滤波器连接至并网点，所述控制器连接于所述并网点和所述逆变器之间；所述控制器基于下垂控制策略、双闭环控制策略和有源阻尼控制策略对所述逆变器进行并网运行控制。2.根据权利要求1所述的多逆变器并网系统，其特征在于，所述控制器包括：有源阻尼控制模块、下垂控制模块、双闭环控制模块、运算/转换模块及pwm控制模块；所述有源阻尼控制模块对所述lcl型滤波器执行有源阻尼控制策略得到初级电流量，并对所述初级电流量进行坐标转换得到αβ坐标系下的第一电流量；所述下垂控制模块连接至所述并网点，基于下垂控制策略得到参考电压，并对所述参考电压进行坐标转换得到αβ坐标系下的交轴电压量；所述双闭环控制模块连接所述下垂控制模块的输出端，用于分别对所述αβ坐标系下的交轴电压量执行电压电流双闭环控制策略得到αβ坐标系下的第二电流量；所述运算/转换模块连接所述有源阻尼控制模块和所述双闭环控制模块的输出端，基于所述αβ坐标系下的第一电流量和所述αβ坐标系下的第二电流量得到αβ坐标系下的参考电流量，并对所述αβ坐标系下的参考电流量进行坐标转换得到三相电流参考值；所述pwm控制模块连接所述运算/转换模块的输出端，基于所述三相电流参考值得到pwm控制信号对所述逆变器进行并网运行控制。3.根据权利要求2所述的多逆变器并网系统，其特征在于，所述有源阻尼控制模块包括：电流采样单元、有源阻尼控制单元及第一坐标转换单元；所述电流采样单元用于采样所述lcl型滤波器的电容电流；所述有源阻尼控制单元连接所述电流采样单元的输出端，用于对采样的所述电容电流进行有源阻尼控制得到所述初级电流量；所述第一坐标转换单元连接所述有源阻尼控制单元的输出端，用于对所述初级电流量进行克拉克变换得到所述αβ坐标系下的第一电流量。4.根据权利要求2所述的多逆变器并网系统，其特征在于，所述下垂控制模块包括：功率计算单元、下垂控制单元及第二坐标转换单元；所述功率计算单元连接至所述并网点，基于三相并网电压和三相并网电流得到有功功率和无功功率；所述下垂控制单元连接所述功率计算单元的输出端，基于有功-频率下垂模型得到参考角频率，基于无功-电压下垂模型得到所述参考电压；所述第二坐标转换单元连接所述下垂控制单元的输出端，基于所述参考角频率对所述参考电压进行克拉克变换得到所述αβ坐标系下的交轴电压量。5.根据权利要求4所述的多逆变器并网系统，其特征在于，所述有功-频率下垂模型满足ω
ref
＝ω
*-mp，所述无功-电压下垂模型满足u
ref
＝u
*-nq；其中，ω
ref
为参考角频率，ω
*
为预设角频率，m为角频率的下垂系数，p为有功功率，u
ref
为参考电压，u
*
为预设电压，n为电压的下垂系数，q为无功功率。6.根据权利要求2所述的多逆变器并网系统，其特征在于，所述电压电流双闭环控制策略中，电压外环和电流内环采用准比例谐振控制器实现。
7.根据权利要求2所述的多逆变器并网系统，其特征在于，所述运算/转换模块包括：运算单元及第三坐标转换单元；所述运算单元连接所述有源阻尼控制模块和所述双闭环控制模块的输出端，用于分别对所述αβ坐标系下的第一电流量和所述αβ坐标系下的第二电流量作差得到所述αβ坐标系下的参考电流量；所述第三坐标转换单元连接所述运算单元的输出端，用于对所述αβ坐标系下的参考电流量进行反克拉克变换得到所述三相电流参考值。8.根据权利要求1-7任意一项所述的多逆变器并网系统，其特征在于，所述逆变控制电路还包括：分布式电源，连接至所述逆变器。9.根据权利要求8所述的多逆变器并网系统，其特征在于，所述多逆变器并网系统还包括：接入电网，连接至所述并网点；其中，所述接入电网包括公共电网或者用户电网。10.一种如权利要求1-9任意一项所述的多逆变器并网系统的模型建立方法，其特征在于，所述模型建立方法包括：基于控制延时和死区时间建立所述多逆变器并网系统中单台逆变器的传递函数模型，并简化单台逆变器的传递函数模型得到单台逆变器的函数简化模型；基于单台逆变器的函数简化模型得到单台逆变器的诺顿等效模型；使用单台逆变器的诺顿等效模型替换所述多逆变器并网系统中的所有逆变器，并以此得到系统输入与输出间的传递函数模型。11.根据权利要求10所述的多逆变器并网系统的模型建立方法，其特征在于，建立单台逆变器的传递函数模型的方法包括：基于控制延时得到延时表达式；基于死区时间得到电压干扰信号，并对所述电压干扰信号进行坐标转换得到αβ坐标系下的死区干扰电压表达式；基于所述延时表达式和所述αβ坐标系下的死区干扰电压表达式，采用状态空间平均法对单台逆变器进行模型建立得到单台逆变器的传递函数模型。12.根据权利要求11所述的多逆变器并网系统的模型建立方法，其特征在于，所述延时表达式满足其中，g
delay
(s)为控制延时，t
s
为采样周期，s为拉氏变换复变量算子。13.根据权利要求11所述的多逆变器并网系统的模型建立方法，其特征在于，得到所述αβ坐标系下的死区干扰电压表达式的方法包括：死区时间对单台逆变器输出电压的影响体现为以周期为单位的死区干扰信号，利用状态平均法对所述死区干扰信号进行等效得到电压干扰信号，对所述电压干扰信号进行克拉克变换得到αβ坐标系下的死区干扰电压表达式。14.根据权利要求11或13所述的多逆变器并网系统的模型建立方法，其特征在于，所述电压干扰信号满足其中，u
e
(t)为电压干扰信号，u
dc
为直流侧母线电压，t
d
为死区时间，t
s
为采样周期，sign(i
g
)为由并网电流i
g
的方向决
定的中间量。

技术总结
本发明提供一种多逆变器并网系统及其模型建立方法，其中，多逆变器并网系统包括：若干逆变控制电路，逆变控制电路又包括：逆变器、LCL型滤波器及控制器；逆变器经由LCL型滤波器连接至并网点，控制器连接于并网点和逆变器之间；控制器基于下垂控制策略、双闭环控制策略和有源阻尼控制策略对逆变器进行并网运行控制。通过本发明提供的多逆变器并网系统及其模型建立方法，解决了现有技术中系统模型建立过于困难的问题。于困难的问题。于困难的问题。


技术研发人员：王弈赫 郁发新 吕晓峰 陈华 张凯达 史哲宁
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/20