适应低压微电网应用的逆变器结构与控制策略研究

适合新能源发电的并网逆变器主电路、稳定的无互联控制线逆变器并网/并联控制策略、电压控制型并网逆变器的主动式孤岛检测技术是低压微电网稳定、高效、安全运行的几个关键技术。本项目提出适应新能源发电特点的高效、低成本、两级式高频隔离型逆变器主电路，通过两组整流电路交替工作实现后级的AC/AC 功率变换，提高了逆变器整机效率，克服现有并网逆变器主电路的缺点；研究并网逆变器的数学模型，将虚拟阻抗设计与选择合理的控制参数相结合，构建逆变器控制策略，该控制策略保证了逆变器输出阻抗与低压微电网线路阻抗相匹配，从而保证可用简单的下垂特性控制逆变器的输出功率；提出电压控制型逆变器的主动式孤岛检测方法，通过数学推导绘制孤岛检测盲区图，合理选择扰动参数，使系统无检测盲区或仅有较小的检测盲区，保障低压微电网系统安全运行。通过上述技术的突破可实现具有国际先进水平的高稳定性、高效率、安全的低压微电网系统。

本青年基金项目关注低压微电网中变换器的结构及其相应的控制策略，目的是建立稳定、高效、高质量供电的低压微电网系统。针对微电网系统在电力电子变换器方面的问题，本项目重点研究了以下内容：. 双向变换器是保证低压微电网连续、稳定运行必不可少的装置。传统的双有源桥双向变换器中，两个有源桥交流侧的功率因数都小于1，造成功率回流，使得效率不高。本项目提出采用LCL-T导抗网络代替传统变换器中的缓冲电感，利用LCL-T导抗网络自身特性结合相应控制策略，实现两个有源桥交流侧功率因数都为1，保证了双向变换器的高效率。. 低压微电网中，逆变器是新能源发电装置与电网的接口装置，其直接关系到系统的效率、供电的质量和系统稳定。本项目从提高效率入手，提出组合整流式高频链逆变器，该逆变器将传统高频链逆变器中桥式电路的串联形式变为并联形式，变压器副边电路中的两个整流桥在工频正、负半周期内交替工作，减少了同一时刻导通开关管的数量，保证了系统高效。. 燃料电池在微电网中作用至关重要，但是其输出电流中通常包含由电网侧功率波动造成的低频纹波电流，直接影响到燃料电池的寿命与最大输出功率。此外，燃料电池输出电压较低，要达到电网电压等级，必须加一级升压变换，造成功率变换级数多，系统效率降低。本项目提出了一种可以抑制输入侧低频纹波、单级、升压式并网逆变器，将并网逆变器中的一个桥臂与升压变换器共用，取消了升压变换器中的两个开关器件，降低了成本，提高了效率；此外将升压电感电流设计工作在电感电流断续模式，保证了燃料电池输出电流中基本不含低频纹波。. 逆变器的供电可靠性与供电质量、在孤岛状态下与并网状态下能够无缝切换是评价微电网质量的重要指标。本项目提出虚拟阻抗结合下垂控制的方法，并网逆变器在孤岛与并网状态下采用统一控制策略，模式切换时对本地负载基本无冲击；采用虚拟阻抗技术保证逆变器输出阻抗与电网阻抗相匹配，保证下垂控制的精度。. 孤岛检测对设备、人身安全起着重要的作用，但目前孤岛检测技术基本都针对电流控制型并网逆变器。本项目中，采用电压控制型并网逆变器，针对此问题急需针对电压控制型逆变器的孤岛检测方法。本项目提出的主动移频式孤岛检测方法，针对电压控制型并网逆变器，使得孤岛检测盲区小于目前经典方法的盲区。. 对低压微电网做上述技术改进，保证了低压微电网系统在功率变换效率、稳定性和供电质量等方面有较大提高。