[0001] 本发明涉及逆变器技术领域，更具体地说，涉及一种可精确调节的虚拟阻抗的实现方法，一种精确调节虚拟阻抗的方法，一种可精确调节虚拟阻抗的单机逆变器，一种可精确调节虚拟阻抗的逆变器并联系统。

[0002] 随着微电网技术的应用与发展，大规模分布式电源通过逆变装置接入微网，给逆变器并联系统的运行管理带来较大的挑战。对于电压源型逆变器来说，希望调节逆变器等效输出阻抗接近为零，以提高单机逆变器输出电压质量。对于逆变器并联系统来说，传统下垂控制依赖线路的阻抗特性，输出阻抗不一致难以保证功率的精确分配。因此，逆变器等效阻抗特性对逆变器单机及其并联系统的性能有着重要影响。

[0003] 目前，主要有两种方法调节逆变器等效输出阻抗：

[0004] 一种方法是通过改变逆变器的电压控制策略和控制参数，这种方法灵活性较差；

[0005] 一种方法是虚拟阻抗法，即通过加入电流前馈环节，构造电压降落调节参考电压，达到模拟实际阻抗的效果，如文献(张庆海，罗安，陈燕东，彭楚武，等.并联逆变器输出阻抗分析及电压控制策略.电工技术学报，2014，29(6)，98-105.)。这种方法调节的灵活度较高。进而，通常通过虚拟阻抗技术对逆变器等效输出阻抗进行调节。

[0006] 中国实用新型201821763820.6公开了一种实现并联逆变器无功均分的虚拟感抗调节器，用于实现无功均分。虚拟感抗调节器由减法器、积分器和加法器三部分组成。虚拟感抗调节器安装在逆变器的本地控制器中，本地控制器与中心控制器通过低带宽通信线实现互联。

[0007] 上述实用新型在低压微网的各个逆变器中引入虚拟感抗并加装虚拟感抗调节器，采用无功功率调节虚拟感抗的大小，不需测量线路阻抗参数达到线路阻抗匹配，实现无功功率均衡控制，各逆变器间无需额外的通信线，保留了微网逆变器的即插即用特性。

[0008] 中国发明专利申请201610330309.6公开了一种基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法，所述虚拟复阻抗由虚拟负电感和虚拟正电阻所组成。逆变器输出通过LC滤波器滤除高频毛刺，再由线路连接到输出交流母线。由于滤波电感的存在，逆变器输出阻抗主要呈感性，加入所述虚拟复阻抗后能够使逆变器等效输出阻抗呈阻性。

[0009] 上述发明的控制策略适用于低电压微电网的多逆变器并联控制系统。

[0010] 然而，现有技术中的虚拟阻抗技术大多把逆变器的空载电压增益的幅度值近似视为单位1，但是闭环控制下的逆变器的空载电压增益往往不为单位1，并且存在一定的相位，降低了虚拟阻抗的实现精度，进而影响逆变器及其并联系统的性能。

[0038] 以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

[0039] 本发明为了解决现有技术存在的逆变器的空载电压增益不为1，且存在一定的相位，降低了虚拟阻抗的实现精度，进而影响逆变器及其并联系统的性能的不足，提供一种可精确调节的虚拟阻抗的实现方法，获取基波频率f0处期望整定的输出阻抗值 计算获得基波频率f0处的空载电压增益 基波频率f0处的等效输出阻抗 根据如下公式计算获得需要添加的虚拟阻抗值Zv0：

[0040]

[0041] 其中， Gc(s)为逆变器的空载电压增益，Zo(s)为逆变器的等效输出阻抗，可以从逆变器的戴维南等效电路模型中得到。在复频域(s域)中，逆变器的戴维南等效电路模型表示如下：

[0042] vo(s)＝Gc(s)vref(s)-Zo(s)io(s)；

[0043] 其中，vref(s)为输入电压控制器的精确参考电压，vo(s)为逆变器的输出电压，io(s)为逆变器的输出电流。

[0044] 进而，可以得到：

[0045]

[0046]

[0047] 以单相逆变器为例，如图1所示，其中，电压控制器一般包含电压环，或者同时包含电压环和电流环，计算得到逆变器的戴维南等效电路模型如下：

[0048] vo＝Gc(s)vref-Zo(s)io；

[0049] 其中，vref为输入电压控制器的精确参考电压，io为逆变器的输出电流。

[0050] 根据戴维南等效电路模型，可计算得到基波频率f0处的空载电压增益 基波频率f0处的等效输出阻抗 进而，计算得到本发明提出的虚拟阻抗值 虚拟阻抗值Zv0通常为复数。

[0051] 在多相逆变器上实现虚拟阻抗的精确调节与所述的单相逆变器同理，本领域技术人员基于多相逆变器的原理与特性，参照在单相逆变器上实现虚拟阻抗的精确调节的原理，即可实现在多相逆变器上实现虚拟阻抗的精确调节。

[0052] 基于所述的虚拟阻抗值Zv0，可得到引入实现精确调节虚拟阻抗的逆变器等效阻抗调节框图，如图2所示。对应地，本发明提供一种精确调节虚拟阻抗的方法，将虚拟阻抗值Zv0进行添加，对参考电压生成模块产生的原始参考电压 进行调节，逆变器的等效输出阻抗具体为：

[0053]

[0054] 其中，Gc(s)为逆变器的空载电压增益，Zo(s)为逆变器的等效输出阻抗。

[0055] 进而，即使逆变器的空载电压增益不为1时，在基波频率f0处仍然能获得精确的输出阻抗值

[0056] 本发明还提供一种可精确调节虚拟阻抗的单机逆变器，如图3所示，包括依次连接的独立逆变器、连线阻抗、负载；逆变器基于所述的精确调节虚拟阻抗的方法，获得所需添加的虚拟阻抗值Zv0，即每台独立逆变器中进行虚拟阻抗的精确调节。逆变器的输出电流io通过乘法运算模块与虚拟阻抗值Zv0相乘构造电压降落，并反馈至原始参考电压 对原始参考电压 进行调节，得到精确参考电压vref；精确参考电压vref输入电压控制器，生成PWM驱动信号控制逆变器的开关器件的通断。

[0057] 同理，本发明还提供一种可精确调节虚拟阻抗的逆变器并联系统，如图4所示，包括若干依次连接的独立逆变器、连线阻抗，所有连线阻抗通过交流母线与公共负载连接；每台独立逆变器中基于所述的精确调节虚拟阻抗的方法，获得所需添加的虚拟阻抗值Zv0,n，逆变器的输出电流io,n通过乘法运算模块与虚拟阻抗值Zv0,n相乘构造电压降落，并反馈至原始参考电压 对原始参考电压 进行调节，得到精确参考电压vref,n；精确参考电压vref,n输入电压控制器，生成PWM驱动信号控制逆变器的开关器件的通断。

[0058] 其中，采用下垂控制法获得原始参考电压 具体地，采集逆变器的输出电压vo,n和输出电流io,n，通过平均功率计算得到有功功率Pn和无功功率Qn，再通过下垂控制法生成原始参考电压

[0059] 实施例一(单机逆变器)

[0060] 本实施例以单相全桥逆变器为例，在PLECS仿真环境中搭建单机逆变器的模型，逆变器为单相全桥拓扑，如图5所示。其中，Vdc为直流母线电压，L和C为输出滤波电感和电容，r表示L的等效串联电阻和开关管导通电阻之和，iL和io分别为电感电流和输出电流，vo为输出电压，Gvc(s)和Gic(s)分别为电压环控制器和电流环控制器。本实施例中，电压控制器的电压环控制器和电流环控制器均采用PI控制器。具体地，电压环控制器 电流环控制器 为减小输出阻抗引入了输出电流前馈，kf为输出电流前馈系数。

[0061] 根据单相全桥逆变器主电路可以得到逆变器等效控制框图，如图6所示；将表1中的参数代入 计算得到基波频率f0处逆变器的空载电压增益幅度为1.009，相位为-3.38°；基波频率f0处的输出阻抗幅度为0.90Ω，相位为87.5°，将期望整定的输出阻抗值 设定为0Ω，则所需添加的虚拟阻抗值计算如下：

[0062]

[0063] 如图7所示，仿真结果显示，空载时逆变器输出电压幅值为311.5V，带载时输出电压幅值为310.8V，可见电压降落很小，逆变器单机性能良好。

[0064] 表1：逆变器主电路和控制参数

[0065]

[0066] 实施例二(逆变器并联系统)

[0067] 本实施例中，在PLECS仿真环境中搭建了含有精确阻抗调节器的两台逆变器的并联系统模型，如图8所示，其中，逆变器参数与实施例一相同，并联系统仿真参数如表2所示。

[0068] 表2：逆变器并联系统仿真参数

[0069]

[0070]

[0071] 本实施例采取阻性下垂控制法，具体如下：

[0072] V＝V*-kpvP；

[0073] ω＝ω*+kqωQ。

[0074] 将期望整定的输出阻抗值 设定为纯阻性1Ω，逆变器1和逆变器2所加虚拟阻抗为：

[0075]

[0076] 如图9所示，在0.3s时，逆变器2开始并入系统，可以看到稳态时两台逆变器的输出有功功率和无功功率具有良好的均分精度。

[0077] 上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。