微网多逆变器容错技术的研究

Fault-tolerant technologies for microgrid multi-inverter is proposed in the project. The electric model of the microgrid multi-inverter is constructed to analyze possible fault types. According to different fault types, the topology structure of microgrid multi-inverter is reconfigurated to build the corresponding fault-tolerant structures and design the corresponding parameters. The contolling scheme of the fault tolerant structure for microgrid multi-inverter is researched. The layering coordination controlling strategy is explored. The complex virtual-impedance droop control based on the membership cloud model is researched connecting with the membership cloud theory. Different performances of the the fault tolerant structure for microgrid multi-inverter is analyzed. The mathematic models of microgrid multi-inverter fault tolerant structure and the power system containing microgrid multi-inverter fault tolerant structure are constructed respectively. How to design Lyapunov functions to analyze the system stability is researched. In generally,a fault-tolerant scheme is built to solve the reliability and feasiblity of the fault tolerant structure for microgrid multi-inverter in the project.

本项目提出微网多逆变器结构的容错技术。建立微网多逆变器的电气模型，分析可能的故障类型。针对不同的故障类型，提出对微网多逆变器容错拓扑结构进行重构，建立对应的容错结构，并进行参数设计；研究微网多逆变器容错结构的控制方案，探索分层协同控制策略，并结合隶属云模型理论，研究基于隶属云模型的复合虚拟阻抗下垂控制方法，进行微网多逆变器容错结构各项性能的研究分析；分别建立微网多逆变器容错结构和包含微网多逆变器容错结构的配电网的数学模型，研究当其中的逆变器由正常状态切换到故障状态时，如何构造李雅普诺夫函数，探索其稳定性分析方法；进行仿真和实验研究。本项目将提出微网多逆变器的容错技术，为解决微网多逆变器容错结构的可靠性和实用性提供一种有效、可行的新方案。

由于光伏、风力、燃料电池和储能装置等分布式能源大多通过逆变器在公共连接点并联接入电网和并联接入负载，逆变器一旦发生故障会导致整个系统不能正常工作，严重时将造成灾难性后果。尽管对于传统配电网的故障恢复和网络重构已经有了大量的研究成果，但是对于含有分布式微源在故障自愈方面的研究还比较少，鲜有研究充分考虑了微网的接入对配电网故障恢复的影响。与传统同步发电机相比，基于多逆变器结构的分布式电源在运行机理、控制模式、响应速度、过流能力等方面具有显著差异，为电网的分析、控制、保护等带来新的挑战。.因此在研究含分布式微源微网的故障容错重构问题时，不宜直接套用已有的传统容错技术。本项目在容错结构设计方法、容错控制策略、系统稳定性分析等方面开辟了新的研究思路和方法：.1）研究了逆变器的故障类型，对单个逆变器及微网多逆变器拓扑提出容错结构。以系统可靠性为标准，所提出的容错结构比现有容错结构大大拓展了容错空间。.2）研究了微网单个逆变器容错结构的控制策略，提出了容错脉冲控制算法，使逆变器故障前后不需要转换控制方法。.3）研究了微网多个逆变器容错结构的控制策略。提出了基于隶属云理论的微网多逆变器容错结构的复合虚拟阻抗可调的下垂控制方法。构造了隶属云参数调节器，对基于复合虚拟阻抗法的下垂控制方法中的虚拟阻抗进行实时在线调整。抑制了逆变器之间的环流，抑制了谐波，达到电压稳定、功率均分的目的。.4）建立了微网多逆变器容错结构的小信号模型，当系统中多个参数发生变化时，验证了系统的稳定性。.本项目综合考虑各方面因素的影响，研究了正确、快速的故障容错技术，在故障后主动容错重构系统的软硬件结构，从而保障整个系统在不损失性能或部分性能指标降低情况下的安全运行。为电网的分析、控制、保护等带来新的研究思路。对于提高微网供电可靠性，以及提升配电网的整体自动化水平和智能化程度具有及其重要的现实意义和应用前景。