输入串联型逆变器组合系统的关键技术研究

This project focuses on the redundant modular input-series system and its control strategy in grid. The research of this project covers following aspects. Firstly, the really modular distributed system and corresponding control method are put forward. Secondly, the N+x redundant technique is studied to realize seamless hot swap without affecting the normal working of the system and consequently the reliability is improved. Thirdly, the control strategies under extreme conditions are raised to acquire regular working of the system. Then, the optimized topology of LCL filter and corresponding active damping method are proposed. Finally, the way for power balance and simultaneous good current quality is raised. The research of this project will provide the theoretical and engineering foundations for input-series inverters system, and its train of thought could offer the reference for other Series-parallel power conversion systems. Moreover, the achievement could greatly promote the effective utilization of renewable energy with distributed generation system.

本项目研究具有容错性能的真正模块化的输入串联型逆变器系统及其在并网应用场合的各项关键技术，提出性能优化的分布式控制策略，保证系统功率均衡的同时实现其完全模块化；在分布式控制的基础上，研究系统的N+x冗余控制技术(热插拔技术)，使各模块可在线投入、退出且不影响系统的正常工作，从而提高系统的可靠性；提出系统在极端条件下的控制方案，以使系统在各种负载情况下均能正常工作；研究系统在并网状态下其输出LCL滤波器的优化拓扑，并给出多个滤波器谐振情况下的有源阻尼方案；提出系统在并网场合下实现功率均衡且单位PF输出的控制策略。项目的研究将为输入串联型逆变器组合系统的应用打下理论和工程应用基础，其研究思路可为其他类型(AC/DC整流器、AC/AC变频器等)模块组成的组合系统的研究提供参考，本研究也是电力电子系统集成理论研究的重要组成部分，其研究成果也将大力推动分布式发电系统对可再生能源的有效利用。

输入串联型逆变器组合系统，包括输入串联输出并联（ISOP）逆变器组合系统和输入串联输出串联（ISOS）逆变器组合系统，该类系统非常适用于中高压输入大功率交流输出的应用场合，本项目研究输入串联型逆变器组合系统的分布式控制策略、冗余容错技术、极端条件下的控制方案，进而研究将该系统应用于并网场合下的目标多重化控制策略。首先，针对ISOP逆变器组合系统，按照复合式控制的思想提出两种具体的控制方案以实现系统的功率均衡，所提方案亦同时实现了系统的分布式控制。接着，以其中的输入均压结合输出电流相位同步这一方案为例，进一步研究了ISOP逆变器系统的热插拔技术，使各模块可在线投入、退出且不影响系统的正常工作，从而提高系统的可靠性。针对ISOS逆变器组合系统，本项目亦提出了一种分布式均压控制策略，将各控制环路分散到每个模块中，使之成为可独立工作的标准模块，从而实现了系统的完全模块化。针对极端负载条件，项目以ISOP逆变器系统为例，提出引入辅助均压电路使得各模块损耗电阻相等，最终实现系统的稳定工作。针对ISOP并网逆变器组合系统，采用共用网侧电感的方式优化系统拓扑，进而优选逆变器侧电感电流为控制变量，实现了系统的多重控制目标：功率均衡、单位PF输出及LCL谐振尖峰的抑制。针对ISOS并网逆变器组合系统，优选网侧电感电流和电容电流为控制变量，网侧电感电流外环保证进网电流的单位PF输出，而电容电流内环则在有效抑制LCL谐振尖峰的同时还可与输入均压环配合最终实现系统的功率均衡。项目还提出了一种相位超前补偿策略，有效改善了数字控制并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。项目进一步将该方案应用于ISOP及ISOS并网逆变器组合系统，有效解决了多模块并网系统的谐振问题。本项目的研究将为输入串联型逆变器组合系统的应用打下理论和工程应用基础，其研究成果也将大力推动分布式发电系统对可再生能源的有效利用。