一種低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制方法，所述方法包括下列步驟：引入虛擬復阻抗使得并聯(lián)逆變器的等效輸出阻抗呈感性，得到下垂控制方程；引入功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項，取代下垂控制方程中的下垂系數(shù)，得到自適應下垂控制方程；考慮由于引出虛擬復阻抗帶來的電壓跌落，得到改進自適應下垂控制方程，通過改進自適應下垂控制方法實現(xiàn)并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有動態(tài)響應快、穩(wěn)定性好以及實現(xiàn)并聯(lián)逆變器負載均分和輸出電壓質量的折中等優(yōu)點。
【專利說明】
-種低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及微電網(wǎng)領域，尤其是設及一種低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應 下垂控制方法。
【背景技術】
[0002] 伴隨分布式能源的發(fā)展，配電網(wǎng)側對供電質量、供電可靠性，系統(tǒng)容量等有較高的 要求。而多個逆變器并聯(lián)可W增大系統(tǒng)功率，組成微電網(wǎng)后，可W為用戶提供高質量的電 能，增加系統(tǒng)的供電可靠性。逆變器并聯(lián)技術，分為有聯(lián)絡線W及無互聯(lián)線控制方式。有聯(lián) 絡線方式，主要通過檢測系統(tǒng)中各個并聯(lián)模塊的信息，由上位機發(fā)出指令完成并聯(lián)。其主要 缺點是通信線路易出現(xiàn)延遲，若通信線路發(fā)生故障，則微電網(wǎng)系統(tǒng)將面臨擁痕。下垂控制屬 于無互聯(lián)線方式，而并聯(lián)逆變器的控制符合下垂輸出特性，因此能夠根據(jù)有功-頻率下垂曲 線和無功-電壓下垂曲線去模擬大電網(wǎng)中同步發(fā)電機的外特性。
[0003] 經(jīng)對現(xiàn)有文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，陳杰于2013年在"北京交通大學"發(fā)表論文"城軌列車 輔助供電系統(tǒng)高品質波形控制及無互聯(lián)線并聯(lián)關鍵技術研究"引出虛擬復阻抗，使低壓微 電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的輸出阻抗等效為感性，但沒解決電壓精度的問題。
[0004] 孫孝峰，楊雅麟，趙巍，沈虹，譚廣軍.于2014年在"電網(wǎng)技術"發(fā)表論文"微電網(wǎng)逆 變器自適應下垂控制策略"提出了自適應下垂控制策略，不足之處是負載均分和輸出電壓 質量的固有矛盾難W折中考慮。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應 下垂控制方法。
[0006] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術方案來實現(xiàn)：
[0007] -種低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制方法，所述方法包括下列步 驟：
[000引1)引入虛擬復阻抗使得并聯(lián)逆變器的等效輸出阻抗呈感性，得到下垂控制方程；
[0009] 2)引入功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項，取代下垂控制方程中的下垂系數(shù)，得到自 適應下垂控制方程；
[0010] 3)考慮引入虛擬復阻抗帶來的電壓跌落，得到改進自適應下垂控制方程，通過改 進自適應下垂控制方法實現(xiàn)并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制。
[0011] 所述下垂控制方程為：
[0012]
[OOU]其中，Wi和Ei分別為逆變器輸出的電壓角頻率和幅值，WO和Eo分別為額定電壓角頻 率和幅值，Pi和化分別為逆變器輸出的有功功率和無功功率，m為有功-頻率下垂曲線的下垂 系數(shù)，n為無功-電壓下垂曲線的下垂系數(shù)。
[0014] 所述功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項包括有功功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項和無 功功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項。
[0015] 所述自適應下垂控制方程為：
[0016]
[0017]其中，虹為有功功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項，m為無功功率與下垂系數(shù)的一次函 數(shù)項。
[001引所述mi滿足；
[0022] 其中，Po和舶分別為額定有功功率和無功功率。[0023] 所述改進自適應下垂控制方程具體為：
[0019]
[0020]
[0021]
[0024]
[0025] 其中，R和X分別為引入虛擬復阻抗后逆變器的等效輸出阻抗的電阻和電感;Uo為 逆變器的等效輸出電壓。
[0026] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0027] (1)增加了電壓跌落補償，解決了引入虛擬復阻抗后的電壓跌落問題，實現(xiàn)了并聯(lián) 逆變器負載均分和輸出電壓的折中考慮。
[0028] (2)引入功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項，解決了傳統(tǒng)的下垂控制方法受限于固定 下垂參數(shù)。
[0029] (3)引入了虛擬復阻抗，使得并聯(lián)逆變器的等效輸出阻抗呈感性，使得并聯(lián)逆變器 可W采用傳統(tǒng)的下垂控制方法進行控制。
【附圖說明】
[0030] 圖1為實施例中并聯(lián)逆變器的電路圖；
[0031 ]圖2為傳統(tǒng)下垂控制的有功-頻率下垂特性曲線圖；
[0032] 圖3為下垂控制原理圖；
[0033] 圖4為引入虛擬復阻抗后等效電路圖；
[0034] 圖5為引入虛擬復阻抗前后的逆變器等效輸出阻抗波特圖；
[0035] 圖6為m取不同數(shù)值時，有功功率與頻率的下垂特性曲線；
[0036] 圖7為本實施例中的仿真波形圖，其中，（7a)為并聯(lián)后負載突增的A相動態(tài)電流波 形圖，（7b)為IKW負載下逆變器并聯(lián)瞬間有功均分波形圖，（7c)為并聯(lián)后負載突增的A相動 態(tài)電流波形圖，（7d)為負載突變時并聯(lián)逆變器輸出電壓波形圖；
[0037] 圖8為采用改進下垂控制算法后實驗波形，其中，（8a)為并聯(lián)逆變器負載均分電流 波形，（8b)為并聯(lián)逆變器負載突增時輸出動態(tài)電流波形。
[0038] 圖9為本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例W本發(fā)明技術方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0040] 如圖9所示，本發(fā)明提供了一種低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制 方法，該方法包括下列步驟：
[0041] 1)引入虛擬復阻抗：
[0042] 傳統(tǒng)=環(huán)下垂控制中逆變器輸出電壓表達式為：
[0043] Uo = G(S)Uref-Io(S)Z(S)
[0044] 公式中G(S)描述的是受控電壓源對輸出電壓Uref指令的跟蹤性能，Z(S)等效為逆 變器輸出阻抗，由兩部分構成:虛擬阻抗Zd(S) W及電壓電流閉環(huán)等效的輸出阻抗Zo^s)。當 虛擬阻抗取值為純感性時，即Zd(s) = sL。引入虛擬阻抗后，等效電路圖如圖4所示，在低頻 段，等效輸出阻抗Z(S)呈感性，根據(jù)傳統(tǒng)下垂公式的下垂特性，能夠實現(xiàn)P、Q的解禪。在高頻 開關頻率諧波段，等效輸出阻抗呈阻性。如圖5所示，由電流流過虛擬阻抗后的壓降UD模擬 出串聯(lián)虛擬阻抗上的壓降，由下垂特性得出輸出電壓指令護后，將UD減去，最終得出修正之 后的輸出端逆變器電壓給定指令:Uref = E^郵；因而，引入虛擬復阻抗后，使得并聯(lián)逆變器的 等效輸出阻抗呈感性，得到下垂控制方程：
[0045]
[0046] 其中，Wi和Ei分別為逆變器輸出的電壓角頻率和幅值，WO和Eo分別為額定電壓角頻 率和幅值，Pi和化分別為逆變器輸出的有功功率和無功功率，m為有功-頻率下垂曲線的下垂 系數(shù)，n為無功-電壓下垂曲線的下垂系數(shù)，傳統(tǒng)下垂控制的有功-頻率下垂特性曲線如圖2 所示，傳統(tǒng)的下垂控制原理圖如圖3所示；
[0047] 2)引入功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項，即有功功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項和無 功功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項，取代下垂控制方程中的下垂系數(shù)，得到自適應下垂控制 方程：
[004引
[0049] 其中，虹為有功功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項，m為無功功率與下垂系數(shù)的一次函 數(shù)項。
[0050] m、n則根據(jù)傳統(tǒng)的下垂控制計算，電壓最小值一般取Uref的90%-95%，頻率的波動 度一般控制在2%之內(nèi)。所增加的一次函數(shù)相在mi、m數(shù)值基礎上取值。將下垂系數(shù)mi取在 0.43m/P〇與0.68m/P〇之間，如圖6所不;m取在0.43n/Q〇與0.68n/Q〇之間。即虹滿足：
[0化1 ]
[0化2]
[0化3]
[0054] 其中，Po和舶分別為額定有功功率和無功功率；
[0055] 3)補償由于引出虛擬復阻抗帶來的電壓跌落，
[0056] 在引入虛擬阻抗反饋后，電壓幅值的下垂量必然增大，系統(tǒng)的輸出電壓精度將下 降；另外在并聯(lián)逆變器中的負載發(fā)生突變時，參考電壓或下垂系數(shù)需要較大改變才能實現(xiàn) 各臺逆變器的功率均分。因此從兼顧逆變器并聯(lián)時的負載均分性能W及控制電壓精度兩方 面控制要求來看，需要補償由于采用虛擬阻抗帶來的電壓降，將傳統(tǒng)的固定下垂系數(shù)設計 為動態(tài)可變，因而可W得到改進自適應下垂控制方程：
[0化7]
[005引其中，R和X分別為引入虛擬復阻抗后逆變器的等效輸出阻抗的電阻和電感;Uo為 逆變器的等效輸出電壓。
[0化9] 實施例1
[0060] WSimulink作為仿真平臺，將兩臺S相逆變器共接在同一段交流母線上，其等效 數(shù)學模型圖如圖1所示。并聯(lián)逆變器的主電路主要參數(shù)為:輸入直流電壓為700V，輸出電壓 220V/50HZ，單臺逆變器的額定有功功率為1.7KW，額定無功功率為500Var，濾波電感 3.14mL，濾波電容為lOOuF，功率濾波器的轉折頻率為20rad/s。取一組下垂系數(shù)m為 0.00004、n為0.0012。仿真波形圖如圖7所示，（7a)和（7b)中，在兩臺并聯(lián)逆變器穩(wěn)定運行 后，在t為0.06s時刻，突然增加公共負載至2.服W，可W看出改進下垂控制算法引入動態(tài)調(diào) 整系數(shù)后，電流波形變化很平緩，兩臺逆變器的輸出電流均由IA快速上升到2A時，并聯(lián)逆變 器表現(xiàn)出了較好的負載均分和動態(tài)性能。（7c)中，在t為0.18s時刻，啟動逆變器1帶IKW負 載，在t為0.195s時刻，啟動逆變器2開始工作，可W看出逆變器并聯(lián)瞬間存在環(huán)流，但經(jīng)過 約1/4工頻周期后，兩臺逆變器輸出功率趨于一致，間接說明改進下垂控制算法可W將并聯(lián) 逆變器的頻率控制趨于一致，實現(xiàn)負載均分。并且在逆變器2并聯(lián)瞬間，沖擊很小，進入穩(wěn)定 運行狀態(tài)很平緩。（7d)是在并聯(lián)逆變器平穩(wěn)運行后，在0.22s時刻突增阻性負載由0.5KW到 化W，可W看出并聯(lián)逆變器輸出電壓幅值不會跌落，穩(wěn)定性能很好。說明改進下垂控制算法 對引入虛擬阻抗后造成的電壓降落補償效果較好。
[0061] 實施例2
[0062] W兩臺1 . 7KW的S相兩電平逆變器并聯(lián)作為實驗平臺?？刂葡到y(tǒng)使用 TMS320FM2812控制忍片，開關頻率設為12.SKHz，實驗中加入1 Q的阻性線路阻抗，模擬傳統(tǒng) 低壓電力線路上的阻抗。實驗參數(shù)與仿真一致。可得到并聯(lián)逆變器穩(wěn)定運行時的負載電流 均分波形，在0.06s時刻負載突增時并聯(lián)逆變器電流的動態(tài)實驗波形。實驗波形如圖8所示， 說明所采用改進下垂控制算法，在兩臺逆變器并聯(lián)時能較好的實現(xiàn)負載功率均分，并且在 負載突變時，輸出電流的動態(tài)性能較好。驗證了改進控制算法的有效性。
【主權項】
1. 一種低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制方法，其特征在于，所述方法 包括下列步驟： 1) 引入虛擬復阻抗使得并聯(lián)逆變器的等效輸出阻抗呈感性，得到下垂控制方程； 2) 引入功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項，取代下垂控制方程中的下垂系數(shù)，得到自適應 下垂控制方程； 3) 考慮引入虛擬復阻抗帶來的電壓跌落，得到改進自適應下垂控制方程，通過改進自 適應下垂控制方法實現(xiàn)并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制。2. 根據(jù)權利要求1所述的低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制方法，其特 征在于，所述下垂控制方程為：其中，W1和El分別為逆變器輸出的電壓角頻率和幅值，W0和Eo分別為額定電壓角頻率和 幅值，Pi和化分別為逆變器輸出的有功功率和無功功率，m為有功-頻率下垂曲線的下垂系 數(shù)，η為無功-電壓下垂曲線的下垂系數(shù)。3. 根據(jù)權利要求2所述的低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制方法，其特 征在于，所述功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項包括有功功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項和無功 功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項。4. 根據(jù)權利要求3所述的低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制方法，其特 征在于，所述自適應下垂控制方程為：其中，mi為有功功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù)項，m為無功功率與下垂系數(shù)的一次函數(shù) 項。5. 根據(jù)權利要求4所述的低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制方法，其特 征在于，所述mi滿足：其中，Po和舶分別為額定有功功率和無功功率。6. 根據(jù)權利要求4所述的低壓微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的改進自適應下垂控制方法，其特 征在于，所述改進自適應下垂控制方程具體為：其中，R和X分別為引入虛擬復阻抗后逆變器的等效輸出阻抗的電阻和電感;Uo為逆變器 的等效輸出電壓。
【文檔編號】H02J3/38GK106099983SQ201610605870
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610605870.0, CN 106099983 A, CN 106099983A, CN 201610605870, CN-A-106099983, CN106099983 A, CN106099983A, CN201610605870, CN201610605870.0
【發(fā)明人】陳坤, 曹以龍, 趙樂, 孔亞非
【申請人】上海電力學院