一種低延時魯棒功率下垂多環(huán)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及新能源分布式發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種低延時魯棒功率下垂多環(huán)控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著化石能源的短缺及所帶來的環(huán)境污染，分布式（distributed generation，DG)新能源發(fā)電因具有污染小，輸配電損耗低，能源利用率高等優(yōu)勢，得到全球 的廣泛關(guān)注與應(yīng)用。其中以逆變器為接口的DG單元構(gòu)成的微電網(wǎng)，與大電網(wǎng)互為補(bǔ)充與支 撐，是提高供電系統(tǒng)安全性與靈活性的有效方法。但微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行時，因逆變器不具備 類似同步發(fā)電機(jī)優(yōu)良的外特性，將導(dǎo)致同種/不同容量等級逆變器的有功/無功功率難以 精確分配，逆變器間存在基波環(huán)流，從而引起微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時支撐頻率和電壓的波動，影 響微電網(wǎng)高效穩(wěn)定運(yùn)行。因此，逆變器間的環(huán)流抑制和功率分配控制是亟需解決的問題。
[0003] 無互聯(lián)線并聯(lián)結(jié)構(gòu)的功率/下垂控制是實(shí)現(xiàn)逆變器并聯(lián)的主要控制方法，在策略 上模仿傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的下垂特性，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷功率精確分配，降低逆變器間基波環(huán)流。然 而，傳統(tǒng)的下垂方法存在三方面的不足，難以實(shí)現(xiàn)功率精確分配和環(huán)流抑制：（1)功率計算 環(huán)節(jié)引起的控制滯后，將導(dǎo)致逆變器的輸出功率跟蹤負(fù)載變化的動態(tài)性能差，不利于并聯(lián) 系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實(shí)時性及可靠性；(2)因等效連接阻抗（為線路阻抗與逆變器輸出阻抗之 和）中阻性和感性成分不能忽略，輸出有功與無功功率將存在耦合關(guān)系；(3)線路阻抗、逆 變器結(jié)構(gòu)參數(shù)及控制器類型對逆變器的及功率精確分配影響很大。對此，"虛擬阻抗"方法 被引入到系統(tǒng)控制中，可將逆變器的輸出阻抗設(shè)計呈阻性、感性或容性，不僅可以解除有功 與無功功率的耦合，而且能夠降低逆變器功率控制對線路阻抗、結(jié)構(gòu)與設(shè)計參數(shù)的敏感性， 最大限度地降低輸出阻抗和線路阻抗差異對環(huán)流及功率分配的影響。但由于線路阻抗參數(shù) 漂移和采集誤差等因素，精確設(shè)計逆變器等效輸出阻抗是非?？量痰臈l件，且虛擬阻抗設(shè) 計的好壞直接影響功率分配的精度，功率分配仍然對等效連接阻抗魯棒性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低延時魯棒 功率下垂多環(huán)控制方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種低延時魯棒功率下垂多 環(huán)控制方法，適用于多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，所述多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)包括多個并聯(lián)的逆變器；所 述逆變器包括直流儲能電容、與所述直流儲能電容連接的逆變電路、LC濾波電路、鎖相環(huán)電 路、A/D采樣電路、處理器、驅(qū)動保護(hù)電路，所述LC濾波器接入交流母線；所述所述A/D采樣 電路輸入端與所述LC濾波電路連接；所述處理器與所述驅(qū)動保護(hù)電路輸入端、A/D采樣電 路輸出端、鎖相環(huán)電路輸出端連接；所述鎖相環(huán)電路輸入端與交流母線連接；所述驅(qū)動保 護(hù)電路驅(qū)動所述逆變電路；該方法為：
[0006] 1)設(shè)每個工頻周期共有N個采樣點(diǎn)，在每個工頻周期中，A/D采樣電路分別采樣 各逆變器的輸出電壓i^GO、輸出電流UGO與iCi(k)，并將輸出電壓U()i(k)和輸出電流UG0送至處理器中進(jìn)行處理，其中k為任一工頻周期中的第k個采樣點(diǎn)；
[0007] 2)將逆變器輸出電壓U()i(k)和輸出電流ijk)相乘，得到逆變器瞬時輸出功率 Pinv_i(k)；
[0008] 3)令估測的瞬時輸出功率為灸^從），將㈨與Pinvi(k)相減得到誤差 ei(k)；
[0009] 4)利用最小均方自適應(yīng)方法，計算第k時刻估測的逆變器輸出的有功功率和無功 功率為爾幻、0⑷，々⑷、&⑷汁算公式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低延時魯棒功率下垂多環(huán)控制方法，適用于多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，所述多逆變器 并聯(lián)系統(tǒng)包括多個并聯(lián)的逆變器；所述逆變器包括直流儲能電容、與所述直流儲能電容連 接的逆變電路、LC濾波電路、鎖相環(huán)電路、A/D采樣電路、處理器、驅(qū)動保護(hù)電路，所述LC濾 波器接入交流母線；所述所述A/D采樣電路輸入端與所述LC濾波電路連接；所述處理器與 所述驅(qū)動保護(hù)電路輸入端、A/D采樣電路輸出端、鎖相環(huán)電路輸出端連接；所述鎖相環(huán)電路 輸入端與交流母線連接；所述驅(qū)動保護(hù)電路驅(qū)動所述逆變電路，其特征在于，該方法為： 1) 設(shè)每個工頻周期共有N個采樣點(diǎn)，在每個工頻周期中，A/D采樣電路分別采樣各逆變 器的輸出電壓U& (k)、輸出電流U(k)與ia (k)，并將輸出電壓U& (k)和輸出電流U(k)送 至處理器中進(jìn)行處理，其中k為任一工頻周期中的第k個采樣點(diǎn)； 2) 將逆變器輸出電壓ujk)和輸出電流ijk)相乘，得到逆變器瞬時輸出功率pinv i(k); 3) 令估測的瞬時輸出功率為氣(幻，將/々,,,(幻與pinvi(k)相減得到誤差ei(k); 4) 利用最小均方自適應(yīng)方法，計算第k時刻估測的逆變器輸出的有功功率和無功功率 為/^)、0(.4)，々(A)、{)#)計算公式為：
其中，T為工頻周期，《為交流母線電壓的公共角頻率；々(々-1)、么(々-1)分別為第 k_l時刻估測的逆變器輸出的有功功率和無功功率；Up、U5分別為有功功率與無功功率控 制參數(shù)； 5) 將各逆變器的的輸出有功功率？"1〇、無功功率％〇〇近似于估測的有功功率 月認(rèn)-1)、有功功率4^-1):
6) 利用上述步驟1)_5)計算得到各逆變器的輸出有功功率Pp無功功率仏，設(shè)計 0-/_/魯棒下垂控制器，得到逆變器輸出電壓的有效值Ep角頻率《 i;所述魯棒下 垂控制器為：
其中，冗分別為第i臺逆變器空載輸出電壓角頻率和幅值參考值為第i臺 逆變器輸出電壓的角頻率；G為第i臺逆變器空載輸出電壓幅值的變化率，n^rii為第i臺 逆變器輸出電壓頻率和幅值變換率的下垂控制系數(shù)，穩(wěn)態(tài)時G設(shè)定為0 ;Psrt_jPQ分別 為第i臺逆變器分配的有功功率和無功功率指定值； 7) 由逆變器空載輸出電壓的有效值Ep角頻率％合成參考電壓
8) 引入虛擬復(fù)阻抗&(8)，將參考電壓 <減去線路電流與&(8)的乘積，得到LC濾波 電路電容電壓參考值并設(shè)計各逆變器的等效輸出阻抗R&與各逆變器的額定容量成比 例； 9) 將1^與逆變器輸出電壓幅值u&進(jìn)行比例諧振調(diào)節(jié)，得到LC濾波電容電路的參考 值iri; 10) 將電容電路的參考值U與電容采樣值iu進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，得到SPWM調(diào)制載波信號 Di； 11) 將SPWM調(diào)制波信號Di和三角載波進(jìn)行雙極性調(diào)制，得到全控型功率器件的占空比 信號，經(jīng)驅(qū)動保護(hù)電路，驅(qū)動全控型功率器件的開通與關(guān)斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低延時魯棒功率下垂多環(huán)控制方法，其特征在于，所述步驟 3) 中，估測的瞬時輸出功率兵的計算公式為：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低延時魯棒功率下垂多環(huán)控制方法，其特征在于，所述步驟 4) 中，逆變器輸出功率估測值與實(shí)際計算值存在以下關(guān)系：
上式中，s為拉普拉斯變化因子；yq= p= 2000。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低延時魯棒功率下垂多環(huán)控制方法，其特征在于，所述步驟 6)中，輸出的有功功率與等效輸出阻抗的關(guān)系為：
其中，隊為交流母線電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4之一所述的低延時魯棒功率下垂多環(huán)控制方法，其特征在于，所 述步驟6)中，Psrt」的計算公式為：
其中，Ksrt為W的恢復(fù)增益，Py為第i臺逆變器有功額定容量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低延時魯棒功率下垂多環(huán)控制方法，其特征在于，
y_以指數(shù)函數(shù)exp(t)衰減至0。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低延時魯棒功率下垂多環(huán)控制方法，其特征在于，
;其中Ps^(〇)為第i臺逆變器設(shè)置的初始有功功率指令值， AUiJiax^5%UL〇
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低延時魯棒功率下垂多環(huán)控制方法，包括低延時魯棒下垂控制策略和基于虛擬復(fù)阻抗的電壓電流雙環(huán)。所述低延時魯棒下垂控制策略包括：低延時快速功率計算方法、魯棒下垂控制器和恢復(fù)機(jī)理。本發(fā)明方法針對低壓微電網(wǎng)的多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，用于提高逆變器輸出功率對等效輸出阻抗和線路阻抗的魯棒性，解除線路阻抗與功率制衡關(guān)系，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷功率按額定容量比精確分配，同時降低功率計算中引入的控制滯后，提高了系統(tǒng)的實(shí)時性與動態(tài)性。
【IPC分類】H02J3-46
【公開號】CN104578182
【申請?zhí)枴緾N201510013962
【發(fā)明人】羅安, 周樂明, 陳燕東, 陳智勇, 周小平, 李鳴慎, 匡慧敏
【申請人】湖南大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月12日