DQZHAN技術訊：發(fā)明**｜一種微電網功率下垂控制方法

摘要

本發(fā)明公開了一種微電網功率下垂控制方法，構建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網逆變器系統(tǒng);采集逆變器輸出的三相電壓和三相電流瞬時值，通過dq變換為直流量，經過功率計算得到實時的有功功率和無功功率值;在下垂控制器中給定有功和無功功率參考值，其中無功功率參考值為0，計算得到參考電壓的幅值和相角值;將參考電壓與實際電壓作差得到誤差電壓值，經PI調節(jié)器輸出后作為電流信號參考值，再與實際電流作差得到誤差電流值，并輸入到PI調節(jié)器中;將調節(jié)器輸出的調制信號經過SVPWM調制生成PWM脈沖波，使三相并網逆變系統(tǒng)并網發(fā)電。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)下垂控制并網運行時無功功率不可控問題，不存在有功功率和無功功率的耦合，實現(xiàn)了功率因數(shù)輸出。

1 .一種微電網功率下垂控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，構建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網逆變器系統(tǒng);

步驟2，采集三相并網逆變器輸出的三相電壓和三相電流瞬時值，通過dq變換轉換為直

流量，經過功率計算得到實時的有功功率和無功功率值;

步驟3，在下垂控制器中給定有功和無功功率參考值，其中無功功率參考值為0，將實際有功功率與參考有功功率的差值乘以下垂系數(shù)，再與額定頻率作差得到頻率值，將實際無功功率與參考無功功率的差值經比例積分(PI)調節(jié)器調節(jié)，再與額定電壓作差得到參考電壓值;

步驟4，將參考電壓與實際電壓作差得到誤差電壓值，誤差電壓值經PI調節(jié)器輸出后作為電流信號參考值，電流信號參考值再與實際電流作差得到誤差電流值，誤差電流值輸入到比例積分調節(jié)器(PI)中，PI調節(jié)器輸出為調制信號;

步驟5，將PI調節(jié)器輸出的調制信號經過SVPWM調制生成PWM脈沖波，從而控制三相全橋逆變器功率管的開通和關斷，使三相并網逆變系統(tǒng)并網發(fā)電。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種微電網功率下垂控制方法，其特征在于，所述步驟1中構建P-ω和Q-0下垂控制器的算法如下：

有功功率公式為ω=ω0-kp(P-P0) (1);

無功功率公式為U=U0-GPI(Q-Q0) (2);

式中，U和ω分別為逆變器輸出電壓幅值及頻率;P和Q分別為輸出有功功率及無功功率;U0和ω0分別為額定電壓幅值及頻率;P0和Q0分別為額定有功功率及無功功率;kp為有功功率下垂系數(shù);GPI為引入的PI調節(jié)器傳遞函數(shù)。

3 .根據(jù)權利要求1所述的一種微電網功率下垂控制方法，其特征在于：將傳統(tǒng)控制策略中的無功功率下垂系數(shù)部分修改為一個PI調節(jié)器，并網運行時，修改后的無功功率緊緊跟隨給定參考功率值，**控制為0，即逆變器不輸出無功功率。

技術領域

本發(fā)明涉及電網控制領域，尤其是一種微電網功率下垂控制方法。

背景技術

隨著智能電網的不斷發(fā)展，由分布式電源組成的微網越來越受到國內外學者們的關注。微網的運行模式主要分為并網和孤島兩種，實現(xiàn)并網/孤島雙模式運行是真正體現(xiàn)其靈活性的關鍵環(huán)節(jié)，其運行控制具有更高的挑戰(zhàn)性。微電網運行控制方法主要分為三類，主從控制、對等控制和分層控制。下垂控制屬于對等控制方法，其在不改變系統(tǒng)現(xiàn)有控制和保護策略的情況下，隨時可將分布式電源接入微網，實現(xiàn) “ 即插即用”，故微電網多采用下垂控制方法。

對于線路阻抗主要呈感性的逆變器并網系統(tǒng)，傳統(tǒng)的下垂控制存在孤島運行時無功功率不能**控制，并網運行時導致無功功率處于不可控狀態(tài)。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于提供一種**控制無功功率、對電壓幅值進行有效調節(jié)的微電網功率下垂控制方法。

為實現(xiàn)上述目的，采用了以下技術方案，本發(fā)明所述方法包括以下步驟：

步驟1，構建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網逆變器系統(tǒng);

步驟2，采集三相并網逆變器輸出的三相電壓和三相電流瞬時值，通過dq變換轉換為直流量，經過功率計算得到實時的有功功率和無功功率值;

步驟3，在下垂控制器中給定有功和無功功率參考值，其中無功功率參考值為0。將實際有功功率與參考有功功率的差值乘以下垂系數(shù)，再與額定頻率作差得到頻率值，將實際無功功率與參考無功功率的差值經比例積分(PI)調節(jié)器調節(jié)，再與額定電壓作差得到參考電壓值;

步驟4，參考電壓與實際電壓作差得到誤差電壓值，誤差電壓值經PI調節(jié)器輸出后作為電流信號參考值，電流信號參考值再與實際電流作差得到誤差電流值，誤差電流值輸入到PI調節(jié)器中，PI調節(jié)器輸出為調制信號

步驟5，將PI調節(jié)器輸出的調制信號經過SVPWM調制生成PWM脈沖波，從而控制三相全橋逆變器功率管的開通和關斷，使三相并網逆變系統(tǒng)并網發(fā)電。

進一步的，所述步驟1中構建P-ω和Q-0下垂控制器的算法如下：

有功功率公式為ω=ω0-kp(P-P0) (1);

無功功率公式為U=U0-GPI(Q-Q0) (2);式中，U和ω分別為逆變器輸出電壓幅值及頻率;P和Q分別為輸出有功功率及無功功率;U0和ω0分別為額定電壓幅值及頻率;P0和Q0分別為額定有功功率及無功功率;kp為有功功率下垂系數(shù);GPI為引入的PI調節(jié)器傳遞函數(shù);

進一步的，本發(fā)明方法將傳統(tǒng)控制策略中的無功功率下垂系數(shù)部分修改為一個PI調節(jié)器，并網運行時，修改后的無功功率緊緊跟隨給定參考功率值，可**控制為0，即逆變器不輸出無功功率。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、有功功率仍采用類發(fā)電機的下垂方式進行控制且不受線路阻抗的影響，保留了原有控制算法的優(yōu)點;

2、無功功率被**控制為0，同時可完成對電壓幅值的調節(jié);

3、本控制算法不存在有功功率和無功功率的耦合，實現(xiàn)了功率因數(shù)輸出;

4、本控制算法能夠實現(xiàn)獨立和并網雙模式控制，只需要加入預同步環(huán)節(jié)即可，簡化了系統(tǒng)不同模式不同算法的復雜度。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明：

如圖1所示的本發(fā)明的結構簡圖中，本發(fā)明所述方法包括以下步驟：

步驟1，構建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網逆變器系統(tǒng)，如圖1所示，逆變器輸出電壓和電流經測量采集后由功率計算環(huán)節(jié)得出平均有功和無功功率，經下垂控制環(huán)節(jié)得到輸出相應輸出電壓頻率和幅值指令值，經電壓合成環(huán)節(jié)獲得參考電壓，*后通過電壓電流雙閉環(huán)控制產生控制信號。為使輸出阻抗呈現(xiàn)感性，增加虛擬阻抗環(huán)節(jié)。

構建P-ω和Q-0下垂控制器的算法如下：

有功功率公式為ω=ω0-kp(P-P0) (1);

無功功率公式為U=U0-GPI(Q-Q0) (2);

式中，U和ω分別為逆變器輸出電壓幅值及頻率;P和Q分別為輸出有功功率及無功功率;U0和ω0分別為額定電壓幅值及頻率;P0和Q0分別為額定有功功率及無功功率;kp為有功功率下垂系數(shù);GPI為引入的PI調節(jié)器傳遞函數(shù);

步驟2，采集三相并網逆變器輸出的三相電壓和三相電流瞬時值，通過dq變換轉換為直流量，經過功率計算得到實時的有功功率和無功功率值;

步驟3，在下垂控制器中給定有功和無功功率參考值，其中無功功率參考值為0。將實際有功功率與參考有功功率的差值乘以下垂系數(shù)，再與額定頻率作差得到頻率值，將實際無功功率與參考無功功率的差值經PI調節(jié)器調節(jié)，再與額定電壓作差得到參考電壓值，

如圖2所示;

步驟4，將參考電壓與實際電壓作差得到誤差電壓值，誤差電壓值經PI調節(jié)器輸出后作為電流信號參考值，電流信號參考值再與實際電流作差得到誤差電流值，誤差電流值輸入到PI調節(jié)器中，PI調節(jié)器輸出為調制信號;

步驟5，將PI調節(jié)器輸出的調制信號經過SVPWM調制生成PWM脈沖波，從而控制三相全橋逆變器功率管的開通和關斷，使三相并網逆變系統(tǒng)并網發(fā)電。

本發(fā)明算法將傳統(tǒng)控制策略中的無功功率下垂系數(shù)部分修改為一個PI調節(jié)器，并網運行時，修改后的無功功率緊緊跟隨給定參考功率值，可**控制為0，即逆變器不輸出無功功率。

實施例1：并網逆變器直流側電壓700V;電網相電壓峰值為311V;下垂控制器額定有功功率為2kW，額定無功功率為0;負載有功功率為3kW，無功功率分別取0、1kVar進行驗證。仿真結果如圖3、4所示。圖3a為傳統(tǒng)控制策略下本地負載無功功率Q=0時的波形圖，圖3b為傳統(tǒng)控制策略下本地負載無功功率Q=1000var時的波形圖。圖4a為本發(fā)明控制策略下本地負載無功功率Q=0時的波形圖，圖4b為本發(fā)明控制策略下本地負載無功功率Q=1000var時的波形圖。對比圖3和圖4可以看出，采用傳統(tǒng)控制策略有功功率被控制在額定值，而無功功率處于不可控狀態(tài)。采用本發(fā)明提出的控制策略可將無功功率**控制為0，同時消除了有功功率和無功功率的耦合，實現(xiàn)了功率因數(shù)輸出。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明權利要求書確定的保護范圍內。