CN104601029A - 逆变器并联控制系统下垂控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆变器并联控制系统下垂控制方法，该方法在传统的有功功率和无功功率下垂控制的基础上，为每一个逆变单元分别又引入了功率与下垂系数的一次函数项和功率与时间的微分项。应用本发明，可在确保各台逆变单元有功功率和无功功率均分的前提下，有效提高并联系统的输出电压质量和系统动态性能。

Description

逆变器并联控制系统下垂控制方法

技术领域

本发明涉及逆变器并联系统运行的控制方法，特别涉及到多个分布式电源并联运行时的下垂控制方法，属于电力控制技术领域。

背景技术

逆变器并联控制系统作为分布式发电的核心，以其较高的可靠性、灵活的扩展性和维修性等优点越来越多的受到重视。然而，逆变器并联系统采用传统有功电压频率和无功电压幅值下垂控制方法实现功率均分时，由于采用固定下垂参数，存在输出电压精度与功率均分效果之间的固有矛盾问题；同时，功率计算环节须引入低通滤波器，低通滤波器的延迟特性将会对系统的动态性能产生影响。其后果主要有：1)较大的下垂参数严重恶化输出电压质量；2)大延迟的滤波特性降低系统对扰动的动态性能。因此，改善下垂控制的并联逆变器输出电压质量和提高系统动态性能是很有必要的。目前已有学者就逆变器并联系统的改进下垂控制方法展开了研究，如已公开的下列文献：

(1)陈杰,王磊,杜会卿,等.全周期自适应及针对参数不一致的并联下垂方法控制策略[J]_.中国电机工程学报,2013,33(30):50-57.

(2)刘喜梅,赵倩,姚志清.基于改进下垂控制算法的同步逆变器并联控制策略研究[J].电力系统保护与控制,2012,40(14):103-108.

文献(1)采用一种全周期自适应改进下垂算法，并结合无需大延迟低通滤波器的新型功率算法改善下垂动态性能。通过考虑全周期运行过程中功率的变化，空载运行时能保证微分系数较小，不会影响并联系统稳定，功率突变时微分系数能动态跟随功率变化率，如果功率变化很快，则微分系数能自适应选取较大的值，如果功率变化慢，微分系数能自适应选取较小的值。可见算法结构复杂，并且变化的微分项系数极易使系统运行不稳定。

文献(2)通过在改进下垂控制算法中每一个下垂表达式都包含有功功率项和无功功率项，同时引入有功功率、无功功率的微分项。有功功率项和无功功率项用来保证系统的稳态特性，功率微分项用来改善动态性能。相对传统下垂算法引入了多项参数，较多的参数使系统耦合性增加，同时参数不易确定。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种逆变器并联控制系统下垂控制方法，该方法在保证逆变器并联系统稳定运行和参数相对较少的条件下，实现了对逆变器并联系统中输出电压质量和系统动态性能的提高。

本发明的技术方案是这样实现的：

逆变器并联控制系统下垂控制方法，其特征在于，控制步骤如下，

A1)利用电压霍尔传感器采集逆变器输出电压信号u_o以及利用电流霍尔传感器采集逆变器输出电流信号i_o；

A2)由步骤A1)的采集量计算出逆变器各模块所发出有功功率P和无功功率Q；

A3)利用下式计算实际运行时逆变器输出角频率ω和输出电压幅值E，

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}^{*}-(m_1-m_{2}P)P-m_d\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dt}}\\ E=E^{*}-(n_1-n_{2}Q)Q-n_d\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}\end{array}\right.$

式中的ω^*和E^*分别为空载时逆变器输出角频率和输出电压幅值，m₁、n₁分别为逆变器有功、无功下垂系数，m₂、n₂为一次函数项系数，m_d、n_d为微分项系数；

A4)由步骤A3)改进下垂控制公式可得各逆变模块输出电压的电压相角φ和电压幅值E：

通过下式计算逆变模块输出参考电压为，实现逆变器的并联运行控制：

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本方法在保证逆变器并联系统稳定运行和参数相对较少的条件下，实现了无互联线方式下逆变器并联系统中各逆变模块的电压输出质量的改善和提高，同时大大增强了并联系统的动态性能。

附图说明

图1为逆变器并联系统控制框图。

图2为本发明的下垂控制框图。

图3为本发明下垂与传统下垂控制的输出电压质量对比。

图4为本发明下垂与传统下垂控制的动态性能对比。

图5为本发明下垂控制稳态输出电压电流波形。

具体实施方式

本发明控制思路：在传统功率下垂控制的基础上，加入了功率与下垂系数的一次函数项和功率与时间的微分项。应用本发明，可在确保各台逆变单元有功功率和无功功率均分的前提下，有效提高并联系统的输出电压质量和系统动态性能。

以下结合附图对本发明的具体实施方案作详细描述。

如图1所示，本发明为逆变器并联系统改进下垂的控制方法，它包括的控制对象有：电压霍尔传感器1，电流霍尔传感器2，功率计算模块3，改进下垂控制4，PWM脉宽调制模块5，电压电流反馈采样系数6。

本发明具体实施步骤如下：

A)所述逆变器模块的控制步骤：

A1)利用电压霍尔传感器采集逆变器输出电压信号u_o，利用电流霍尔传感器采集逆变器输出电流信号i_o，U_o、I_o分别为电压电流有效值；分别为输出电压电流相角。

A2)由步骤A1)的采集量计算出逆变器各模块所发出有功功率P和无功功率Q，其计算公式为：

采用有功功率/电压频率、无功功率/电压幅值的下垂控制方法得到电压信号，并将其作为逆变器输出参考电压。

A2.1)传统功率下垂控制方程，逆变器输出电压频率和幅值下垂控制方程为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}^{*}-\mathrm{mP}\\ E=E^{*}-\mathrm{nQ}\end{array}\right.$

式中的ω^*和E^*分别为空载时逆变器输出角频率和输出电压幅值，m和n分别为有功功率和无功功率的下垂系数，P和Q分别为输出有功功率、输出无功功率。

A2.2)本发明在传统下垂公式的基础上引入一次函数项和微分项，参见图2，

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}^{*}-(m_1-m_{2}P)P-m_d\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dt}}\\ E=E^{*}-(n_1-n_{2}Q)Q-n_d\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}\end{array}\right.$

即改进下垂控制方法，式中m₁、n₁分别为逆变器有功、无功下垂系数，m₂、n₂为一次函数项系数，m_d、n_d为微分项系数；

其中m₁、n₁的值采用传统下垂控制方法确定；m₂在m₁确定的基础上结合逆变器额定容量以及下垂曲线的走向综合考虑确定；n₂与m₂类似；m_d、n_d在确保系统稳定运行的前提下以系统动态性能最优选取。

A2.3)由于电压相角因此对ω的时间积分即电压相角令初始ω^*＝0，可得各逆变模块输出电压的两个重要参数：

所以参考电压可表示为：

式中为电压相角，通过调节逆变模块输出参考电压即可实现逆变器的并联运行控制。

(B)根据本发明的方法，对逆变器并联系统运行做了相关实验，其中传统下垂方法与改进下垂控制方法进行对比。实验平台由两台2KVA单相逆变器组成，空载输出电压幅值为155V，频率为60Hz。

本发明效果说明：

图3给出了在采用改进下垂控制方法和传统下垂控制方法时输出电压质量的对比实验波形。接入相同的有功负荷时改进下垂控制输出电压频率精度相对传统下垂方法得到了很大提高；接入相同电感量的无功负载时改进下垂方法输出电压的幅值精度同样也得到了改善。因此，本发明对并联系统输出电压质量的改善起到了良好的作用。图4给出了采用本发明系统动态性能对比实验波形。由图可以看出，通过引入功率的微分项可以提高系统对突加扰动的动态调节性能。图5给出了系统稳态运行时的电压电流实验波形，很好的实现了系统运行时的功率均分。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.逆变器并联控制系统下垂控制方法，其特征在于，控制步骤如下，

A1)利用电压霍尔传感器采集逆变器输出电压信号u_o以及利用电流霍尔传感器采集逆变器输出电流信号i_o；

A2)由步骤A1)的采集量计算出逆变器各模块所发出有功功率P和无功功率Q；

A3)利用下式计算实际运行时逆变器输出角频率ω和输出电压幅值E，

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}^{*}-(m_1-m_{2}P)P-m_d\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dt}}\\ E=E^{*}-(n_1-n_{2}Q)Q-n_d\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}\end{array}\right.$

式中的ω^*和E^*分别为空载时逆变器输出角频率和输出电压幅值，m₁、n₁分别为逆变器有功、无功下垂系数，m₂、n₂为一次函数项系数，m_d、n_d为微分项系数；

A4)由步骤A3)改进下垂控制公式可得各逆变模块输出电压的电压相角φ和电压幅值E：

通过下式计算逆变模块输出参考电压为，实现逆变器的并联运行控制：

2.根据权利要求1所述的逆变器并联控制系统下垂控制方法，其特征在于，步骤A2)中由步骤A1)的采集量计算出逆变器各模块所发出有功功率P和无功功率Q方法为，

电压霍尔传感器采集的电压信号电流霍尔传感器采集的电流信号U_o、I_o分别为电压电流有效值；分别为输出电压电流相角；

根据U_o、I_o、即可按下式计算逆变器各模块所发出有功功率P和无功功率Q：