CN104811074B - 一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，包括以下步骤：采集逆变器x的输出电压u_x和输出电流i_x；计算逆变器x的平均有功功率P_x和平均无功功率Q_x；对平均有功功率P_x和平均无功功率Q_x进行处理，得到输出电压参考值u_refx；将输出电压参考值u_refx与逆变器x的输出电压u_x作差，并经过电压调节器处理得到输出电流参考值i_refx；将输出电流参考值i_refx与逆变器x的输出电流i_x作差，并经过电流调节器处理得到调制信号；调制信号经过调制模块得到逆变器x的开关管驱动信号。本发明的一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，与现有技术中单独调节给定电压幅值或无功下垂系数的方法相比，具有更好的无功环流抑制效果及更快的响应速度。

Description

一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法

技术领域

本发明属于微电网孤岛模式下分布式电源发电技术领域，涉及一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法。

背景技术

为了解决分布式电源容量小、数目多的特点给传统电网的控制和管理带来的问题，微电网结构应用而生。逆变器是分布式电源接入微电网的接口方式之一，当多台分布式电源接入微电网，就形成了多逆变器并联环境。微电网有并网和孤岛两种工作模式，在孤岛模式下，通常采用下垂控制方法来实现逆变器并联控制，若各逆变器输出电压的幅值、频率以及相角存在差异，会产生从一台逆变器流入另一台逆变器的环流，其中，引起无功功率不能按容量比值均分的环流分量称为无功环流。环流的存在严重影响电能质量、系统的稳定性以及设备的安全性，因此，解决环流问题是实现逆变器并联的先决条件。针对无功环流抑制，现有的方法是通过调节给定电压幅值或调节无功下垂系数来实现的。

发明内容

本发明的目的是提供一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，与现有技术中单独调节给定电压幅值或无功下垂系数的方法相比，具有更好的无功环流抑制效果及更快的响应速度。

本发明所采用的技术方案是，一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，包括以下步骤：

步骤1，采集逆变器x的的输出电压u_x和输出电流i_x，其中x为逆变器的编号，取值为[0，n]；

步骤2，根据平均功率计算方法计算得到逆变器x的平均有功功率P_x和平均无功功率Q_x；

步骤3，采用下垂控制器对平均有功功率P_x和平均无功功率Q_x进行处理，得到逆变器x的输出电压参考值u_{ref x}；

步骤4，将输出电压参考值u_{ref x}与逆变器x的输出电压u_x作差，并经过电压调节器处理得到逆变器x的输出电流参考值i_{ref x}；

步骤5，将输出电流参考值i_{ref x}与逆变器x的输出电流i_x作差，并经过电流调节器处理得到调制信号；

步骤6，调制信号经过调制模块进行调制处理得到逆变器x的开关管驱动信号，逆变器x的控制器根据开关管驱动信号对逆变器x进行控制，从而抑制环流。

本发明的特点还在于，

步骤2中采用传统乘积法、虚拟正交矢量计算法或积分平均法进行平均功率计算。

步骤4中电压调节器为比例积分调节器、比例谐振调节器或重复控制调节器。

步骤5中电流调节器为无差拍调节器、预测电流调节器或比例调节器。

步骤3具体按照以下步骤实施：

步骤3.1，下垂控制器分别根据平均有功功率P_x求取逆变器x的输出电压参考值相位θ_x；

和根据平均无功功率Q_x求取逆变器x的输出电压参考值的幅值U_mx；

步骤3.2，下垂控制器根据输出电压参考值相位θ_x与输出电压参考值的幅值U_mx得到逆变器x的输出电压参考值u_{ref x}。

步骤3.1中下垂控制器根据平均有功功率求取输出电压参考值相位θ_x方法为：

A，将逆变器x的平均有功功率P_x与有功下垂系数K_Px作乘，并用空载电压频率f^*减去作乘后的结果K_Px·P_x；

其中，有功下垂系数K_Px按照以下方法求取：

其中，f_N和P_Nx分别为系统的额定频率以及额定有功功率；

B，将步骤A中得到的差值f^*-K_Px·P_x，经过积分器积分后得到输出电压参考值相位θ_x。

步骤3.1中下垂控制器根据平均无功功率求取输出电压参考值的幅值U_mx的方法为：

A，将逆变器x输出平均无功功率Q_x和给定无功参考值Q_ref相减，得到无功偏差ΔQ_x；其中，Q_ref根据负载的无功功率大小来确定，若负载需要无功为Q_L，由n台同容量逆变器提供，则Q_ref取值为Q_L/n；

B，判断无功偏差的绝对值|ΔQ_x|是否大于给定无功偏差阈值ΔQ_ref，ΔQ_ref≤εQ_ref，其中ε∈(5％～10％)，若|ΔQ_x|>ΔQ_ref，则执行步骤C；否则，保持上一拍的无功下垂系数K_Qx的放大倍数K₁'和空载电压幅值减小值K₂'不变，按照公式：U_mx＝(U^*-K₂')-Q_x·K_Qx·K₁'，计算输出电压参考值的幅值U_mx，U^*空载电压幅值；

步骤C，根据公式：计算无功下垂系数K_Qx的放大倍数K₁；

和根据公式：计算空载电压幅值减小值K₂；

步骤D，判断无功下垂系数的放大倍数K₁是否大于无功下垂系数的最大限值K_max，若K₁>K_max，则令K₁＝K_max，然后按照公式：U_mx＝(U^*-K₂)-Q_x·K_Qx·K_max计算逆变器输出电压参考值的幅值；否则按照公式U_mx＝(U^*-K₂)-Q_x·K_Qx·K₁计算逆变器输出电压参考值的幅值。

本发明的有益效果是针对多台单相电压源型逆变器并联系统，在保留传统下垂控制的功率自动均分特性的基础上，同时加入无功下垂系数与空载电压两种调节方式，提高了无功环流抑制的快速性与准确性，并且能够在仅使用本地信息的基础上降低无功环流，避免了因需要远距离输送信号而受到的地域限制。另外，这两种调节方式的加入，不会影响系统等效阻抗的阻感性，便于满足下垂控制条件。

附图说明

图1是本发明所依赖的多台逆变器并联的电路结构示意图；

图2是本发明中多台单相电压源型逆变器并联控制的原理框图；

图3是本发明中下垂控制的原理框图；

图4是现有技术中针对传统有功下垂系数和无功下垂系数的计算原理图；

图5是本发明方法中输出电压参考值的幅值U_mx的求取方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，所依赖的多台逆变器并联电路结构，如图1所示，包括多个分布式电源，多个分布式电源经过逆变器、滤波器以及传输线路后并入公共交流母线，然后从公共交流母线向负载供电，负载可以是感性、容性、阻性或非线性；

如图2、图3和图5所示，包括以下步骤：

步骤1：采集逆变器x的的输出电压u_x和输出电流i_x，其中x为逆变器的编号，取值为[0，n]；

步骤2，根据平均功率计算方法计算得到逆变器x的平均有功功率P_x和平均无功功率Q_x；

其中，平均功率计算可以采用传统乘积法、虚拟正交矢量计算法或积分平均法；

步骤3，采用下垂控制器对平均有功功率P_x和平均无功功率Q_x进行处理，得到逆变器x的输出电压参考值u_{ref x}；

步骤3具体为：

步骤3.1，下垂控制器分别根据平均有功功率P_x求取逆变器x的输出电压参考值相位θ_x；

和根据平均无功功率Q_x求取逆变器x的输出电压参考值的幅值U_mx；

其中，输出电压参考值相位θ_x的求取方法为：

A，将逆变器x的平均有功功率P_x与有功下垂系数K_Px作乘，并用空载电压频率f^*减去作乘后的结果K_Px·P_x；

其中，如图4(a)所示，有功下垂系数K_Px按照以下方法求取：

其中，f_N和P_Nx分别为系统的额定频率以及额定有功功率；

B，将步骤A中得到的差值f^*-K_Px·P_x，经过积分器积分后得到输出电压参考值相位θ_x；

输出电压参考值的幅值U_mx的求取方法为：

A，将逆变器x输出平均无功功率Q_x和给定无功参考值Q_ref相减，得到无功偏差ΔQ_x；其中，Q_ref根据负载的无功功率大小来确定，若负载需要无功为Q_L，由n台同容量逆变器提供，则Q_ref取值为Q_L/n；

B，判断无功偏差的绝对值|ΔQ_x|是否大于给定无功偏差阈值ΔQ_ref，ΔQ_ref≤εQ_ref，其中ε∈(5％～10％)，若|ΔQ_x|>ΔQ_ref，则执行步骤C；否则，保持上一拍的无功下垂系数K_Qx的放大倍数K₁'和空载电压幅值减小值K₂'不变，按照公式：U_mx＝(U^*-K₂')-Q_x·K_Qx·K₁'，计算输出电压参考值的幅值U_mx，U^*空载电压幅值；

步骤C，根据公式：计算无功下垂系数K_Qx的放大倍数K₁；

和根据公式：计算空载电压幅值减小值K₂；

步骤D，判断无功下垂系数的放大倍数K₁是否大于无功下垂系数的最大限值K_max，若K₁>K_max，则令K₁＝K_max，然后按照公式：U_mx＝(U^*-K₂)-Q_x·K_Qx·K_max计算逆变器输出电压参考值的幅值；否则按照公式U_mx＝(U^*-K₂)-Q_x·K_Qx·K₁计算逆变器输出电压参考值的幅值。

步骤3.2，根据输出电压参考值相位θ_x与输出电压参考值的幅值U_mx得到逆变器x的输出电压参考值u_{ref x}；

步骤4，将输出电压参考值u_{ref x}与逆变器x的输出电压u_x作差，并经过电压调节器处理得到逆变器x的输出电流参考值i_{ref x}；

其中，电压调节器可以采用比例积分调节器、比例谐振调节器、重复控制调节器；

步骤5，将输出电流参考值i_{ref x}与逆变器x的输出电流i_x作差，并经过电流调节器处理得到调制信号；

其中，电流调节器可以采用无差拍调节器、预测电流调节器或比例调节器；

步骤6，调制信号经过调制模块进行调制处理得到逆变器x的开关管驱动信号，逆变器x的控制器根据开关管驱动信号对逆变器x进行控制，从而抑制环流。

Claims (4)

1.一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集逆变器x的的输出电压u_x和输出电流i_x，其中x为逆变器的编号，取值为[1，n]；

步骤2，根据平均功率计算方法计算得到逆变器x的平均有功功率P_x和平均无功功率Q_x；

步骤3，采用下垂控制器对平均有功功率P_x和平均无功功率Q_x进行处理，得到逆变器x的输出电压参考值u_refx；具体步骤为：

步骤3.1，下垂控制器分别根据平均有功功率P_x求取逆变器x的输出电压参考值相位θ_x；

求取输出电压参考值相位θ_x方法为：

A，将逆变器x的平均有功功率P_x与有功下垂系数K_Px作乘，并用空载电压频率f^*减去作乘后的结果K_Px·P_x；

其中，有功下垂系数K_Px按照以下方法求取：

$K_{Px}=\frac{f^{*}-f_N}{P_{Nx}};$

其中，f_N和P_Nx分别为系统的额定频率以及额定有功功率；

B，将步骤A中得到的差值f^*-K_Px·P_x，经过积分器积分后得到输出电压参考值相位θ_x；

和根据平均无功功率Q_x求取逆变器x的输出电压参考值的幅值U_mx；

求取输出电压参考值的幅值U_mx的方法为：

A，将逆变器x输出平均无功功率Q_x和给定无功参考值Q_ref相减，得到无功偏差ΔQ_x；其中，Q_ref根据负载的无功功率大小来确定，若负载需要无功为Q_L，由n台同容量逆变器提供，则Q_ref取值为Q_L/n；

B，判断无功偏差的绝对值|ΔQ_x|是否大于给定无功偏差阈值ΔQ_ref，ΔQ_ref≤εQ_ref，其中ε∈(5％～10％)，若|ΔQ_x|>ΔQ_ref，则执行步骤C；否则，保持上一拍的无功下垂系数K_Qx的放大倍数K₁'和空载电压幅值减小值K₂'不变，按照公式：U_mx＝(U^*-K₂')-Q_x·K_Qx·K₁'，计算输出电压参考值的幅值U_mx，U^*空载电压幅值；

步骤C，根据公式：计算无功下垂系数K_Qx的放大倍数K₁；

和根据公式：计算空载电压幅值减小值K₂；

步骤D，判断无功下垂系数的放大倍数K₁是否大于无功下垂系数的最大限值K_max，若K₁>K_max，则令K₁＝K_max，然后按照公式：U_mx＝(U^*-K₂)-Q_x·K_Qx·K_max计算逆变器输出电压参考值的幅值；否则按照公式U_mx＝(U^*-K₂)-Q_x·K_Qx·K₁计算逆变器输出电压参考值的幅值；

步骤3.2，下垂控制器根据输出电压参考值相位θ_x与输出电压参考值的幅值U_mx得到逆变器x的输出电压参考值u_refx；

步骤4，将输出电压参考值u_refx与逆变器x的输出电压u_x作差，并经过电压调节器处理得到逆变器x的输出电流参考值i_refx；

步骤5，将输出电流参考值i_refx与逆变器x的输出电流i_x作差，并经过电流调节器处理得到调制信号；

步骤6，调制信号经过调制模块进行调制处理得到逆变器x的开关管驱动信号，逆变器x的控制器根据开关管驱动信号对逆变器x进行控制，从而抑制环流。

2.根据权利要求1所述的一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，其特征在于，所述步骤2中采用传统乘积法、虚拟正交矢量计算法或积分平均法进行平均功率计算。

3.根据权利要求1所述的一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，其特征在于，所述步骤4中电压调节器为比例积分调节器、比例谐振调节器或重复控制调节器。

4.根据权利要求1所述的一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，其特征在于，所述步骤5中电流调节器为无差拍调节器、预测电流调节器或比例调节器。