CN105790310A - 一种应用于微型电网系统孤岛模式中基于环流功率理论的分布式并联控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于微型电网系统孤岛模式中基于环流功率理论的分布式并联控制方法。在所述方法中，微型电网系统中的分布式发电和储能单元通过逆变器连接至交流母线，在孤岛模式中以并联模式运行。在并联运行模式中以通信网络为基础，将微型电网系统中每个逆变器单元的控制器组成一个整体控制系统。本发明能够有效的抑制微型电网系统并联运行模式中逆变器并联系统的环流有功功率和环流无功功率，并且保证并联系统具有最佳的动态性能和瞬态响应能力，提高了系统的可靠性，同时消除了各个逆变器单元输出电压的频率和幅值的稳态误差，实现了各个逆变器单元按照各自的功率容量在并联系统中所占的比例来均分公共负载功率，具有很强的实用性。

Description

一种应用于微型电网系统孤岛模式中基于环流功率理论的分布式并联控制方法

技术领域

本发明涉及一种应用于微型电网系统孤岛模式中基于环流功率理论的利用通信网络实现的分布式并联控制方法，涉及微型电网系统的孤岛模式运行以及多个分布式发电单元和储能单元的并联工作模式，尤其是在由太阳能、风能等新型能源组成的微型电网系统中，属于新能源领域。本发明同时涉及多个逆变器单元(如UPS等)的并联运行工作模式，属于逆变电源应用领域。

技术背景

随着石油、煤炭等化石燃料价格的不断上涨，世界各国都在采取各种措施应对能源危机带来的挑战。目前，全世界都在积极推进新型高效能源系统的建设，其中，分布式发电、可再生能源和微型电网技术是当前研究的热点之一。

分布式发电技术可以集成太阳能、风能等多种类型的可再生能源，通过逆变器单元将其连接至交流母线并组成微型电网系统，实现能源的高效率利用，并向用户提供高质量的电能。该系统将分布式发电、分布式储能系统和用户负载以及控制系统相结合，将整个用户简单地看作公共电网的一个负载，使其既可与公共电网并网连接(并网运行模式)，也可以在公共电网异常时主动与电网断开单独运行(并联运行模式)。

在微型电网系统并联运行模式中，由于各个逆变器单元输出特性之间的差异以及连线阻抗的不匹配，往往会产生很大的环流。为保证不同的分布式电源能够组成稳定可靠的微型电网系统，就需要采用并联控制方法抑制环流。而下垂控制方法就是一种比较经典的并联控制解决方案。

在传统的下垂控制方法中，每个逆变器单元的控制器通过检测自身输出电压和输出电流计算自身实时输出的有功功率P_out和无功功率Q_out，然后根据算式对自身输出电压的频率和幅值进行调整。算式中的m_p和n_q分别是有功功率和无功功率的下垂控制系数。每一台逆变器单元都按照这个原则修正自身的输出电压，相互之间最终达到动态稳定的平衡，实现微型电网系统的并联运行。

传统的下垂控制方法通过调节逆变器单元输出电压的频率和幅值来实现有功功率和无功功率的均衡，从而抑制系统中的环流。这种方法可以确保各个逆变器单元以地位平等的电压源形式并联，使微型电网系统在并联运行模式中具有更好的冗余性和可扩展性。

然而传统的下垂控制方法有如下缺陷：

(1)下垂控制系数越大，并联系统的功率均分特性越好，对功率的控制精度也就越高，环流越小，但是输出电压的稳态偏差也就越大；

(2)输出电压的频率和幅值的稳态偏差与公共负载相关，负载功率越大，偏差也就越大。传统下垂控制方法ω-P下垂特性以及E-Q下垂特性分别如图1和图2所示。

(3)始终以E^*作为基准，由于各台逆变器单元的个体差异会导致逆变器输出电压之间存在固定的幅值误差，导致E-Q控制无法完全消除逆变器环流无功功率。

(4)当各个逆变器单元按照不同的比例均分公共负载功率时，传统的下垂控制方法抑制环流的性能会急剧下降，因而在微型电网孤岛模式的应用中有很大的局限性。

因此，为了克服传统下垂控制方法的缺陷，在这种方法的基础上又提出了虚拟阻抗、自适应下垂系数法、多级控制等多种改进的控制方法。本发明就是一种基于传统下垂控制方法的改进方案。

发明内容

本发明是针对传统的下垂控制方法存在的缺陷而提出的一种基于逆变器并联系统环流功率理论的稳定、高效、快速的改进的下垂控制方法，适用于集成了新能源分布式发电的微型电网系统中并联运行模式的控制。

为此本发明采用以下技术方案，即一种应用于微型电网系统孤岛模式中基于环流功率理论的分布式并联控制方法。

在所述方法中，微型电网系统中的分布式发电和储能单元通过逆变器连接至交流母线，在孤岛模式中以并联模式运行。同时，在并联运行模式中以通信网络为基础，将微型电网系统中每个逆变器单元的控制器组成一个整体控制系统；

所述方法包括步骤如下：

步骤1：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器通过通信网络以广播的形式向其他逆变器单元传递自身相应的工作状态及额定功率容量S_RA.a信息，同时从通信网络中读取其他逆变器单元的工作状态和额定功率容量信息；

步骤2：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据其他逆变器单元传递的工作状态信息和额定功率容量信息，判断微型电网系统中运行于并联模式的逆变器单元的数量n，并按照算式计算微型电网的总额定功率容量S_TA，并根据算式“k_a＝S_RA.a/S_TA(a＝1...n)”计算该逆变器的权重系数k_a；

步骤3：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器检测自身的输出电压V_out.a、输出电流I_out.a，计算出在这一个通信周期内自身实时输出的有功功率值P_out.a和无功功率Q_out.a，并将得到的有功功率和无功功率值传递至通信网络；

步骤4：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器从通信网络读取其他逆变器单元的有功功率和无功功率值，根据算式将每个逆变器的输出有功功率和无功功率相加，得到在这一个通信周期内微型电网系统总的输出有功功率P_sys和无功功率Q_sys；

步骤5：每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据算式计算自身的理论输出有功功率P_T.a和无功功率Q_T.a；

步骤6：每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据算式计算自身的环流有功功率P_cir.a和无功功率Q_cir.a；

步骤7：每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据计算得到的环流有功功率P_cir.a和无功功率Q_cir.a，并基于算式得到本台逆变器单元输出电压V_out.a的频率修正值ω_a.k与有效值修正值E_a.k，随后根据这两个值并且基于算式“V_ref.a＝E_a.k·sin(ω_a.k·t)”计算得到本台逆变器的基准电压V_ref.a；

算式中的m_ω.a和n_v.a分别是每台逆变器单元(取编号为a)的角频率下垂系数和电压有效值下垂系数；

算式表示的是，在每一个通信周期内(取编号为k)，每台逆变器单元(取编号为a)将计算得到的第k个通信周期的环流有功功率P_cir.a.k乘以频率下垂系数m_ω.a，所得的值用以修正第a台逆变器输出电压的角频率基准ω^*，最后得到修正后的第k个通信周期内的输出电压频率ω_a.k；同理，第k个通信周期的环流无功功率Q_cir.a.k乘以有效值下垂系数n_v.a，所得的值用以修正第a台逆变器输出电压在第k-1个通信周期(也就是上一个通信周期)的电压有效值E_a.k-1，最后得到修正后的第k个通信周期输出电压有效值E_a.k。

步骤8：每一台逆变器单元将计算得到的V_ref.a送至逆变器的驱动控制模块中，根据V_ref.a生成驱动信号，控制逆变器桥式电路的功率开关器件，修正本台逆变器的输出电压V_out.a；

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

(1)所述每台逆变器单元(取编号为a)的硬件电路与交流母线之间都存在一个固定的连线阻抗，连线阻抗的阻性成分R_w.a等于0，连线阻抗的感性成分L_w.a符合算式“L_w.a·S_RA.a＝L_e”所示的关系，即每台逆变器单元的连线电感L_w.a乘以自己的额定功率容量S_RA.a均等于等效电感值L_e。

(2)在步骤7中任意一台逆变器单元(取编号为a)的角频率下垂系数m_ω.a和电压有效值下垂系数n_v.a都满足算式所示的关系。在该算式中，ω^*和V_A分别是逆变器输出电压的额定角频率和额定有效值，T_c.ω表示的是通信周期的时间。

算式所示的即为任意一台逆变器单元下垂系数的理论设计最优值，当每台逆变器的下垂系数都符合该算式所示的关系时，同时每台逆变器的连线阻抗都符合算式所示的关系时，整个逆变器并联系统可以获得抑制环流的最佳的动态性能和瞬态响应能力。

(3)本专利中所涉及的通信网络包含可能的通信方式，包含且不限于以下通信方式：(a)CAN通信、光纤通信、以太网通信等有线通信方式；(b)Wifi、Zigbee、蓝牙、红外等无线通信方式。

本发明的方法具有以下特点：

(1)微型电网系统中的分布式发电和储能单元通过逆变器连接至交流母线，在孤岛模式中以并联模式运行；

(2)每台逆变器单元(取编号为a)的硬件电路与交流母线之间都存在一个固定的连线阻抗，连线阻抗的阻性成分R_w.a等于0，连线阻抗的感性成分L_w.a符合算式“L_w.a·S_RA.a＝L_e”所示的关系，即每台逆变器单元的连线电感L_w.a乘以自己的额定功率容量S_RA.a均等于等效电感值L_e；

(3)每台逆变器的权重系数k_a等于这一台逆变器的额定功率容量S_RA.a除以所有逆变器功率容量之和S_TA。

(4)在并联运行模式中，以通信网络为基础，将微型电网系统中每个逆变器单元的控制器组成一个整体控制系统；

(5)在每一个通信周期内，每个逆变器单元的控制器检测自身输出电压、电流，计算自身实际输出的有功功率和无功功率，并将得到的有功功率和无功功率值传递至通信网络；

(6)每个逆变器单元的控制器从通信网络读取其他逆变器单元的有功功率和无功功率值，计算并联系统总的有功功率和无功功率，然后将总的有功功率和无功功率乘以自身的权重系数，得到自身的理论输出有功功率和无功功率；

(7)每个逆变器单元的控制器将得到的理论输出有功功率和无功功率与自身实际输出的有功功率和无功功率作比较，比较之后得到每个逆变器单元实际输出的环流有功功率和环流无功功率。

(8)每个逆变器单元的控制器根据计算得到的实际输出的环流有功功率和环流无功功率，并通过基于环流功率理论的改进的下垂控制方法，在下垂系数的控制作用下，调节逆变器单元输出电压的频率和有效值，最终实现微型电网系统的并联运行模式。

本发明提供了一种应用于微型电网系统孤岛模式的基于环流功率理论的改进的下垂控制方法。微型电网系统中的分布式电源通过逆变器单元连接至交流母线，在孤岛模式中以并联模式运行。该方法采用分布式并联运行的控制结构，以通信网络为基础，将微型电网系统中每个逆变器单元的控制器组成一个整体控制系统。该控制系统没有集中式控制中心，同时逆变器单元相互之间地位平等，每个逆变器单元的控制器的功能完全相同，没有上位机下位机之分，也没有主机从机之分，因而具有很强的可靠性和冗余性。

在这个系统中，每个逆变器单元的控制器检测自身输出电压、电流，计算自身实际输出的有功功率和无功功率，并将得到的有功功率和无功功率值传递至通信网络。同时，该控制器从通信网络读取其他逆变器单元的有功功率和无功功率值，计算并联系统总的有功功率和无功功率，然后将总的有功功率和无功功率乘以自身的权重系数，得到自身的理论输出有功功率和无功功率。随后，该控制器将得到的理论输出有功功率和无功功率与自身实际输出的有功功率和无功功率作比较，比较之后得到自身实际输出的环流有功功率和环流无功功率。最后，该控制器根据计算得到的环流有功功率和环流无功功率，并通过基于环流功率理论的改进的下垂控制方法，在下垂系数的控制作用下，调节逆变器单元输出电压的频率和有效值，最终实现微型电网系统的并联运行模式。

本发明中，每台逆变器单元(取编号为a)的硬件电路与交流母线之间都存在一个固定的连线阻抗，连线阻抗的阻性成分R_w.a等于0，连线阻抗的感性成分L_w.a符合算式“L_w.a·S_RA.a＝L_e”所示的关系，即每台逆变器单元的连线电感L_w.a乘以自己的额定功率容量S_RA.a均等于等效电感值L_e。

本发明中，每台逆变器单元(取编号为a)所采用的角频率下垂系数m_ω.a和电压有效值下垂系数n_v.a都满足算式所示的关系。在该算式中，ω^*和V_A分别是逆变器输出电压的额定角频率和额定有效值，T_c.ω表示的是通信周期的时间。该算式所示的即为任意一台逆变器单元下垂系数的理论设计最优值，当每台逆变器的下垂系数都符合该算式所示的关系时，同时每台逆变器的连线阻抗都符合算式所示的关系时，整个逆变器并联系统可以获得抑制环流的最佳的动态性能和瞬态响应能力。

本发明相对于传统的下垂控制方法，具有以下优势：

(1)控制系统中没有集中式控制中心，所有逆变器单元相互之间地位平等，没有上位机下位机之分，也没有主机从机之分，因此具有很高的冗余性和可靠性。

(2)采用基于环流功率理论的改进控制方案，可以有效的修正各台逆变器单元由于个体差异而导致的输出电压之间的频率和幅值的差异，当并联系统处于稳态时，可以有效的消除逆变器并联系统中的环流有功功率和环流无功功率。

(3)稳态时在任意公共负载功率条件下，每台逆变器单元输出电压的频率和幅值始终保持在额定值，消除了传统下垂法中逆变器输出电压频率和幅值的稳态偏差，因而可以保证微型电网的交流母线电压稳定在额定值。

(4)当逆变器并联系统处于瞬态时，各个逆变器单元输出电压的频率和幅值的变化范围将处于一个可控的并且合理的范围内，同时该变化范围不会受到公共负载功率的影响。

(5)通过对各个逆变器单元的连线阻抗和权重系数的设计，可以有效的保证各个逆变器单元按照各自的功率容量在并联系统中所占的比例来均分公共负载功率，具有很强的实用性。

(6)当各个逆变器单元的下垂系数均等于本发明提出的下垂系数的理论设计最优值时，可以确保整个逆变器并联系统获得抑制环流的最佳的动态性能和瞬态响应能力。

因此，本发明针对传统下垂控制方法的缺陷进行了改进，能够有效的抑制微型电网系统并联运行模式中逆变器并联系统的环流有功功率和环流无功功率，并且保证并联系统具有最佳的动态性能和瞬态响应能力，提高了系统的可靠性，同时消除了各个逆变器单元输出电压的频率和幅值的稳态误差，实现了各个逆变器单元按照各自的功率容量在并联系统中所占的比例来均分公共负载功率，具有很强的实用性，因而本发明提出的基于环流功率理论的分布式并联控制方法，在微型电网系统中具有广泛的应用前景和实用价值。

附图说明

图1是本发明中所提及的传统下垂控制方法ω-P下垂特性图。

图2是本发明中所提及的传统下垂控制方法E-Q下垂特性图。

图3是本发明所述的基于环流功率理论的分布式并联控制方法在微型电网系统孤岛模式中的应用示意图。

图4是本发明所述的基于环流功率理论的分布式并联控制方法的流程图。

在图1中：ω_o.1和ω_o.2分别是两台逆变器在空载时实际输出电压的频率；m₁和m₂是逆变器的两种不同的角频率下垂系数(m₁<m₂)；ω₁和ω₂是下垂系数分别为m₁和m₂时两台逆变器在稳态时实际输出电压的频率；P₁和P₂分别是下垂系数为m₁时两台逆变器各自实际输出的有功功率；P₁'和P₂'分别是下垂系数为m₂时两台逆变器各自实际输出的有功功率；ΔP₁和ΔP₂是下垂系数分别为m₁和m₂时两台逆变器实际输出的有功功率之差；P_L/2是理论上每台逆变器应当均分的负载有功功率；

在图2中：E_o.1和E_o.2分别是两台逆变器在空载时实际输出电压的有效值；n₁和n₂是逆变器的两种不同的有效值下垂系数(n₁<n₂)；E₁和E₂是下垂系数分别为n₁和n₂时两台逆变器在稳态时实际输出电压的有效值；Q₁和Q₂分别是下垂系数为n₁时两台逆变器各自实际输出的无功功率；Q₁'和Q₂'分别是下垂系数为n₂时两台逆变器各自实际输出的无功功率；ΔQ₁和ΔQ₂是下垂系数分别为n₁和n₂时两台逆变器实际输出的无功功率之差；Q_L/2是理论上每台逆变器应当均分的负载无功功率；

在图3中：V_out.1是第1台逆变器单元的输出电压；I_out.1是第1台逆变器单元的输出电流；P_out.1是第1台逆变器单元输出的有功功率；Q_out.1是第1台逆变器单元输出的无功功率；V_ref.1是第1台逆变器单元的电压基准；L_f.1和C_f.1分别是第1台逆变器单元中输出滤波器的滤波电感和滤波电容；V_DC.1是第1台逆变器单元的直流输入电源；

V_out.a是第a台逆变器单元的输出电压；I_out.a是第a台逆变器单元的输出电流；P_out.a是第a台逆变器单元输出的有功功率；Q_out.a是第a台逆变器单元输出的无功功率；V_ref.a是第a台逆变器单元的电压基准；L_f.a和C_f.a分别是第a台逆变器单元中输出滤波器的滤波电感和滤波电容；V_DC.a是第a台逆变器单元的直流输入电源；P_out.n和Q_out.n分别是第n台逆变器单元的有功功率和无功功率。

在该图所示的控制单元中，“功率计算”指的是计算本台逆变器单元的输出功率，“改进并联控制”指的是基于算式所示的算法计算本台逆变器单元输出电压V_out.a的频率修正值ω_a.k与有效值修正值E_a.k，然后根据ω_a.k和E_a.k同时基于算式“V_ref.a＝E_a.k·sin(ω_a.k·t)”计算得到本台逆变器的基准电压V_ref.a的控制过程。

在图4中：ω_a.k和E_a.k是计算得到的在第k个通信周期内第a台逆变器单元输出电压V_out.a的频率修正值与有效值修正值；V_ref.a是根据ω_a.k和E_a.k计算得到的第a台逆变器的基准电压；

具体实施方式

本发明所述的基于环流功率理论的分布式并联控制方法在微型电网系统孤岛模式中的应用示意图如图3所示。图中的第a台逆变器可以代表任意一台逆变器单元(包括第1台逆变器单元)。在本发明提出的控制方法中，微型电网系统孤岛模式中每台逆变器的并联控制策略完全相同，均采用如图3所示的控制结构示意图。

如图3所示，本发明所述方法采用分布式并联运行的控制结构，微型电网系统中的分布式电源通过逆变器单元连接至交流母线，在孤岛模式中以并联模式运行。同时该方法以通信网络为基础，将微型电网系统中每个逆变器单元的控制器组成一个整体控制系统。该控制系统没有集中式控制中心，同时逆变器单元相互之间地位平等，每个逆变器单元的控制器的功能完全相同，没有上位机下位机之分，也没有主机从机之分，因而具有很强的可靠性和冗余性。

如图3所示，在这个系统中每台逆变器单元(取编号为a)的硬件电路与交流母线之间都存在一个固定的连线阻抗，连线阻抗的阻性成分R_w.a等于0，连线阻抗的感性成分L_w.a符合算式(1)所示的关系，即每台逆变器单元的连线电感L_w.a乘以自己的额定功率容量S_RA.a均等于等效电感值L_e。

L_w.a·S_RA.a＝L_e(a＝1...n)(1)

如图3所示，在这个系统中，每台逆变器单元(取编号为a)的控制器所采用的角频率下垂系数m_ω.a和电压有效值下垂系数n_v.a都满足算式(2)所示的关系。在该算式中，ω^*和V_A分别是逆变器输出电压的额定角频率和额定有效值，T_c.ω表示的是通信周期的时间。该算式所示的即为任意一台逆变器单元下垂系数的理论设计最优值，当每台逆变器的下垂系数都符合该算式所示的关系时，整个逆变器并联系统可以获得抑制环流的最佳的动态性能和瞬态响应能力。

$\{\begin{array}{c}{m}_{\mathrm{\&omega;}.a}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}^{*}{L}_{w.a}}{T_{c.\mathrm{\&omega;}}{V}_A^2}\\ n_{v.a}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}^{*}{L}_{w.a}}{V_A}\end{array},(a=\mathrm{1...}n)---\left(2\right)$

如图3所示，在这个系统中每个逆变器单元(取编号为a)的控制器检测自身V_out.a和输出电流I_out.a，计算自身实际输出的有功功率P_out.a和无功功率Q_out.a，并将P_out.a和Q_out.a传递至通信网络。同时，该控制器从通信网络读取其他逆变器单元的有功功率和无功功率值，计算并联系统总的有功功率P_sys和无功功率Q_sys，然后将P_sys和Q_sys分别乘以自身的权重系数k_a，得到自身的理论输出有功功率P_T.a和无功功率Q_T.a。随后，该控制器将P_T.a和Q_T.a与自身实际输出的有功功率P_out.a和无功功率Q_out.a作比较，比较之后得到自身实际输出的环流有功功率P_cir.a和环流无功功率Q_cir.a。最后，该控制器根据计算得到的P_cir.a和Q_cir.a，并通过基于环流功率理论的改进的下垂控制方法，计算得到输出电压V_out.a的频率修正值ω_a.k和有效值修正值E_a.k，并根据这两个值计算该逆变器的基准电压V_ref.a，再将V_ref.a送至该逆变器的驱动控制模块中，根据V_ref.a生成驱动信号，控制该逆变器桥式电路的功率开关器件，最终实现修正该逆变器输出电压的目的。

在这个微型电网系统中，每台逆变器单元均按照本发明所述的分布式并联控制方法运行，最终保证所有的逆变器单元的输出电压的频率与有效值相互一致，并且稳定在额定角频率ω^*和额定有效值V_A，实现微型电网系统孤岛模式中多个逆变器单元的并联运行模式。

本发明所述的基于环流功率理论的分布式并联控制方法的流程图如图4所示，图中的第a台逆变器代表任意一台逆变器单元。在本发明提出的控制方法中，微型电网系统孤岛模式中每台逆变器的并联控制策略完全相同，均采用如图4所示的流程图，其实现步骤如下所示：

步骤1：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器通过通信网络以广播的形式向其他逆变器单元传递自身相应的工作状态及额定功率容量S_RA.a信息，同时从通信网络中读取其他逆变器单元的工作状态和额定功率容量信息；

步骤2：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据其他逆变器单元传递的工作状态信息和额定功率容量信息，判断微型电网系统中运行于并联模式的逆变器单元的数量n，并按照算式(3)将所有逆变器的额定功率容量相加，计算微型电网的总额定功率容量S_TA，并根据算式(4)用该逆变器的额定功率容量S_RA.a除以微型电网的总额定功率容量S_TA，由此计算该逆变器的权重系数k_a；

$S_{TA}=\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{S}_{RA.j}---\left(3\right)$

k_a＝S_RA.a/S_TA(a＝1...n)(4)

步骤3：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器检测自身的输出电压V_out.a、输出电流I_out.a，计算出在这一个通信周期内自身实时输出的有功功率值P_out.a和无功功率Q_out.a，并将得到的有功功率和无功功率值传递至通信网络；

步骤4：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器从通信网络读取其他逆变器单元的有功功率和无功功率值，根据算式(5)将每个逆变器的输出有功功率和无功功率相加，得到在这一个通信周期内微型电网系统总的输出有功功率P_sys和无功功率Q_sys；

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{sys}=\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{P}_{out.j}\\ Q_{sys}=\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{Q}_{out.j}\end{array}\right.---\left(5\right)$

步骤5：每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据算式(6)将微型电网系统总的输出有功功率P_sys和无功功率Q_sys乘以自身的权重系数k_a，得到自身的理论输出有功功率P_T.a和无功功率Q_T.a；

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{T.a}=P_{sys}\&CenterDot;k_a\\ Q_{T.a}=Q_{sys}\&CenterDot;k_a\end{array}\right.---\left(6\right)$

步骤6：每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据算式(7)将自身实际输出的有功功率P_out.a和无功功率Q_out.a与自身的理论输出有功功率P_t.a和无功功率Q_t.a做比较，得到自身的环流有功功率P_cir.a和无功功率Q_cir.a；

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{cir.a}=P_{out.a}-P_{T.a}\\ Q_{cir.a}=Q_{out.a}-Q_{T.a}\end{array}\right.---\left(7\right)$

步骤7：每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据计算得到的环流有功功率P_cir.a和无功功率Q_cir.a，并基于算式(8)，得到本台逆变器单元输出电压V_out.a的频率修正值ω_a.k与有效值修正值E_a.k，随后根据这两个值并且基于算式“V_ref.a＝E_a.k·sin(ω_a.k·t)”计算得到本台逆变器的基准电压V_ref.a；

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&omega;}}_{a.k}={\mathrm{\&omega;}}^{*}-m_{\mathrm{\&omega;}.a}{P}_{cir.a.k}\\ E_{a.k}=E_{a.k-1}-n_{v.a}{Q}_{cir.a.k}\end{array}\right.---\left(8\right)$

算式(8)中的m_ω.a和n_v.a分别是每台逆变器单元(取编号为a)的角频率下垂系数和电压有效值下垂系数；

算式(8)表示的是，在每一个通信周期内(取编号为k)，每台逆变器单元(取编号为a)将计算得到的第k个通信周期的环流有功功率P_cir.a.k乘以频率下垂系数m_ω.a，所得的值用以修正第a台逆变器输出电压的角频率基准ω^*，最后得到修正后的第k个通信周期内的输出电压频率ω_a.k；同理，第k个通信周期的环流无功功率Q_cir.a.k乘以有效值下垂系数n_v.a，所得的值用以修正第a台逆变器输出电压在第k-1个通信周期(也就是上一个通信周期)的电压有效值E_a.k-1，最后得到修正后的第k个通信周期输出电压有效值E_a.k。

步骤8：每一台逆变器单元将计算得到的V_ref.a送至逆变器的驱动控制模块中，根据V_ref.a生成驱动信号，控制逆变器桥式电路的功率开关器件，修正本台逆变器的输出电压V_out.a；

步骤9：返回主程序，准备进入下一个通信周期。

Claims (5)

1.一种应用于微型电网系统孤岛模式中基于环流功率理论的分布式并联控制方法，其特征在于：(1)所述微型电网系统中的分布式发电和储能单元通过逆变器连接至交流母线，在孤岛模式中以并联模式运行；(2)在并联运行模式中，以通信网络为基础，将微型电网系统中每个逆变器单元的控制器组成一个整体控制系统；

所述方法包括步骤如下：

步骤1：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器通过通信网络以广播的形式向其他逆变器单元传递自身相应的工作状态及额定功率容量S_RA.a信息，同时从通信网络中读取其他逆变器单元的工作状态和额定功率容量信息；

步骤2：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据其他逆变器单元传递的工作状态信息和额定功率容量信息，判断微型电网系统中运行于并联模式的逆变器单元的数量n，并按照算式计算微型电网的总额定功率容量S_TA，并根据算式“k_a＝S_RA.a/S_TA(a＝1...n)”计算该逆变器的权重系数k_a；

步骤3：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器检测自身的输出电压V_out.a、输出电流I_out.a，计算出在这一个通信周期内自身实时输出的有功功率值P_out.a和无功功率Q_out.a，并将得到的有功功率和无功功率值传递至通信网络；

步骤4：在每一个通信周期内，每个逆变器单元(取编号为a)的控制器从通信网络读取其他逆变器单元的有功功率和无功功率值，根据算式将每个逆变器的输出有功功率和无功功率相加，得到在这一个通信周期内微型电网系统总的输出有功功率P_sys和无功功率Q_sys；

步骤5：每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据算式计算自身的理论输出有功功率P_T.a和无功功率Q_T.a；

步骤6：每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据算式计算自身的环流有功功率P_cir.a和无功功率Q_cir.a；

步骤7：每个逆变器单元(取编号为a)的控制器根据计算得到的环流有功功率P_cir.a和无功功率Q_cir.a，并基于算式得到本台逆变器单元输出电压V_out.a的频率修正值ω_a.k与有效值修正值E_a.k，随后根据这两个值并且基于算式“V_ref.a＝E_a.k·sin(ω_a.k·t)”计算得到本台逆变器的基准电压V_ref.a；

步骤8：每一台逆变器单元将计算得到的V_ref.a送至逆变器的驱动控制模块中，根据V_ref.a生成驱动信号，控制逆变器桥式电路的功率开关器件，修正本台逆变器的输出电压V_out.a。

2.如权利要求1所述的微型电网系统中改进的分布式并联控制方法，其特征在于，在权利要求1的步骤7中，任意一台逆变器单元(取编号为a)的控制器在任意一个通信周期通过根据计算得到的环流有功功率P_cir.a和环流无功功率Q_cir.a，并基于算式修正本台逆变器单元输出电压V_out.a的角频率基准ω^*与上一个通信周期内的电压有效值E_a.k-1，由此计算得到本通信周期内本台逆变器单元输出电压的角频率ω_a.k与有效值E_a.k。

3.如权利要求1所述的微型电网系统中改进的分布式并联控制方法，其特征在于：所述每台逆变器单元(取编号为a)的硬件电路与交流母线之间都存在一个固定的连线阻抗，连线阻抗的阻性成分R_w.a等于0，连线阻抗的感性成分L_w.a符合算式“L_w.a·S_RA.a＝L_e”所示的关系，即每台逆变器单元的连线电感L_w.a乘以自己的额定功率容量S_RA.a均等于等效电感值L_e。

4.如权利要求1所述的微型电网系统中改进的分布式并联控制方法，其特征在于，在权利要求1的步骤7中任意一台逆变器单元(取编号为a)的角频率下垂系数m_ω.a和电压有效值下垂系数n_v.a都满足算式所示的关系。在该算式中，ω^*和V_A分别是逆变器输出电压的额定角频率和额定有效值，T_c.ω表示的是通信周期的时间。

5.如权利要求1所述的在这个模式中，本专利中所涉及的通信网络包含可能的通信方式，包含且不限于以下通信方式：

a)CAN通信、光纤通信、以太网通信等有线通信方式；

b)Wifi、Zigbee、蓝牙、红外等无线通信方式。