CN106374521B

CN106374521B - 电力系统环流抑制方法

Info

Publication number: CN106374521B
Application number: CN201610810303.9A
Authority: CN
Inventors: 吕广强; 耿严岩; 何绒; 顾伟
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2019-01-18
Anticipated expiration: 2036-09-08
Also published as: CN106374521A

Abstract

本发明涉及一种电力系统环流抑制方法，通过采样各并联逆变器输出电流，分别计算各并联逆变器本身的三相环流；各并联逆变器本身的环流经过三相静止坐标到两相同步旋转坐标变换，得到环流的d、q轴分量；将环流的d、q轴分量作为扰动加入下垂控制的电压电流环控制中，获得参考电压，生成六路PWM驱动信号驱动逆变器桥臂开关管通断以控制逆变器输出。本发明不影响等效输出阻抗，因此功率分配不会受到影响，可以达到精确分配无功以及抑制环流的作用。

Description

电力系统环流抑制方法

技术领域

本发明属于微网控制领域，特别是一种电力系统环流抑制方法。

背景技术

逆变器并联时，必须保证所有逆变器的输出电压、频率、相位和幅值保持一致，否则会在逆变器之间产生环流。环流不仅会增大开关元件的负担，增加系统损耗，严重时还会损坏功率器件使系统崩溃，导致供电中断。

传统下垂控制中使用功率均分控制策略进行均流控制，功率检测只能检测到基波电压、电流产生的功率，使得各逆变器之间的低次谐波电压差产生的低次谐波环流无法进行有效的抑制。又由于一般的功率检测是至少需要一个周波的，使得逆变器并联系统均分电流的响应不够迅速。

现有抑制环流较有效的措施是在各交流并联电源的输出端串接限流电感。但限流电感在抑制环流的同时，由于其压降使得电源的特性变软，稳压特性变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力系统环流抑制方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种电力系统环流抑制方法，包括以下步骤：

步骤1、通过采样各并联逆变器输出电流，分别计算各并联逆变器本身的三相环流；

步骤2、对各并联逆变器本身的环流进行三相静止坐标到两相同步旋转坐标变换，得到环流的d、q轴分量；

步骤3、将环流的d、q轴分量作为扰动加入下垂控制的电压电流环控制中，获得参考电压，生成六路PWM驱动信号驱动逆变器桥臂开关管通断以控制逆变器输出。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)对于逆变器并联运时因幅值差异产生的环流，本发明并不影响等效输出阻抗，因此功率分配不会受到影响，可以达到精确分配无功，又可起抑制环流的作用；

(2)本发明中瞬时环流反馈相当于对环流的比例调节，控制简单，反应速度快。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为电压电流环控制框图。

图2为n台逆变器环流反馈控制示意图。

图3为微网下垂控制中加入环流反馈控制示意图。

图4为不同k值下的环流阻抗波特图。

图5为未加入环流反馈的一台逆变器的输出电压图。

图6为加入环流反馈的一台逆变器的输出电压图。

图7为存在电压幅值差的两台逆变器输出相电流图。

图8为加入瞬时环流反馈两台逆变器输出相电流图。

具体实施方式

本发明的一种电力系统环流抑制方法，包括以下步骤：

步骤1、通过采样各并联逆变器交流侧输出电流，分别计算各并联逆变器本身的a、b、c三相环流；具体为：

设I_oj(s)为第j台逆变器的输出相电流，I_av(s)是并联系统的相应相平均负载电流，n为并联逆变器总数，则第j台逆变器本身的相应相环流I_Hj(s)为：

I_Hj(s)＝I_oj(s)-I_av(s)

步骤2、对各并联逆变器本身的环流进行三相静止坐标到两相同步旋转坐标变换，得到环流的d、q轴分量；所述环流经过三相静止到两相同步旋转坐标变换具体为：

首先，将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系，Clark变换矩阵C_3/2为：

然后，将两相静止坐标系转换为两相同步旋转坐标系，Park变换矩阵C_2s/2r为：

式中θ为静止坐标系α轴和旋转坐标系d轴之间的相角。

步骤3、将环流的d、q轴分量作为扰动加入下垂控制的电压电流环控制中，获得参考电压，生成六路PWM驱动信号驱动逆变器桥臂开关管通断以控制逆变器输出；

具体为：

首先，计算逆变器输出的平均有功功率和平均无功功率

式中V_d、V_q分别为逆变器输出电压的d轴、q轴分量，i_od、i_oq分别为逆变器输出电流的d轴、q轴分量；

然后，与参考有功P_ref比较，再依据下垂特性曲线调整电压值和频率，生成内环控制器的三相参考电压，通过坐标变换得到参考电压的d轴、q轴分量，

其中，生成内环控制器的三相参考电压的具体过程为：

根据下垂特性曲线计算参考电压值和参考角频率值：

式中ω_n为指令频率，V_n为指令电压值，ω_ref是参考角频率值，V_ref是参考电压值，m_p、n_q分别为有功和无功下垂增益；

求取参考电压相角：

δ_ref＝∫ω_refdt

则三相参考电压的a、b、c三相分别为：

u_aref＝V_ref∠δ_ref

最后，经过电压电流双闭环控制生成六路PWM驱动信号驱动逆变器桥臂开关管通断以控制逆变器输出；具体为：

参考电压的d轴和q轴分量分别与逆变器输出电压的d轴和q轴分量做比较，再分别减去通过反馈系数增益的环流d、q轴分量，进行PI控制后与滤波电感电流的d、q轴分量比较后生成六路PWM驱动信号驱动逆变器桥臂开关管通断以控制逆变器输出。

将环流的d、q轴分量作为扰动加入下垂控制的过程如图1所示，图中，u_dref是参考电压的d轴分量，u_qref是参考电压的q轴分量，k是环流反馈系数，PI是传递函数k_p是比例系数，k_I是积分系数，k_i是逆变器输出电流的反馈系数，k_v是逆变器输出电压的反馈系数，i_dLref、i_qLref分别是参考电感电流d轴、q轴分量，G_i是电流环增益，k_pwm是逆变器增益，L是滤波电感与线路电感之和，C是滤波电容，R是线路等效电阻，U_0d、U_0q分别是滤波电容电压d轴、q轴分量，Z_load是负载阻抗，i_od、i_oq分别是逆变器输出电流d轴、q轴分量。

下面对本发明的环流抑制方法进行验证：

第一步，定义从第j台逆变器模块本身观测的环流为I_Hj(s)：

I_Hj(s)＝I_oj(s)-I_av(s)

其中，I_oj(s)为第j台逆变器的输出相电流，I_av(s)是并联系统的相应相平均负载电流，n为并联逆变器总数；

第二步，推导n台逆变器采用环流反馈下环流阻抗和输出阻抗：

如图2所示，图中，I_o1是第1台逆变器的输出电流，第一台逆变器输入输出关系为

其中，U_r1(s)是第1台逆变器的输出电压，k是环流反馈系数，I_H1(s)是第1台逆变器的环流，k_v是逆变器输出电压的反馈系数，U₀(s)是输出电压，PI为传递函数k_p是比例系数，k_I是积分系数，k_i是逆变器输出电流的反馈系数,I_L1(s)是第1台逆变器电感电流，G_i(s)是电流环增益，k_pwm是逆变器增益,L是滤波电感与线路电感之和，C是滤波电容，R是线路等效电阻，I_o(s)是负载电流，I_o1(s)是第1台逆变器的输出电流；

第n台逆变器输入输出关系为

其中，U_rn(s)第n台逆变器的输出电压，I_on(s)是第n台逆变器的输出电流；

n台逆变器输出输入关系叠加

G_i(s)·k_pwm·U_av(s)·PI-[k_i·G_i(s)·k_pwm+s·L+R]·I_av(s)

＝[PI·G_i(s)·k_pwm·k_v+G_i(s)·k_pwm·k_i·s·C+s·C·(s·L+R)+1]·U₀(s)

式中，U_av是n台逆变器平均电压；

推导与第一台逆变器之间的环流阻抗和系统的输出阻抗

由上式证明改变反馈系数k只影响环流阻抗，不影响系统输出阻抗。

第三步，将瞬时环流反馈应用于微网下垂控制中，以减小逆变器并联运时因幅值差异产生的环流，如图3所示。

图3中U₀是逆变器输出电压，i₀是逆变器输出电流，是逆变器输出的平均有功功率，是平均无功功率，f_ref是参考频率，V_ref是参考电压值，I_H是瞬时环流，i_Lref是参考电感电流，i_L是电感电流，V_dc是直流电压，L是滤波电感与线路电感之和，C是滤波电容，R是线路等效电阻，L_m是连接电感。

功率环控制器通过采样得到逆变器经过滤波的输出电压和电流值，计算逆变器输出的有功功率和无功功率分别与参考有功、无功功率比较，再依据下垂特性曲线调整电压值和频率，生成内环控制器的参考电压，经过电压电流双闭环控制生成六路PWM驱动信号。采样各并联逆变器交流侧输出电流，计算得到并联系统三相环流，经过三相静止到两相同步旋转坐标变换，得到环流的d、q轴分量。将环流的d、q轴分量作为扰动加入下垂控制的电压电流环控制中。调节反馈系数k，在系统输出特性不变的条件下增大了环流阻抗，从而减小了逆变器并联运时因幅值差异产生的环流。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例

按表1设计环流阻抗参数

表1环流阻抗设计参数

参数		参数
				L	6mH	G<sub>i</sub>	1.85
R	0.001ohm	k<sub>pwm</sub>	10
				k<sub>P</sub>	2	k<sub>I</sub>	10000
k<sub>i</sub>	2.8	k	2/5/10/20

可得到图4所示在不同k值下的环流阻抗波特图，环流阻抗波特图中由上至下分别对应于k＝20、k＝10、k＝5、k＝2的情况；由图4可知加入瞬时环流反馈的并联运行逆变电源之间的环流阻抗在中频段呈阻感性，阻性的比例比较大，随着反馈系数增加，阻抗幅值增加变化明显。

设定两台逆变器的输出电压存在差值，相位相同，采用相同的量进行锁相，在双环控制处加入瞬时环流反馈。通过坐标变换将瞬时环流变换到dq轴，加入到电压电流环中。

图5、图6分别为未加入环流反馈和加入环流反馈的一台逆变器的输出电压图，图7、图8为存在电压幅值差情况下，未加入瞬时环流反馈和加入瞬时环流反馈的两台逆变器输出相电流。从图中可看出加入环流并没有影响逆变器的输出电压，但逆变器1和逆变器2之间的相电流值更接近，证明此种控制策略确实对环流有一定的抑制作用。

Claims

1.一种电力系统环流抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的电力系统环流抑制方法，其特征在于，步骤1中计算各并联逆变器本身的a、b、c三相环流的过程为：

设Io_j(s)为第j台逆变器的输出相电流，I_av(s)是并联系统的相应相平均负载电流，n为并联逆变器总数，则第j台逆变器本身的相应相环流I_Hj(s)为：

I_Hj(s)＝I_oj(s)-I_av(s) 。

3.根据权利要求1所述的电力系统环流抑制方法，其特征在于，步骤2中环流经过三相静止到两相同步旋转坐标变换具体为：

式中θ为静止坐标系α轴和旋转坐标系d轴之间的相角。

4.根据权利要求1所述的电力系统环流抑制方法，其特征在于，步骤3具体为：

计算逆变器输出的平均有功功率和平均无功功率

与参考有功P_ref比较，再依据下垂特性曲线调整参考电压值和参考角频率，生成内环控制器的三相参考电压，通过坐标变换得到三相参考电压的d轴、q轴分量，经过电压电流双闭环控制生成六路PWM驱动信号驱动逆变器桥臂开关管通断以控制逆变器输出。

5.根据权利要求4所述的电力系统环流抑制方法，其特征在于，生成内环控制器的三相参考电压的具体过程为：

首先，根据下垂特性曲线计算参考电压值和参考角频率：

然后，求取参考电压相角：

δ_ref＝∫ω_refdt

则三相参考电压的a、b、c三相分别为：

u_aref＝V_ref∠δ_ref

6.根据权利要求4所述的电力系统环流抑制方法，其特征在于，步骤3中经过电压电流双闭环控制生成六路PWM驱动信号驱动逆变器桥臂开关管通断以控制逆变器输出具体为：

参考电压的d轴和q轴分量分别与逆变器输出电压的d轴和q轴分量做比较，再分别减去通过反馈系数增益的环流d、q轴分量，进行PI控制后与滤波电感电流的d、q 轴分量比较后生成六路PWM驱动信号驱动逆变器桥臂开关管通断以控制逆变器输出。