CN107994797A - 基于准谐振pr和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法 - Google Patents

基于准谐振pr和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107994797A
CN107994797A CN201711313924.7A CN201711313924A CN107994797A CN 107994797 A CN107994797 A CN 107994797A CN 201711313924 A CN201711313924 A CN 201711313924A CN 107994797 A CN107994797 A CN 107994797A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
inverter
output
ref
quasi
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711313924.7A
Other languages
English (en)
Inventor
金涛
郭锦涛
陈越灵
李泽文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN201711313924.7A priority Critical patent/CN107994797A/zh
Publication of CN107994797A publication Critical patent/CN107994797A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于准谐振PR控制和恒定参考电压控制的逆变器环流抑制控制方法。首先，利用输出电压和参考角频率，采用三相同步锁相环，得到参考相位，并与参考电压幅值、参考角频率合成参考电压，将送入采用准谐振PR控制的电压电流环，并在控制环节中引入虚拟电阻，再将经过电压电流环得到的调制电压送入PWM驱动器，最后输出SPWM信号到逆变器完成整个控制过程，同时采用恒定参考电压配合虚拟电阻的控制方法。本发明方法不仅能够取得更好的环流抑制效果，而且可以避免电压和频率随输出功率变化的过度下垂，提高微电网的运行电压质量。

Description

基于准谐振PR和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法
技术领域
本发明涉及分布式电源及微电网控制领域，具体涉及一种基于准谐振PR和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法。
背景技术
由于微电网中的电源都是以电力电子接口并入母线，因此相比于传统大电网，微电网系统的惯性较小，在遭受扰动时容易发生失稳。微电网的控制方法就是通过对各电源的逆变器分配不同的控制方法，来保证微电网内部的功率平衡与母线频率的稳定从而抑制逆变器间环流。目前微电网的控制方法主要有对等控制、主从控制、多代理控制。对等控制是指系统中每个微电源在控制上地位相同，相互之间不存在从属关系，所有电源均采用下垂控制，共同维持系统的电压和频率稳定。其中下垂控制就是选择与传统发电机相似的频率一次下垂曲线作为微电源的控制方式。主从控制是指系统中一个或多个电源作为主电源，采用V/f控制提供电源和频率支撑，其余作为从电源，采用PQ控制提供恒定功率输出。多代理系统是由多个代理单元组成分布式自主网络，各个代理单元之间相互通信，通过对本地进行分布式控制，最终完成微电网整体的协调控制。在孤岛运行的微电网中，主从控制由于具有良好的电压频率稳定性，应用更为广泛。多主从控制作为主从控制的一种方式，适用于脱离大电网运行的微电网系统。多主从电源控制具有多个主电源，因此可靠性较高，且系统最大容量比较大。但是在多主从电源并联系统中，由于元件参数的差异等问题，各台主电源的输出电压会出现微小差别，从而在主电源之间产生环流。本文提出了基于准谐振PR控制器和恒定参考电压控制的环流抑制控制方法，利用准谐振PR控制器不仅能够实现输出电压无静差跟踪，同时可以避免滤波参数、控制器参数对逆变器总输出阻抗的差异。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于准谐振PR和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法，有利于抑制并联逆变器之间产生较大的环流，保证逆变器并联系统稳定、高效的运行，从而提高系统稳定运行的能力。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于准谐振PR和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法，包括如下步骤，
步骤S1、搭建多逆变器并联运行等效电路，其中，E∠θ表示逆变器空载输出电压，θ表示空载电压相角；Z0、ZL分别表示逆变器的等效输出阻抗和并联线路阻抗；P、Q分别表示逆变器的输出有功功率和无功功率；下标1、2分别对应逆变器1和逆变器2；由于逆变器输出的有功功率主要取决于线路两端的电压幅值差，无功功率主要取决于功角差，因此可得ω＝ω*+mQ，E＝E*-nP；其中，ω为输出电压角频率，ω*为逆变器空载时电压角频率参考值，E为输出电压幅值，E*为逆变器空载时电压幅值参考值；P为实际输出有功功率；Q为实际输出无功功率；m为频率下垂增益；n为电压下垂增益；
步骤S2、引入虚拟电阻，构建电压闭环控制，使得等效输出阻抗在工频50Hz左右时呈现阻性特征；其中Rv为引入的虚拟电阻，U*ref为引入虚拟电阻Rv后的参考电压，G(s)为控制环节的电压增益，则可得并联交流母线处的电压、输出电流、并联运行的逆变器间的环流，即：
UL(s)＝G(s)*Uref*(s)-[G(s)*RV+Zo(s)+ZL(s)]*Io(s)
Io(s)＝G(s)*Uref*(s)-UL(s)/[G(s)*RV+Zo(s)+ZL(s)]
为逆变器间的环流，为逆变器的输出电流；由此可知，逆变器的输出电流与电压增益G(s)，参考电压U*ref，逆变器输出等效总阻抗有关，由于其参数存在差异，因而会导致并联运行的逆变器间产生环流；
步骤S3、引入电压电流双闭环控制，则可得输出电压的表达式
UL(s)＝(KpKpwmGu(s)*U*ref(s))/(LCs2+KpKpwmCs+KpKpwmG(s)+1)
-(Ls+RvKpKpwmGu(s))*Io(s)/(LCs2+KpKpwmCs+KpKpwmGu(s)+1)
G准PR(s)＝Kp+(2Krωrs/s2+2ωrs+ω0 2)其中，Kp为比例系数，Kr为谐振系数，s为拉普拉斯变换因子，ωo为谐振频率，ωr为准谐振频率；当RV＝0时使用准PR控制器，等效输出阻抗值在50HZ处均为零，克服了幅值受滤波参数和控制器参数影响的缺点；而当引入虚拟电阻时，准PR控制器还能保证在工频50HZ处等效输出阻抗相位为零，并且可以保证G(s)的幅值为1，相位为0，实现输出电压无静差跟踪；
步骤S4、采用恒定参考电压控制的方法代替传统的下垂控制来得到电压电流环的参考电压，并将各逆变器都设置相同的虚拟电阻，保证各逆变器输出参考电压幅值和相角相等可以最大限度减小环流；
步骤S5、利用输出电压u0和参考角频率ω，采用三相同步锁相环，得到参考相位θ*，并与参考电压幅值Uref*、参考角频率ω*合成参考电压Uref*，将Uref*送入采用准谐振PR控制的电压电流环，并在控制环节中引入虚拟电阻RV，再将电压电流环得到的调制电压送入PWM驱动器，最后输出SPWM信号到逆变器完成整个控制过程。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)电压电流环采用准谐振PR控制，实现输出电压无静差跟踪，同时能够避免滤波参数、控制器参数对逆变器等效输出阻抗的影响；
(2)兼顾系统稳定性的前提下，配置虚拟电阻使其远大于线路阻抗值，可以尽可能消除逆变器总输出阻抗的差异；
(3)为消除参考电压的差异，本发明提出了恒定参考电压控制，并分析了恒定参考电压配合虚拟电阻与下垂控制方法在原理上的一致性。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为逆变器并联运行等效电路图。
图3为电压闭环控制示意图。
图4为电压电流双闭环控制示意图。
图5为简化的逆变器运行等效电路。
图6为恒定参考电压控制的示意图。
图7为整体控制方法控制框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明的一种基于准谐振PR和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法，包括如下步骤，
步骤S1、多逆变器并联运行。
步骤S2、搭建逆变器并联运行等效电路图，如图2所示，E∠θ为逆变器空载输出电压，θ为空载电压相角；Z0、ZL分别为逆变器的等效输出阻抗和并联线路阻抗；P、Q分别为逆变器的输出有功功率和无功功率；下标1、2分别对应逆变器1和逆变器2。由于逆变器输出的有功功率主要取决于线路两端的电压幅值差，无功功率主要取决于攻角差，因此可得ω＝ω*+mQ，E＝E*-nP；其中，ω为输出电压角频率，ω*为逆变器空载时电压角频率参考值，E为输出电压幅值，E*为逆变器空载时电压幅值参考值；P为实际输出有功功率；Q为实际输出无功功率；m为频率下垂增益；n为电压下垂增益。
步骤S3、引入虚拟电阻，合理配置参数，构建电压闭环控制，使得等效输出阻抗在工频50Hz左右时呈现阻性特征。电压闭环控制示意图如图3所示，其中Rv为引入的虚拟电阻，U*ref为引入虚拟电阻Rv后的参考电压，G(s)为控制环节的电压增益，Zl、Zo为逆变器等效的输入阻抗以及并联线路的等效阻抗。由电压闭环控制示意图可知并联交流母线处的电压，即：
UL(s)＝G(s)*Uref*(s)-[G(s)*RV+Zo(s)+ZL(s)]*Io(s)
输出电流：
Io(s)＝G(s)*Uref*(s)-UL(s)/[G(s)*RV+Zo(s)+ZL(s)]
并联运行的逆变器间的环流为：
为逆变器间的环流，为逆变器的输出电流。由此可知，逆变器的输出电流与电压增益G(s)，参考电压U*ref，逆变器输出等效总阻抗有关，由于其参数存在差异，因而会导致并联运行的逆变器间产生环流。
步骤S4、引入电压电流双闭环控制，其控制框图如图4所示，由图可知输出电压的表达式
UL(s)＝(KpKpwmGu(s)*U*ref(s))/(LCs2+KpKpwmCs+KpKpwmG(s)+1)
-(Ls+RvKpKpwmGu(s))*Io(s)/(LCs2+KpKpwmCs+KpKpwmGu(s)+1)
其中，Kp为比例系数，Kr为谐振系数，s为拉普拉斯变换因子，ωo为谐振频率，ωr为准谐振频率。当RV＝0时使用准PR控制器，等效输出阻抗值在50Hz处均为零，克服了幅值受滤波参数和控制器参数影响的缺点。而当引入虚拟电阻时，准PR控制器还能保证在工频50Hz处等效输出阻抗相位为零，并且可以保证G(s)的幅值为1，相位为0，实现输出电压无静差跟踪。因此选择准PR控制器，不仅可以保证输出电压无静差跟踪，消除电压增益的差异，还可以避免逆变器等效输出阻抗受滤波参数、控制参数的影响，尽可能保证等效输出阻抗一致。
步骤S5、逆变器输出结构参数的不一致可以等效为电压增益和输出阻抗的不一致，但是产生环流的原因主要是由于输出电压的差异所导致的，参考电压幅值差越大，环流就越大。因此，为了减小环流，需尽可能保持电压幅值相等，功率角(频率)控制精度足够高。如果按照传统下垂控制方程来得到电压电流环的参考电压，即使设置相同的下垂增益，各逆变器的实际输出有功功率和无功功率依然存在差异，导致下垂控制方程计算合成的参考电压不一致，进而引起输出电流不同，带来环流。因此，本设计提出用恒定参考电压控制的方法代替传统的下垂控制。
步骤S6、图5所示为简化的逆变器运行等效电路图，设并联交流母线处电压参考电压α为参考电压相角。则两台逆变器并联系统的环流为：由此可知，当各逆变器都设置相同的虚拟电阻时，尽可能保证各逆变器输出参考电压幅值和相角相等可以最大限度减小环流。
步骤S7、如图6所示，采用恒定参考电压配合虚拟电阻的控制方法不仅能够取得更好的环流抑制效果，而且可以避免电压和频率随输出功率变化过度下垂，提高微电网的运行电压质量。
步骤S8、当采用恒定参考电压配合时，根据公式可以求得Rv的取值范围与ULmin有关，因此应该综合考虑电压稳态精度和环流抑制效果。
步骤S9、图7为整体控制方法控制框图，其中参考电压幅值Uref*、参考角频率ω*和虚拟电阻RV为3个恒定参数，对于微电网系统中的各个逆变器而言，3个控制参数均分别相同。输出电压U0、输出电流I0及电容电流ic为运行过程中的实测值。
步骤S10、利用输出电压u0和参考角频率ω，采用三相同步锁相环，得到参考相位θ*，并与参考电压幅值Uref*、参考角频率ω*合成参考电压Uref*，将Uref*送入采用准谐振PR控制的电压电流环，并在控制环节中引入虚拟电阻RV，再将电压电流环得到的调制电压送入PWM驱动器，最后输出SPWM信号到逆变器完成整个控制过程。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于准谐振PR和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤S1、搭建多逆变器并联运行等效电路，其中，E∠θ表示逆变器空载输出电压，θ表示空载电压相角；Z0、ZL分别表示逆变器的等效输出阻抗和并联线路阻抗；P、Q分别表示逆变器的输出有功功率和无功功率；下标1、2分别对应逆变器1和逆变器2；由于逆变器输出的有功功率主要取决于线路两端的电压幅值差，无功功率主要取决于功角差，因此可得ω＝ω*+mQ，E＝E*-nP；其中，ω为输出电压角频率，ω*为逆变器空载时电压角频率参考值，E为输出电压幅值，E*为逆变器空载时电压幅值参考值；P为实际输出有功功率；Q为实际输出无功功率；m为频率下垂增益；n为电压下垂增益；
步骤S2、引入虚拟电阻，构建电压闭环控制，使得等效输出阻抗在工频50Hz左右时呈现阻性特征；其中Rv为引入的虚拟电阻，U*ref为引入虚拟电阻Rv后的参考电压，G(s)为控制环节的电压增益，则可得并联交流母线处的电压、输出电流、并联运行的逆变器间的环流，即：
UL(s)＝G(s)*Uref*(s)-[G(s)*RV+Zo(s)+ZL(s)]*Io(s)
Io(s)＝G(s)*Uref*(s)-UL(s)/[G(s)*RV+Zo(s)+ZL(s)]
<mrow> <mover> <msub> <mi>I</mi> <mi>H</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mover> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>+</mo> <mover> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow>
为逆变器间的环流，为逆变器的输出电流；由此可知，逆变器的输出电流与电压增益G(s)，参考电压U*ref，逆变器输出等效总阻抗有关，由于其参数存在差异，因而会导致并联运行的逆变器间产生环流；
步骤S3、引入电压电流双闭环控制，则可得输出电压的表达式
UL(s)＝(KpKpwmGu(s)*U*ref(s))/(LCs2+KpKpwmCs+KpKpwmG(s)+1)
-(Ls+RvKpKpwmGu(s))*Io(s)/(LCs2+KpKpwmCs+KpKpwmGu(s)+1)
其中，Kp为比例系数，Kr为谐振系数，s为拉普拉斯变换因子，ωo为谐振频率，ωr为准谐振频率；当RV＝0时使用准PR控制器，等效输出阻抗值在50HZ处均为零，克服了幅值受滤波参数和控制器参数影响的缺点；而当引入虚拟电阻时，准PR控制器还能保证在工频50HZ处等效输出阻抗相位为零，并且可以保证G(s)的幅值为1，相位为0，实现输出电压无静差跟踪；
步骤S4、采用恒定参考电压控制的方法代替传统的下垂控制来得到电压电流环的参考电压，并将各逆变器都设置相同的虚拟电阻，保证各逆变器输出参考电压幅值和相角相等可以最大限度减小环流；
步骤S5、利用输出电压u0和参考角频率ω，采用三相同步锁相环，得到参考相位θ*，并与参考电压幅值Uref*、参考角频率ω*合成参考电压Uref*，将Uref*送入采用准谐振PR控制的电压电流环，并在控制环节中引入虚拟电阻RV，再将电压电流环得到的调制电压送入PWM驱动器，最后输出SPWM信号到逆变器完成整个控制过程。
CN201711313924.7A 2017-12-11 2017-12-11 基于准谐振pr和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法 Pending CN107994797A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711313924.7A CN107994797A (zh) 2017-12-11 2017-12-11 基于准谐振pr和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711313924.7A CN107994797A (zh) 2017-12-11 2017-12-11 基于准谐振pr和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107994797A true CN107994797A (zh) 2018-05-04

Family

ID=62037576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711313924.7A Pending CN107994797A (zh) 2017-12-11 2017-12-11 基于准谐振pr和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107994797A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110048631A (zh) * 2019-03-22 2019-07-23 天津大学 一种三相四线制并网逆变器中线电流抑制方法
CN114336761A (zh) * 2022-01-10 2022-04-12 西安理工大学 一种微电网中提高电压质量的逆变器电压控制器设计方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103227581A (zh) * 2013-05-10 2013-07-31 湖南大学 一种谐波下垂控制的逆变器并联谐波环流抑制方法
CN104659813A (zh) * 2015-02-04 2015-05-27 湖南大学 一种快速谐波环流抑制的多逆变器并联控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103227581A (zh) * 2013-05-10 2013-07-31 湖南大学 一种谐波下垂控制的逆变器并联谐波环流抑制方法
CN104659813A (zh) * 2015-02-04 2015-05-27 湖南大学 一种快速谐波环流抑制的多逆变器并联控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐柏榆: "一种可抑制环流的微电网逆变器并联控制策略", 《太阳能学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110048631A (zh) * 2019-03-22 2019-07-23 天津大学 一种三相四线制并网逆变器中线电流抑制方法
CN114336761A (zh) * 2022-01-10 2022-04-12 西安理工大学 一种微电网中提高电压质量的逆变器电压控制器设计方法
CN114336761B (zh) * 2022-01-10 2023-09-15 深圳市天德普储能科技有限公司 一种微电网中提高电压质量的逆变器电压控制器设计方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104218590B (zh) 基于虚拟同步机的不平衡电压补偿控制方法
CN111541274B (zh) 一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制方法
CN105914778B (zh) 基于虚拟同步发电机的微网逆变器多环路控制方法
EP3018815B1 (en) Control method and control device a plurality of inverters connected in parallel
CN106410849A (zh) 基于虚拟同步发电机的微网逆变器均衡控制方法
CN103475029B (zh) 基于极点配置的三相lcl型并网逆变器控制系统及方法
CN106849186A (zh) 一种基于虚拟同步发电机的储能逆变器主从控制方法
CN107681662A (zh) 具备电能质量复合控制功能的虚拟同步发电机控制方法
CN104377697B (zh) 模拟同步发电机动态特性的电压源换流站的控制方法
CN206850443U (zh) 抑制牵引变流器直流母线电压振荡装置及牵引系统
CN107104447A (zh) 基于二阶广义虚拟惯性的虚拟同步发电机控制方法
CN109617488B (zh) 一种考虑励磁电路的虚拟同步机的建模方法
CN103701352A (zh) 基于下垂控制技术的并联逆变器解耦控制方法
Xia et al. Feedback linearization control approach for brushless doubly-fed machine
CN106712115A (zh) 一种不用电流反馈的虚拟同步发电机控制器
CN107611998B (zh) 一种基于statcom双通道抑制电网次同步谐振方法及装置
CN107994797A (zh) 基于准谐振pr和恒定参考电压的逆变器环流抑制控制方法
CN105811438B (zh) 一种基于虚拟同步机的无频差控制方法以及装置
CN106208054A (zh) 电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的装置和方法
CN106992548B (zh) 一种提高并网变换器稳定性的控制方法
CN109039184A (zh) 一种基于虚拟电阻补偿直流供电系统稳定性的装置及方法
CN109980701B (zh) 微电网虚拟同步发电机控制方法
CN102623996B (zh) 一种基于解耦谐振调节器阵列的有源电力滤波器闭环控制方法
CN107611997A (zh) 一种同步发电机次同步抑制方法及系统
CN107196342A (zh) 增强弱电网条件下三相并网逆变器稳定性的电流控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180504

RJ01 Rejection of invention patent application after publication