CN109256808A - 一种基于改进下垂控制的逆变器并联控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于改进下垂控制的逆变器并联控制方法，属于微电网逆变器控制领域。本发明为了解决现有的控制方法普遍存在对于系统的抗干扰能力弱、系统功率分配精度低的问题；本发明下垂控制系统的无功回路中，无功功率Q与逆变器的额定无功功率Q₀做差后乘以下垂系数k_q得到主无功回路电压，系统的三相电压V₀与逆变器公共连接点处的电压E^*求差后与反馈回路中的放大倍数K_e相乘构成反馈回路电压，系统的空载电压U₀与补偿电压U_cmp求和后与主无功回路电压和反馈回路电压做差后经积分处理得到电压参考值；本发明提升了系统的抗干扰能力，抑制了系统的环流，提升了系统功率分配的精确度。

Description

一种基于改进下垂控制的逆变器并联控制方法

技术领域

本申请涉及一种逆变器并联控制方法，属于微电网逆变器控制领域。尤其是涉及一种基于改进下垂控制的逆变器并联控制方法。

背景技术

随着微电网技术的研究和发展，多逆变电源的协调可控并联运行成为微电网研究的热点。多逆变器并联运行的控制目标是实现功率解耦控制，并按容量比例分配负荷且抑制环流的产生。近年来，国内外学者对基于下垂控制的逆变器并联系统开展了大量研究，如系统建模与参数计算、稳定性分析、虚拟阻抗等。随着微网规模的增大，不同容量等级的逆变器并联运行将成为发展趋势。当微网孤岛运行时，微网逆变器的输出功率按容量合理分配是逆变器并联运行的一个重要控制目标，现有的控制方法普遍存在对于系统的抗干扰能力弱、系统功率分配精度低的问题。

发明内容

本发明的实施例可提供一种逆变器控制方法，提升了系统的抗干扰能力，抑制了系统的环流，提升了系统功率分配的精确度。

本发明的一种基于改进下垂控制的逆变器并联控制方法，包括如下控制过程：

1)在电压电流双环控制输出信号Uo与电压环的输入参考电压U_ref之间添加一个虚拟阻抗，使逆变器等效输出阻抗Z₀(s)呈感性；

2)采集到的负荷三相电压u₀和三相电流i₀经过dq转化和功率计算模块得到有功功率P和无功功率Q；

3)有功功率P和无工功率Q分别送入下垂控制系统中的有功回路和无功回路中，在有功回路中，有功功率P经过积分得到频率参考值f^*；在无功回路中，无功功率Q与逆变器的额定无功功率Q₀做差后乘以下垂系数k_q得到主无功回路电压，系统的三相电压V₀与逆变器公共连接点处的电压E^*求差后与反馈回路中的放大倍数K_e相乘构成反馈回路电压，系统的空载电压U₀与补偿电压U_cmp求和后与主无功回路电压和反馈回路电压做差后经积分处理，通过虚拟阻抗控制环节得到电压参考值；

4)通过电压电流双环控制模块输出电压控制信号，由SPWM输送信号到达逆变器进行逆变器控制。

进一步的，引入虚拟阻抗后，输出控制型号U′₀通过下式得到：

U′₀＝U_refG(s)-(Z_v(s)G(s)+Z₀(s))i₀

＝U_refG(s)-Z′₀(s)i₀

上式中，

Z_V(s)＝L_Vs；

U_ref为电压环输入参考电压；K_pwm为SPWM调制环节增益；电压环回路PI环节的比例积分增益分别为k_vp、k_vi,电流环回路的P环节增益为k_ip,G(s)为传递函数，Z_v(s)为虚拟阻抗，Z₀(s)为逆变器的等效输出阻抗。

进一步的，所述传递函数为：

进一步的，所述补偿电压通过下式得到：

式中P和Q为逆变器的输出有功功率和无功功率，R和X分别为线路电阻和电抗，U为逆变器输出电压。

进一步的，所述无功—电压下垂控制方式如下：

U^*＝U₀+U_cmp-k_q(Q-Q₀)-Ke(V₀-E^*)。

本发明相比现有技术具有如下有益效果，本申请考虑到低压微电网系统中，逆变器的等效输出阻抗一般是阻性或阻感性，为了保证下垂控制在低压微电网系统中的应用，在电感电流双环控制中引入虚拟阻抗，将逆变器的等效输出阻抗调节为感性；在下垂控制策略中添加了电压反馈回路，将逆变器公共连接点处的电压和负载电压作比较，作为一种反馈对电压-无功下垂控制进行调整，相比传统的下垂控制策略，解决了电压-无功下垂控制的稳定性以及系统的鲁棒性；本申请中的下垂控制过程中添加电压补偿部分，由于引起系统产生环流的主要原因在于线路的压降不等，根据线路阻抗和流过线路的功率，在下垂控制模块的电压参考值中添加补偿项，有效的解决了功率分配不精确和环流较大的问题。

附图说明

图1为本申请实施例的方法流程图；

图2本申请双环控制原理示意图；

图3为本申请实施例并联逆变器简化模型；

图4为下垂控制结构示意图，图4a为传统下垂控制示意图，图4b为本申请改进的下垂控制示意图；

图5为本申请实施例的虚拟阻抗控制环节示意图；

图6为本申请实施例的电压电流双环控制环节示意图；

图7为本申请实施例单逆变器整体控制系统示意图。

图8为分别利用传统下垂控制和本申请实施例的下垂控制时公共点处电流变化波形图，图8a为传统下垂控制下公共点(PCC)处的电流波形图；图8b改进下垂控制下公共点(PCC)处的电流波形图；

图9为传统下垂控制下两个逆变器无功功率分配效果，其中图9a为传统下垂控制下第一逆变器输出的功率；图9b为传统下垂控制下第二逆变器输出的无功功率；

图10为本申请实施例的改进下垂控制下两个逆变器的无功功率分配效果，其中图10a为改进下垂控制下第一逆变器输出的无功功率；图10b为改进下垂控制下第二逆变器输出的无功功率；

图11为本申请实施例的环流波形图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步描述。

如图1所示，本实施例的一种基于改进下垂控制的逆变器并联控制方法包括如下步骤：

步骤1、在电压电流双环控制输出信号Uo与电压环的输入参考电压U_ref之间添加一个虚拟阻抗，使逆变器等效输出阻抗Z₀(s)呈感性；由图2可知，U₀＝U_refG(s)-Z₀(s)i₀，Z₀(s)为逆变器等效输出阻抗，i_o、i_c、i_L分别为负载电流，电容电流和电感电流，Uo为输出控制信号，G(s)为传递函数，具体为：

式中，U_ref为电压环输入参考电压；K_pwm为SPWM调制环节增益；电压环回路PI环节的比例积分增益分别为k_vp、k_vi,电流环回路的P环节增益为k_ip,G(s)为传递函数，Z_v(s)为虚拟阻抗，Z₀(s)为逆变器的等效输出阻抗。

令U_ref＝0，可得：

其中：

引入虚拟阻抗后输出之间的关系为：

U′₀＝U_refG(s)-(Z_v(s)G(s)+Z₀(s))i₀

＝U_refG(s)-Z′₀(s)i₀

其中：

Z_V(s)＝L_Vs；

步骤2、采集到的负荷三相电压u₀和三相电流i₀经过dq转化和功率计算模块得到有功功率P和无功功率Q；

步骤3、如图4所示，有功功率P和无功功率Q分别送入下垂控制系统中的有功回路和无功回路中，在有功回路中，有功功率P经过积分得到频率参考值f^*；在无功回路中，无功功率Q与逆变器的额定无功功率Q₀做差后乘以下垂系数k_q得到主无功回路电压，系统的三相电压V₀与逆变器公共连接点处的电压E^*求差后与反馈回路中的放大倍数K_e相乘构成反馈回路电压，系统的空载电压U₀与补偿电压U_cmp求和后与主无功回路电压和反馈回路电压做差后经积分处理并通过如图5所示的虚拟阻控制环节得到电压参考值，图5中，i₀为逆变器输出电流，i_0d为逆变器输出电流d轴分量，i_0q为逆变器输出电流q轴分量，经过虚拟电抗输出参考电压的d轴分量，经过虚拟电抗输出参考电压的q轴分量，u^*：改进下垂控制输出参考电压，；

所述补偿电压通过下式得到：

式中P和Q为逆变器的输出有功功率和无功功率，R和X分别为线路电阻和电抗，U为逆变器输出电压。

进一步的，所述无功—电压下垂控制方式如下：

U^*＝U₀+U_cmp-k_q(Q-Q₀)-Ke(V₀-E^*)。

步骤4、通过如图6所述电压电流双环控制环节输出电压控制信号u_od和u_oq，由SPWM输送信号到达逆变器进行逆变器控制，图中，为电流内环的d轴参考值，为电流内环的q轴参考值，L_f为滤波电感，C_f为滤波电容，r_f为滤波电容，i_id为电流内环输出电流的d轴分量，i_iq为电流内环输出电流的q轴分量，u_od为电流电压双环输出电压的d轴分量，u_oq为电流电压双环输出电压的q轴分量；在电压外环中，首先将经过改进下垂控制环节和虚拟阻抗控制环节生成参考电压，与逆变器输出电压作差，其中为了直接快速的反映其端电压的变化和抑制由于负载的变化对内环造成的影响，选择电容电流作为反馈方式，然后经过PI生成电流内环的参考电流，参考电流再经过PI调制以及电感电压的反馈方式与逆变器输出电流作差乘以阻抗，最终输出dq轴的电压调制信号进入SPWM进行控制。

下面对本实施例进行验证：

1.在运行对比方面，如图8所示，在0.2s时改变负荷时候，明显看到改进下垂控制在系统启动时和0.2s是的电流冲击比传统下垂控制小。

2.无功分配方面，如图9所示，设定第一逆变器容量是第二逆变器容量的1倍，在0.2s改变负荷，在传统下垂控制下，第一逆变器发出的无功功率从8000Var变为14000Var；第二逆变器发出的无功功率从2100Var到4500Var；可见未能按照逆变器容量比精确分配无功功率；如图10所示，工况相同情况下，改进下垂控制在0.2s时变增添负荷，逆变器1输出的无功功率由5kVar变为10kVar，逆变器2输出的无功功率由2.5kVar变为5kVar。无功功率实现精确分配；

3.抑制环流方面，如图11所示，环流抑制在0.5A之内。

本发明的实施例的上述描述是为了示例和说明的目的而给出的。它们并不是穷举性，也不意于将本发明限制于这些精确描述的内容，在上述教导的指引下，还可以有许多改动和变化。这些实施例被选中和描述仅是为了最好解释本发明的原理以及它们的实际应用，从而使得本领域技术人员能够更好地在各种实施例中并且使用适合于预期的特定使用的各种改动来应用本发明。因此，应当理解的是，本发明意欲覆盖在下面权利要求范围内的所有改动和等同。

Claims (5)

1.一种基于改进下垂控制的逆变器并联控制方法，其特征在于：包括如下控制过程：

1)在电压电流双环控制输出信号Uo与电压环的输入参考电压U_ref之间添加一个虚拟阻抗，使逆变器等效输出阻抗Z₀(s)呈感性；

2)采集到的负荷三相电压u₀和三相电流i₀经过dq转化和功率计算模块得到有功功率P和无功功率Q；

3)有功功率P和无功功率Q分别送入下垂控制系统中的有功回路和无功回路中，在有功回路中，有功功率P经过积分得到频率参考值f^*；在无功回路中，无功功率Q与逆变器的额定无功功率Q₀做差后乘以下垂系数k_q得到主无功回路电压，系统的三相电压V₀与逆变器公共连接点处的电压E^*求差后与反馈回路中的放大倍数K_e相乘构成反馈回路电压，系统的空载电压U₀与补偿电压U_cmp求和后与主无功回路电压和反馈回路电压做差后经积分处理，并通过阻抗控制环节得到电压参考值；

4)通过电压电流双环控制模块输出电压控制信号，由SPWM输送信号到达逆变器进行逆变器控制。

2.根据权利要求1所述一种基于改进下垂控制的逆变器并联控制方法，其特征在于：引入虚拟阻抗后，输出控制信号U′₀通过下式得到：

U′₀＝U_refG(s)-(Z_v(s)G(s)+Z₀(s))i₀

＝U_refG(s)-Z′₀(s)i₀

上式中，

Z_V(s)＝L_Vs；

U_ref为电压环输入参考电压；K_pwm为SPWM调制环节增益；电压环回路PI环节的比例积分增益分别为k_vp、k_vi,电流环回路的P环节增益为k_ip,G(s)为传递函数，Z_v(s)为虚拟阻抗，Z₀(s)为逆变器的等效输出阻抗。

3.根据权利要求2所述一种基于改进下垂控制的逆变器并联控制方法，其特征在于：所述传递函数为：

4.根据权利要求1所述一种基于改进下垂控制的逆变器并联控制方法，其特征在于：所述补偿电压通过下式得到：

式中P和Q为逆变器的输出有功功率和无功功率，R和X分别为线路电阻和电抗，U为逆变器输出电压。

5.根据权利要求4所述一种基于改进下垂控制的逆变器并联控制方法，其特征在于：所述无功—电压下垂控制方式如下：

U^*＝U₀+U_cmp-k_q(Q-Q₀)-Ke(V₀-E^*)。