CN109546665A - 一种基于模式切换的下垂控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于模式切换的下垂控制方法，用于逆变器控制。当电网频率和电压幅值波动均不超过临界值时，其控制方式采用传统下垂控制方式；当电网频率波动超过临界值和电压幅值波动超过临界值时，其控制公式分别为：本发明在频率瞬时波动冲击较大时，仅从控制策略进行设计，无需额外的硬件电路，就可以使并网逆变器具备故障穿越能力；并网逆变器在具有电压幅值大幅度波动穿越能力的同时也具有频率大幅度波动穿越能力。

Description

一种基于模式切换的下垂控制方法
技术领域
本发明涉及一种逆变器下垂控制方法，具体是一种基于模式切换的下垂控制方法，属于光伏发电技术领域。
背景技术
下垂控制是微电网的一种控制方式，它分别对微网中的微源输出有功功率和无功功率进行控制，来获取稳定的频率和电压，无需机组间的通信协调，实现了微源即插即用和对等控制的目标，保证了孤岛下微电网内电力平衡和频率的统一，具有简单可靠的特点。
但是，当公共耦合点(PCC)频率波动幅度过大、而传输线路呈感性时，传统有功下垂控制方法不能在电网频率大幅度波动时抑制冲击电流。而逆变器承受冲击电流的能力非常差，为了防止冲击电流，通常采用故障电流限制器等额外的硬件电路来实现。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于模式切换的下垂控制方法，在电网频率严重波动时能抑制逆变器网侧冲击电流，保证逆变器稳定运行。
为实现上述目的，本发明一种基于模式切换的下垂控制方法，当电网频率和电压幅值波动均不超过临界值时，采用传统下垂控制方法，其下垂控制器控制公式为：
ωn-ω0＝-mn(Pn-P0)
Un-U0＝-nn(Qn-Q0)；
当电网频率波动超过临界值而电网电压幅值波动不超过临界值时，下垂控制器的控制公式为：
Un-U0＝-nn(Qn-Q0)；
当电网电压幅值波动超过临界值而电网频率波动不超过临界值时，下垂控制器的控制公式为：
ωn-ω0＝-mn(Pn-P0)
当电网频率和电压幅值波动均超过临界值时，下垂控制器的控制公式为：
上述公式中：
ω0为逆变器额定电压角频率，U0为逆变器额定电压幅值；
ωn为逆变器瞬时电压角频率，Un为逆变器瞬时电压幅值；
mn为有功-频率下垂系数，nn为无功-幅值下垂系数；
P0为逆变器额定有功功率，Q0为逆变器额定无功功率；
Pn为逆变器瞬时有功功率，Qn为逆变器瞬时无功功率；
Pref为逆变器给定有功功率，Qref为逆变器给定无功功率；
kPP，kPI为有功功率比例积分控制器的比例系数和积分系数；kQP，kQI为无功功率比例积分控制器的比例系数和积分系数。
本发明采用功率环约束来限制稳态输出电流，有效地抑制了电网大幅度波动时逆变器网侧冲击电流，提高了电网发生频率或电压幅值发生大幅度波动时逆变器的稳定性。
与现有技术相比，一方面，本发明仅从控制策略进行设计，无需额外的硬件电路，就可以使并网逆变器具备故障穿越能力，能在电网频率或电压幅值大幅度波动时保证功率平稳不失控，网侧电流不过流。另一方面，本发明使并网逆变器在具有电压大幅度波动穿越能力的同时也具有频率大幅度波动穿越能力。
附图说明
图1为电网频率跌落至49.5Hz时采用本发明的控制方式电压、电流和功率仿真波形图；
图2为电网电压幅值跌落至原有幅值的70％时采用本发明的控制方式电压、电流和功率仿真波形图；
图3为电网频率跌落至49.5Hz且电压幅值跌落至原有幅值的70％时采用本发明的控制方式电压、电流和功率仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种基于模式切换的下垂控制方法，当电网频率和电压幅值波动均不超过临界值时，采用传统下垂控制方法，其下垂控制器控制公式为：
ωn-ω0＝-mn(Pn-P0)
Un-U0＝-nn(Qn-Q0)；
当电网频率波动超过临界值而电网电压幅值波动不超过临界值时，下垂控制器的控制公式为：
Un-U0＝-nn(Qn-Q0)；
当电网电压幅值波动超过临界值而电网频率波动不超过临界值时，下垂控制器的控制公式为：
ωn-ω0＝-mn(Pn-P0)
当电网频率和电压幅值波动均超过临界值时，下垂控制器的控制公式为：
其中，ω0为逆变器额定电压角频率，U0为逆变器额定电压幅值；
ωn为逆变器瞬时电压角频率，Un为逆变器瞬时电压幅值；
mn为有功-频率下垂系数，nn为无功-幅值下垂系数；
P0为逆变器额定有功功率，Q0为逆变器额定无功功率；
Pn为逆变器瞬时有功功率，Qn为逆变器瞬时无功功率；
Pref为逆变器给定有功功率，Qref为逆变器给定无功功率；
kPP，kPI为有功功率比例积分控制器的比例系数和积分系数；kQP，kQI为无功功率比例积分控制器的比例系数和积分系数。
本发明采用功率环约束来限制稳态输出电流，能有效抑制电网大幅度波动时逆变器网侧冲击电流，提高了电网发生频率或电压幅值发生大幅度波动时逆变器的稳定性。
与现有技术相比，一方面，本发明仅从控制策略进行设计，无需额外的硬件电路，就可以使并网逆变器具备故障穿越能力，能在电网频率或电压幅值大幅度波动时保证功率平稳不失控，网侧电流不过流。另一方面，本发明使并网逆变器在具有电压幅值大幅度波动穿越能力的同时也具有频率大幅度波动穿越能力。
所述电网频率或电压波动超过临界值判断方法有电流环指令值法、FFT分析法、锁相环等。电流环指令值法是间接判断方法，可以通过有功功率和无功功率解耦分别判断频率和电压幅值；在控制策略中一般没有FFT，需要通过仪器或者设备实时判断，在控制策略上没有电流环指令值判断方便；锁相环主要判断频率情况。所以，本发明优选电流环指令值法来判断电网频率或电压幅值波动是否超过临界值，即通过有功电流指令值判断电网频率超过临界值，通过无功电流指令值判断电压波动超过临界值。
为了充分利用逆变器的最大电流和功率方面的能力，功率给定值Pref，Qref应该尽可能接近并小于系统的最大功率。
图1、图2和图3分别展示了本发明在三种情况下的仿真结果，由图可以看出，采用本发明的控制方式，可实现三相并网逆变器的故障穿越功能，且整个过程中网侧电流平稳，功率稳定。考虑到实际电网系统频率最大跌落0.5Hz，假设频率跌落0.5Hz。如图1所示，逆变器在t＝0.5s时并网。t＝2s时，电网频率由50Hz下降到49.5Hz，在t＝5.1s时，频率恢复至50Hz。考虑到实际电网系统电压幅值跌落最大为30％，因此选定电压幅值跌落至原有幅值的70％。如图2所示，逆变器在t＝0.5s时连接到电网。t＝2.26s时，电网电压幅值跌落至原有幅值的70％，在t＝5.36s时，电压幅值恢复。在图3中，逆变器在t＝0.5s时连接到电网，t＝1.992s时，电网电压幅值跌落至原有幅值的70％，频率跌至49.5Hz，在t＝5.072 s时，电压幅值和频率均恢复。图中，VPCC为并网点电压，Iabc为逆变器交流侧电流，P为逆变器瞬时有功功率，Q为逆变器瞬时无功功率。

Claims (2)

1.一种基于模式切换的下垂控制方法，当电网频率和电压幅值波动均不超过临界值时，下垂控制器控制公式为：
ωn-ω0＝-mn(Pn-P0)
Un-U0＝-nn(Qn-Q0)；
其特征在于，当电网频率波动超过临界值而电网电压幅值波动不超过临界值时，下垂控制器控制公式为：
Un-U0＝-nn(Qn-Q0)；
当电网电压幅值波动超过临界值而电网频率波动不超过临界值时，下垂控制器控制公式为：
ωn-ω0＝-mn(Pn-P0)
当电网频率和电压幅值波动均超过临界值时，下垂控制器控制公式为：
上述公式中：
ω0为逆变器额定电压角频率，U0为逆变器额定电压幅值；
ωn为逆变器瞬时电压角频率，Un为逆变器瞬时电压幅值；
P0为逆变器额定有功功率，Q0为逆变器额定无功功率；
Pref为逆变器给定有功功率，Qref为逆变器给定无功功率；
kPP，kPI为有功功率比例积分控制器的比例系数和积分系数；kQP，kQI为无功功率比例积分控制器的比例系数和积分系数。
2.根据权利要求1所述的下垂控制方法，其特征在于，采用电流环指令值来判断电网频率或电压波动是否超过临界值，即通过有功电流指令值判断电网频率超过临界值，通过无功电流指令值判断电压波动超过临界值。
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陈丽娟 等: "基于改进下垂控制的微电网运行控制研究", 《电力系统保护与控制》 *

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