CN110854909A - 一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制方法，包括以下步骤：A、每台变流器的本地控制器采集输出电容电压和输出电感电流以及变流器直流侧电池信息；B、本地控制器根据采集得到的输出电容电压和输出电感电流，计算出输出电容外变流器有功功率及无功功率；同时根据参考输出电压幅值，额定输出电压角频率以及电容参数计算电容无功功率。本发明针对串联型变流器，本发明的功率控制方法，具有简单实用的特点，只需要采集变流器本地输出电压和输出电流信号即可，不需要对系统1供电1电压进行采样，大大降低了成本。

Description

一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体是一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制 方法。

背景技术

随着分布式可再生能源发电的大规模应用，后级为能量储存系统的串联型变流器功率 的合理配置成为一项重要课题。过去的研究中，对于相距较远的能量储存系统，在没有通 讯线的条件下，串联型变流器之间只能实现功率均分，同时频率偏差较大，难以满足供电 需求；在低带宽通信的条件下，可以实现串联型变流器之间精确合理的有功功率分配，同 时频率偏差也进一步降低；在高带宽条件下，不仅可以实现合理功率分配，还可以实现高 质量的供电电压，但是可靠性较差。

为了克服这些困难，急需提出一种只需要分散控制、实现串联型变流器之间功率自动 分配，同时降低供电电压频率偏差的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制方法，以解 决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制方法，包括以下步骤：

A、每台变流器的本地控制器采集输出电容电压和输出电感电流以及变流器直流侧电 池信息；

B、本地控制器根据采集得到的输出电容电压和输出电感电流，计算出输出电容外变 流器有功功率及无功功率；同时根据参考输出电压幅值，额定输出电压角频率以及电容参 数计算电容无功功率；

C、本地控制器根据计算得到的除输出电容外变流器有功功率及无功功率和计算得到 的电容无功功率结合，得到变流器输出功率因数；

D、变流器的本地控制器根据输出功率因数和变流器直流侧电池信息计算得到变流器 功率调整因子，并根据调整因子进行增强的反功率因数下垂控制,得到输出参考电压；

E、本地控制器根据反功率因数下垂控制得到的输出参考电压，结合采集的输出电容 电压和输出电感电流进行电压电流双闭环控制。

作为本发明的进一步方案：所述步骤B具体是：本地控制器根据采集得到的输出电容 电压Vc和输出电感电流Io，计算出输出电容外变流器m的有功功率Pm及无功功率Qm； 同时根据参考输出电压幅值E*，额定输出电压角频率ω*以及电容参数计算电容无功功率：Q_c＝E^*2·ω^*·C_f。

作为本发明的进一步方案：所述步骤C具体是：本地控制器根据计算得到的除输出电 容外变流器m的有功功率Pm及无功功率Qm和计算得到的电容无功功率Qc结合，得到 变流器m的输出功率因数：

作为本发明的进一步方案：所述步骤D具体是：1)变流器m的本地控制器根据输出功率因数PFm和变流器直流侧电池信息SoCm得到变流器功率调整因子： W_SoC,m＝PF_m/SoC_m；2)本地控制器根据调整因子W_SoC,m进行增强的反功率因数下垂控制, 得到参考输出电压角频率ω_m，并根据参考输出电压角频率和参考输出电压幅值合成参考输 出电压Vc*，ω_m＝ω^*+D_PF·W_SoC,m；

其中，D_PF为增强的反功率因数下 垂系数。

作为本发明的进一步方案：所述步骤E具体是：本地控制器根据反功率因数下垂控制 得到的参考输出电压Vc*，结合采集的输出电容电压Vc和输出电感电流Io，通过电压外环与电流内环的双闭环追踪，电压外环采用准谐振控制，电压外环的传递函数为G_V(s)， 外环的一个输入为采样得到的输出电容电压Vc，另一个输入为参考输出电压Vc*，外环 输出为参考输出电流Io*，内环的传递函数为G_I(s)，内环的一个输入为采样得到的输出电 感电流Io，另一个输入为外环输出的参考输出电流Io*，内环输出为用于调制的调制电压Vout*；

G_I(s)＝k_Inner；式中k_p是比例增益，k_i，h是 准谐振控制器在谐波次数为h的增益，h＝f,3,5,7,9是谐波次数可为基波，3次谐波，5次谐 波，7次谐波，9次谐波，ω_c是准谐振控制器的带宽角频率，ω_h是准谐振控制器在谐波次 数为h的角频率，k_Inner是内环的比例增益。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.针对串联型变流器，本发明的功率控制方 法，具有简单实用的特点，只需要采集变流器本地输出电压和输出电流信号即可，不需要 对系统1供电1电压进行采样，大大降低了成本。

2.本发明的功率控制不需要串联变流器之间的通信，适用场合更加多样，无论是位置 较远的串联变流器还是位置较近的串联变流器，都能为供电电压提供支撑。

3.本发明不需要传统的集中控制器与本地控制器之间的高带宽通信线来实现同步，提 高了逆变器运行的可靠性，降低了系统成本。

4.采用传统闭环控制，增强系统抗干扰能力。

5.本发明的串联变流器功率自动分配的控制方法，不需要任何通信线自动实现串联变 流器之间同步，提升了系统运行效率。

附图说明

图1为本发明的串联变流器系统及控制架构示意图。

图2为本发明的串联变流器功率控制流程图。

图3为功率控制仿真波形图。

图4为电能质量仿真波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，实施例1：本发明实施例中，一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制方法，包括以下步骤：

A、每台变流器的本地控制器采集输出电容电压和输出电感电流以及变流器直流侧电 池信息；本地控制器根据采集得到的输出电容电压Vc和输出电感电流Io，计算出输出电 容外变流器m的有功功率Pm及无功功率Qm；同时根据参考输出电压幅值E*，额定输出 电压角频率ω*以及电容参数计算电容无功功率：Q_c＝E^*2·ω^*·C_f。

B、本地控制器根据采集得到的输出电容电压和输出电感电流，计算出输出电容外变 流器有功功率及无功功率；同时根据参考输出电压幅值，额定输出电压角频率以及电容参 数计算电容无功功率；

C、本地控制器根据计算得到的除输出电容外变流器有功功率及无功功率和计算得到 的电容无功功率结合，得到变流器输出功率因数；本地控制器根据计算得到的除输出电容 外变流器m的有功功率Pm及无功功率Qm和计算得到的电容无功功率Qc结合，得到变流器m的输出功率因数：

D、变流器的本地控制器根据输出功率因数和变流器直流侧电池信息计算得到变流器 功率调整因子，并根据调整因子进行增强的反功率因数下垂控制,得到输出参考电压：所 述步骤D具体是：1)变流器m的本地控制器根据输出功率因数PFm和变流器直流侧电池 信息SoCm得到变流器功率调整因子：W_SoC,m＝PF_m/SoC_m；2)本地控制器根据调整因子W_SoC,m进行增强的反功率因数下垂控制,得到参考输出电压角频率ω_m，并根据参考输出电压角频率和参考输出电压幅值合成参考输出电压Vc*，ω_m＝ω^*+D_PF·W_SoC,m；其中，D_PF为增强的反功率因数下垂系数。

E、本地控制器根据反功率因数下垂控制得到的输出参考电压，结合采集的输出电容 电压和输出电感电流进行电压电流双闭环控制：本地控制器根据反功率因数下垂控制得到 的参考输出电压Vc*，结合采集的输出电容电压Vc和输出电感电流Io，通过电压外环与 电流内环的双闭环追踪，电压外环采用准谐振控制，电压外环的传递函数为G_V(s)，外环的一个输入为采样得到的输出电容电压Vc，另一个输入为参考输出电压Vc*，外环输出 为参考输出电流Io*，内环的传递函数为G_I(s)，内环的一个输入为采样得到的输出电感电 流Io，另一个输入为外环输出的参考输出电流Io*，内环输出为用于调制的调制电压Vout*；

G_I(s)＝k_Inner；式中k_p是比例增益，k_i，h是准谐振控 制器在谐波次数为h的增益，h＝f,3,5,7,9是谐波次数可为基波，3次谐波，5次谐波，7次 谐波，9次谐波，ω_c是准谐振控制器的带宽角频率，ω_h是准谐振控制器在谐波次数为h的 角频率，k_Inner是内环的比例增益。

实施例2：在实施例1的基础上，如图3所示的仿真波形，以二个阶段展示功率分配以及电能质量治理效果，第一阶段采用传统反功率因数下垂控制，第二阶段采用本发明的功率控制方法，此时各串联变流器直流储能单元内储能电池SoC比值为1：1.19：1.1。由 实验数据可知通过提出的功率控制方法，实现了串联型变流器有功功率的合理分配，同时 降低了供电电压频率偏差。

如图4所示的仿真波形，展示了两个阶段的输出电压及电流电能质量，可以看出在两 个阶段，输出电压畸变率都较低，供电电能质量良好。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背 离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从 哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含 一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将 说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可 以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、每台变流器的本地控制器采集输出电容电压和输出电感电流以及变流器直流侧电池信息；

B、本地控制器根据采集得到的输出电容电压和输出电感电流，计算出输出电容外变流器有功功率及无功功率；同时根据参考输出电压幅值，额定输出电压角频率以及电容参数计算电容无功功率；

C、本地控制器根据计算得到的除输出电容外变流器有功功率及无功功率和计算得到的电容无功功率结合，得到变流器输出功率因数；

D、变流器的本地控制器根据输出功率因数和变流器直流侧电池信息计算得到变流器功率调整因子，并根据调整因子进行增强的反功率因数下垂控制,得到输出参考电压；

E、本地控制器根据反功率因数下垂控制得到的输出参考电压，结合采集的输出电容电压和输出电感电流进行电压电流双闭环控制。

2.根据权利要求1所述的一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制方法，其特征在于，所述步骤B具体是：本地控制器根据采集得到的输出电容电压Vc和输出电感电流Io，计算出输出电容外变流器m的有功功率Pm及无功功率Qm；同时根据参考输出电压幅值E*，额定输出电压角频率ω*以及电容参数计算电容无功功率：Q_c＝E^*2·ω^*·C_f。

3.根据权利要求2所述的一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制方法，其特征在于，所述步骤C具体是：本地控制器根据计算得到的除输出电容外变流器m的有功功率Pm及无功功率Qm和计算得到的电容无功功率Qc结合，得到变流器m的输出功率因数：

4.根据权利要求1所述的一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制方法，其特征在于，所述步骤D具体是：1)变流器m的本地控制器根据输出功率因数PFm和变流器直流侧电池信息SoCm得到变流器功率调整因子：W_SoC,m＝PF_m/SoC_m；2)本地控制器根据调整因子W_SoC,m进行增强的反功率因数下垂控制,得到参考输出电压角频率ω_m，并根据参考输出电压角频率和参考输出电压幅值合成参考输出电压Vc*，ω_m＝ω^*+D_PF·W_SoC,m；

其中，D_PF为增强的反功率因数下垂系数。

5.根据权利要求1所述的一种孤岛运行串联变流器的全分散自适应功率控制方法，其特征在于，所述步骤E具体是：本地控制器根据反功率因数下垂控制得到的参考输出电压Vc*，结合采集的输出电容电压Vc和输出电感电流Io，通过电压外环与电流内环的双闭环追踪，电压外环采用准谐振控制，电压外环的传递函数为G_V(s)，外环的一个输入为采样得到的输出电容电压Vc，另一个输入为参考输出电压Vc*，外环输出为参考输出电流Io*，内环的传递函数为G_I(s)，内环的一个输入为采样得到的输出电感电流Io，另一个输入为外环输出的参考输出电流Io*，内环输出为用于调制的调制电压Vout*；

G_I(s)＝k_Inner；式中k_p是比例增益，k_i，h是准谐振控制器在谐波次数为h的增益，h＝f,3,5,7,9是谐波次数可为基波，3次谐波，5次谐波，7次谐波，9次谐波，ω_c是准谐振控制器的带宽角频率，ω_h是准谐振控制器在谐波次数为h的角频率，k_Inner是内环的比例增益。

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