CN111262283A - 交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，包括：用比例控制替代电压外环，在维持源变换器的动态响应的同时，使系统母线电压具有下垂特性，降低级联系统的阶数；引入电压和功率协同控制，并调整源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗以提升级联系统的功率传输能力和稳定性。本发明能够减少级联系统输出阻抗的幅值并增加输入阻抗的相位，消除LC滤波器增大级联系统输出阻抗的负面影响，提升级联系统的功率传输能力以及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其是涉及交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法。
背景技术
在现代电力系统中，随着直流负载和分布式发电装置的使用，作为未来配用电的重要组成形式的交直流微电网，得到了愈加广泛的应用。交直流微电网兼顾交流微电网和直流微电网的特点，可以更高效地将分布式电源、储能装置及各类负载整合到电网中，为此其需要采用双向DC/AC变换器作为互联变换器，互联变换器与其他DC/DC变换器组成的级联系统可实现交流母线和直流电网之间的柔性互联，有效提升供电系统的集成能力。
虽然变换器级联系统提升了电网的灵活性，但是由于存在恒功率负载模式运行的变换器，其负阻抗特性会引发直流母线电压振荡。直流微电网中，变换器常用直流LC滤波器消除高频谐波，但是电感会加剧直流母线电压的低频波动，降低系统的阻尼，制约了直流级联系统的应用。现有的级联系统的协同控制方法未考虑LC滤波器所造成的影响。
变换器级联系统存在恒功率负载模式运行的变换器，其负阻抗特性会引发直流母线电压振荡。如直流微电网中，变换器常用直流LC滤波器消除高频谐波，但是电感会加剧直流母线电压的低频波动，降低系统的阻尼，危害系统安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，提升级联系统的功率传输能力以及稳定性。
第一方面，本发明实施例提供了交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，包括：
用比例控制替代电压外环，在维持源变换器的动态响应的同时，使系统母线电压具有下垂特性，降低级联系统的阶数；
引入电压和功率协同控制，并调整源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，变换器级联系统包括直流母线电压控制单元双向boost变换器、功率控制单元双向VSC变换器和LC滤波器。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述比例控制为协同虚拟阻抗控制。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述电压和功率协同控制包括电压控制和功率控制。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述功率控制通过共享功率参考值和电压外环输出信号，使得双向boost变换器和双向VSC变换器依据波动情况进行电压功率参考值的调整。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，利用电压比例外环使母线电压具有下垂特性，并利用双向VSC变换器调节直流母线电压来控制所述VSC变换器调节输入直流电压。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述功率控制的前馈环节用于根据功率参考值，在源变换器中加入抑制电压波动的控制指令来减少源变换器输出阻抗的谐振峰值。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述功率控制的前馈环节包括串联虚拟阻抗。
本发明提供了交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，包括：用比例控制替代电压外环，在维持源变换器的动态响应的同时，使系统母线电压具有下垂特性，降低级联系统的阶数；引入电压和功率协同控制，并调整源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗以提升级联系统的功率传输能力和稳定性。本发明能够减少级联系统输出阻抗的幅值并增加输入阻抗的相位，消除LC滤波器增大级联系统输出阻抗的负面影响，提升级联系统的功率传输能力以及稳定性
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的变换器级联系统示意图；
图2为本发明实施例提供的协同虚拟阻抗控制框图；
图3为本发明实施例提供的源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗变化示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在现代电力系统中，随着直流负载和分布式发电装置的使用，作为未来配用电的重要组成形式的交直流微电网，得到了愈加广泛的应用。交直流微电网兼顾交流微电网和直流微电网的特点，可以更高效地将分布式电源、储能装置及各类负载整合到电网中，为此其需要采用双向DC/AC变换器作为互联变换器，互联变换器与其他DC/DC变换器组成的级联系统可实现交流母线和直流电网之间的柔性互联，有效提升供电系统的集成能力。
虽然变换器级联系统提升了电网的灵活性，但是由于存在恒功率负载模式运行的变换器，其负阻抗特性会引发直流母线电压振荡。直流微电网中，变换器常用直流LC滤波器消除高频谐波，但是电感会加剧直流母线电压的低频波动，降低系统的阻尼，制约了直流级联系统的应用。现有的级联系统的协同控制方法未考虑LC滤波器所造成的影响。
变换器级联系统存在恒功率负载模式运行的变换器，其负阻抗特性会引发直流母线电压振荡。如直流微电网中，变换器常用直流LC滤波器消除高频谐波，但是电感会加剧直流母线电压的低频波动，降低系统的阻尼，危害系统安全性。
基于此，本发明实施例提供了交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，提升级联系统的功率传输能力以及稳定性。如图1所示，变换器级联系统包括直流母线电压控制单元双向boost变换器、功率控制单元双向VSC变换器和LC滤波器。本发明实施例提供的交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法主要包括：
如图2所示，用比例控制替代电压外环，在维持源变换器的动态响应的同时，使系统母线电压具有下垂特性，降低级联系统的阶数；
引入电压和功率协同控制，并调整源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗。
具体地，交直流微电网及其中双向变换器级联系统的主要组成部分有：可再生能源、储能电池、直流母线和交流电网等。变换器级联系统则由直流母线电压控制单元双向boost变换器、功率控制单元双向VSC变换器和LC滤波器组成，如下图所示。其中功率外环控制的VSC直流侧等效输入阻抗仅与交流侧电路和控制特性相关。因此，VSC可看作恒功率负载或者恒功率源。本发明实施例通过比例控制替代电压外环、引入电压和功率协同控制、调整源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗。
根据本发明的实例性实施例，比例控制为协同虚拟阻抗控制。
具体地，比例控制替代电压外环，在维持源变换器的动态响应的同时，使系统母线电压获得下垂特性，并降低系统阶数，提升系统阻尼。
根据本发明的实例性实施例，电压和功率协同控制包括电压控制和功率控制。
根据本发明的实例性实施例，功率控制通过共享功率参考值和电压外环输出信号，使得双向boost变换器和双向VSC变换器依据波动情况进行电压功率参考值的调整。
具体地，功率控制通过共享功率参考值和电压外环输出信号，使得双向boost和VSC可以依据波动情况调整电压功率参考值。前馈环节可以依据功率参考值，在源变换器中加入抑制电压波动的控制指令，减少母线电流增大所导致的电压波动，等效于串联一个虚拟阻抗，削减源变换器输出阻抗的谐振峰值。
而电压比例协同控制环节作用在于，电压比例外环使得电压拥有下垂特性，同时利用VSC调节直流母线电压的能力，控制VSC调节其输入直流电压，抑制电压波动，等效为并联容性虚拟阻抗，增加输入阻抗相位，提升系统阻尼。
根据本发明的实例性实施例，利用电压比例外环使母线电压具有下垂特性，并利用双向VSC变换器调节直流母线电压来控制VSC变换器调节输入直流电压。
根据本发明的实例性实施例，功率控制的前馈环节用于根据功率参考值，在源变换器中加入抑制电压波动的控制指令来减少源变换器输出阻抗的谐振峰值。
根据本发明的实例性实施例，功率控制的前馈环节包括串联虚拟阻抗。
经过上述步骤后，源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗发生变化，变化如图3所示。源变换器boost的串联虚拟阻抗ZSVI和VSC的并联虚拟阻抗ZPVI的变化有利于提升级联系统的功率传输能力以及稳定性。根据图3，含LC滤波器的源变换器等效输出阻抗Zo和负载变换器等效输入阻抗Zi即可得到，进而根据波特图和稳定性判据，可判定级联系统是否稳定。源变换器等效输出阻抗Zo和负载变换器等效输入阻抗Z的表达式如式(1)和式(2)所示。
Zi＝Z′Cdc (2)
其中，ZBdc为双向boost变换器等效输出阻抗，因双向boost变换器是控制直流母线电压的源变换器，其可以等效为受控电压源串联输出阻抗的戴维南等效模型；ZCdc为VSC直流侧等效输入阻抗，采用功率外环控制的VSC直流侧等效输入阻抗仅与交流侧电路和控制特性相关，因此，VSC可看作恒功率负载或者恒功率源，等效为电流源与阻抗并联的诺顿模型；Cc为LC滤波器的电容和VSC直流侧电容并联后的等效值。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，其特征在于，包括：
用比例控制替代电压外环，在维持源变换器的动态响应的同时，使系统母线电压具有下垂特性，降低级联系统的阶数；
引入电压和功率协同控制，并调整源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗。
2.根据权利要求1所述的交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，其特征在于，变换器级联系统包括直流母线电压控制单元双向boost变换器、功率控制单元双向VSC变换器和LC滤波器。
3.根据权利要求2所述的交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，其特征在于，所述比例控制为协同虚拟阻抗控制。
4.根据权利要求3所述的交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，其特征在于，所述电压和功率协同控制包括电压控制和功率控制。
5.根据权利要求4所述的交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，其特征在于，所述功率控制通过共享功率参考值和电压外环输出信号，使得双向boost变换器和双向VSC变换器依据波动情况进行电压功率参考值的调整。
6.根据权利要求4所述的交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，其特征在于，利用电压比例外环使母线电压具有下垂特性，并利用双向VSC变换器调节直流母线电压来控制所述VSC变换器调节输入直流电压。
7.根据权利要求5所述的交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，其特征在于，所述功率控制的前馈环节用于根据功率参考值，在源变换器中加入抑制电压波动的控制指令来减少源变换器输出阻抗的谐振峰值。
8.根据权利要求5所述的交直流微电网变换器级联系统的协同控制方法，其特征在于，所述功率控制的前馈环节包括串联虚拟阻抗。
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| CN114884046A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-08-09 | 厦门大学 | 一种基于阻抗编辑的多低次谐波电流自适应抑制方法 |
| CN115117911A (zh) * | 2021-03-18 | 2022-09-27 | 华北电力大学（保定） | 一种交直流混合配网中柔性直流互联装置的阻抗协调重塑控制策略 |
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2020
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Legal Events
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Application publication date: 20200609 |