CN112086996A - 一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法 - Google Patents

一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法,包括:基于一致性算法的通信机制的建立和改进的下垂控制方法,其特点是,各逆变器具有与其相连的Agent,通过一致性算法获得全局信息,并计算改进下垂控制所需的可变虚拟阻抗指令值再传输给逆变器控制器,无需中央控制器;采用改进下垂控制,其主要分析并联逆变器之间功率分配原则和线路阻抗与输出功率之间的关系,设计出可变虚拟阻抗实时补偿线路之间的压差;针对传统下垂控制电压/频率偏离给定值的缺点,引入了倒数功率项保证经过控制之后的系统电压/频率在给定值上稳定运行。经过改进之后的下垂控制不仅能够按容量和下垂系数进行逆变器功率的精确分配,还能保证系统电能质量。

Description

一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子控制领域,尤其涉及一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法。
背景技术
逆变器是将直流电能转换成交流电满足人们日常需求。在微电网中,逆变器将光伏,储能等微源输出的直流电转换为交流电输送到母线上。为了提高逆变电源的可靠性,通常采用逆变器并联技术。然而具有各逆变器根据自身输出参数来调节输出稳定的电压,频率及功率的特点的下垂控制方法得到了广泛的应用。下垂控制仅仅对逆变器自身输出的功率进行控制,得到稳定的电网电压和频率。然而传统的下垂控制有着本身固有的缺点,例如,功率耦合导致各逆变器输出有功无功分配不均,牺牲电压频率值改变逆变器输出功率,是一个有差控制。因此对于下垂控制的改进技术成为了学者们研究重点。例如:中国专利申请号201911361075.X,名称为:“一种基于下垂控制的自动控制设备及其控制方法”提出中央控制器控制多个并联分布式电源的功率分配,并设置三个子单元进行参数调节。但并没有解决线路阻抗不一致导致的功率分配不均和电压/频率偏离参考值的问题。而且中央控制器的设置降低了系统的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提出一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法,以解决并联逆变器由于线路阻抗存在差异导致线路上压降不同使得各微源母线上的电压不同的问题。所谓Agent是指具有计算和通信能力的智能体,具备交互性,反应性,主动性和自主性的特征,也是快速散布路由更新信息到整个大型网络的每个节点的一种方法。首先,各微源拥有自己的Agent,每个Agent通过flooding一致性算法负责对邻近Agent共享信息,并且进行指令计算。其次,只需实时计算得到逆变器自身输出的功率就可得到可变虚拟阻抗值实现功率精确分配。最后通过引入功率导数项恢复电压和频率的偏离。基于Agent的改进下垂控制实现了各逆变器输出功率的精确分配,无需通信协议,无需测量母线电压,无需准确获得线路阻抗信息,同时也实现了电压和频率的恢复使得母线电压和系统频率稳定。提出的方法稳定性好,结构简单,适用性强,效果佳。
实现本发明目的采用的技术方案是,一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法,其特征是,它包括的内容有:
1)基于一致性算法的通信机制的建立
所述通信机制是基于flooding一致性算法的各Agent之间的信息共享过程,首先每个发电节点配有Agent节点,各Agent之间的通信拓扑采用无向环形通信拓扑结构图,各Agent基于flooding一致性算法与相邻Agent之间共享信息使系统中各Agent之间的信息达到一致,再经过改进下垂控制所需算法计算出指令值提供给逆变器控制模块,每个Agent设定ID为环形拓扑结构图中相邻的节点,并且具有唯一独特的ID,所以,第i个Agent的信息表示为:
Figure BDA0002624077270000021
其中IDi表示第i个Agent的标志,
Figure BDA0002624077270000022
表示为与第i个Agent相连结点的信息;
parai=<Pi,mi1> (2)
parai表示第i个Agent的相关信息,在系统当中,Agent掌握各逆变器输出的有功功率及下垂系数,基于flooding一致性算法,每个Agent获得全局信息所需迭代次数为:
Figure BDA0002624077270000023
其中n为系统节点个数,T为信息交互迭代次数;
2)改进的下垂控制方法
每个分布式微源的控制由基本控制模块和改进下垂模块构成,所述基本控制模块包括直流电压源、电压源型逆变器、低通滤波器、线路阻抗、PCC母线、负载、Park变换模块、功率计算模块、下垂控制模块、电压合成模块和电压电流双闭环模块;
所述Park变换模块,就是将abc坐标下的交流变量转换为dq坐标下的直流变换为:
Figure BDA0002624077270000024
所述功率计算模块计算逆变器实际输出功率,测量逆变器输出的电压uo和io,经过dq轴变换,再计算其输出有功功率Pi和无功功率Qi为:
Figure BDA0002624077270000025
其中iodi,uodi为d轴上的电流和电压,ioqi,uoqi为q轴上的电流电压;
所述下垂控制模块就是从功率计算模块接受有功功率pi和无功功率Qi经过下垂控制法得到调节电压和频率的参考值,具体控制法为:
在低压微网,线路阻抗呈阻性的时候,第i个逆变器输出的有功功率和无功功率为:
Figure BDA0002624077270000031
无功功率为:
Figure BDA0002624077270000032
其中,Ui为第i个逆变器输出电压,Upcc为母线电压幅值,
Figure BDA0002624077270000033
为第i个逆变器输出电压与PCC电压之间的电压相位差,RiL为第i条线路上的电阻;
根据式(6)和(7),逆变器输出有功功率与电压相关联,输出无功功率与相角相关联,因此,低压微网线路阻抗阻性情况下的下垂特性方程为:
Figure BDA0002624077270000034
Figure BDA0002624077270000035
式中,firef和Uiref分别为第i个逆变器输出频率和电压幅值;
Figure BDA0002624077270000036
Figure BDA0002624077270000037
为第i个逆变器基点频率和电压幅值;ni1和mi1为下垂系数;Qi和Pi为第i个逆变器输出有功功率和无功功率;
Figure BDA0002624077270000038
Figure BDA0002624077270000039
为第i个逆变器基点无功功率和有功功率;
所述电压合成模块,将下垂控制模块输出的电压幅值与相位合成三相电压,计算公式为:
Figure BDA00026240772700000310
所述电压电流双闭环模块,电压外环采用准PR控制器,电流内环采用比例控制器,能够快速跟踪电流信号;采用PR控制器的电压外环和比例控制器电流内环的双闭环控如下方式进行计算:
比例电流内环:
Figure BDA00026240772700000311
准PR电压外环:
Figure BDA0002624077270000041
其中,Ki为比例系数,kpu为PR控制器比例增益系数,ωr截至频率,ω0为谐振频率,Kr为积分增益系数,Lf滤波电感,Cf滤波电容,iLd和iLq为dq轴上的电感电流;
所述改进的下垂控制是针对低压微网线路阻抗呈阻性且各并联逆变器到母线之间的线路阻抗不一致导致输出电压不一致,功率分配不均及传统下垂控制电压/频率有差调节而进行的改进;
设每条线路上存在虚拟阻抗Rvi补充线路阻抗差异值,并联逆变器功率分配原则如下:
Figure BDA0002624077270000042
当并联逆变器存在压差时,各逆变器按照分配原则分配有功功率会出现误差,相对误差表达式为:
Figure BDA0002624077270000043
结合(14)式,相对误差e1表达为:
Figure BDA0002624077270000044
由(15)式可知,有功功率能够精确的按容量分配的充要条件为:
Figure BDA0002624077270000045
由于逆变器输出电压相位与母线电压相位差近似,所以式(6)可以简化为:
Figure BDA0002624077270000046
结合虚拟阻抗,再对式(17)两边取微分:
Figure BDA0002624077270000047
由式(18)知,有功功率与虚拟阻抗呈反比例,随着Rvi增大,ΔPi减小;
所以,可变虚拟阻抗是由有功功率的变化确定:
Figure BDA0002624077270000051
式中,Ki1为积分系数,虚拟阻抗部分由固定虚拟阻抗Rv'i和可变虚拟阻抗
Figure BDA0002624077270000052
来组成,固定虚拟阻抗保证逆变器输出阻抗无限接近或纯阻性,可变虚拟阻抗在线路阻抗不一致的条件下保证母线上电压一致,并且功率得到精确分配,
Figure BDA0002624077270000053
由各逆变器Agent经过flood一致性原则获得全局信息,再经过如下计算得到:
Figure BDA0002624077270000054
式中,PT为各逆变器输出功率之和;
利用功率导数项保证逆变器输出电压频率再回到基准值稳定运行;
所述改进后得到的下垂控制算法为:
Figure BDA0002624077270000055
式中,ndi和mdi为无功功率和有功功率导数项微分系数,ni1和mi1为改进的下垂系数,Qi和Pi为第i个逆变器输出有功功率和无功功率;
Figure BDA0002624077270000056
Figure BDA0002624077270000057
为第i个逆变器基点无功功率和有功功率;
Figure BDA0002624077270000058
Figure BDA0002624077270000059
为第i个逆变器基点频率和电压幅值;firef和Uiref分别为第i个逆变器输出频率和电压幅值;Ki1为积分系数;Rv'i为固定虚拟阻抗;
Figure BDA00026240772700000510
为可变虚拟阻抗;i0为逆变器输出电流。
进一步,对于系统4个发电结点,各节点Agent基于一致性算法的获取全局信息的步骤如下:
①在T=0时刻,第一个Agent的信息为:
Figure BDA00026240772700000511
第二个Agent获得的信息为:
Figure BDA00026240772700000512
第三个Agent获得的信息为
Figure BDA00026240772700000513
第一个Agent获得的信息为:
Figure BDA00026240772700000514
②在T=1时刻,第一个Agent获得的信息为:
Figure BDA00026240772700000515
Figure BDA00026240772700000516
第二个Agent获得的信息为:
Figure BDA0002624077270000061
第三个Agent获得的信息为:
Figure BDA0002624077270000062
Figure BDA0002624077270000063
第四个Agent获得的信息为:
Figure BDA0002624077270000064
Figure BDA0002624077270000065
③在T=2时刻,第一个Agent获得的信息为:
Figure BDA0002624077270000066
Figure BDA0002624077270000067
第二个Agent获得的信息为:
Figure BDA0002624077270000068
Figure BDA0002624077270000069
第三个Agent获得的信息:
Figure BDA00026240772700000610
Figure BDA00026240772700000611
第四个Agent获得的信息为:
Figure BDA00026240772700000612
Figure BDA00026240772700000613
因此,对于拥有四个节点的系统,只需两次的传送信息的迭代就可获得全局的信息。
进一步,所述直流电压源采用新能源发电或是储能系统提供或用固定的直流电压源作为电源。
进一步,所述电压源型逆变器采用IGBT逆变器。
进一步,所述低通滤波器采用LC滤波器。
进一步,所述线路阻抗采用阻性的阻抗。
本发明的一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法,其特点一是,各逆变器具有与其相连的Agent,它的任务是通过一致性算法获得全局信息,并计算改进下垂控制所需的可变虚拟阻抗指令值再传输给逆变器控制器,无需中央控制器。其特点二是,针对低压微网阻性线路采用Q-f/P-U的下垂控制,针对并联逆变器线路阻抗不一致导致功率未能精确分配问题采用改进下垂控制,其主要分析并联逆变器之间功率分配原则和线路阻抗与输出功率之间的关系,设计出可变虚拟阻抗实时补偿线路之间的压差。其特点三,电压电流双闭环控制电压外环采用准PR控制降低了系统敏感度,增强稳定性。针对传统下垂控制电压/频率偏离给定值的缺点,引入了倒数功率项保证经过控制之后的系统电压/频率在给定值上稳定运行。经过改进之后的下垂控制不仅能够按容量和下垂系数进行逆变器功率的精确分配,还能保证系统电能质量。提出的方法稳定性好,结构简单,适用性强,效果佳。
附图说明
图1是本发明的一种基于Agent并联逆变器下垂控制法结构示意图;
图2是本发明通信系统信息迭代示意图(信息交互迭代次数T=0);
图3是本发明通信系统信息迭代示意图(信息交互迭代次数T=1);
图4是本发明通信系统信息迭代示意图(信息交互迭代次数T=n);
图5是本发明改进下垂控制结构示意图;
图6是本发明并联逆变器输出功率示意图;
图7是本发明并联逆变器输出电压示意图;
图8是本发明并联逆变器输出频率示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1-图5,一种基于Agent的微网并联逆变器功率分配方法。Agent指具有计算和通信能力的智能体。并联逆变器控制系统包括直流电压源,电压源型逆变器,低通滤波器,线路阻抗,PCC母线,负载,Park变换模块,功率计算模块,改进下垂控制模块,电压电流双闭环模块,信息交换及计算Agent。所述具体实施步骤如下:
(1)各Agent用flooding一致性算法获取全局信息的过程。
结合图2-图5分析,首先每个发电节点配有Agent节点,各Agent之的通信拓扑采用无向环形通信拓扑结构。其特征在于环形无向拓扑图易于观察到停止条件。这些Agent基于flooding(flooding是快速散布路由更新信息到整个大型网络的每个节点的一种方法)一致性算法与相邻Agent之间共享信息使系统中各Agent之间的信息达到一致,再经过改进下垂控制所需算法计算出指令值提供给逆变器控制模块。每个Agent设定ID为环形拓扑结构图中相邻的节点,并且具有唯一独特的ID。所以,第i个Agent的信息表示为:
Figure BDA0002624077270000071
其中IDi表示第i个agent的标志,
Figure BDA0002624077270000072
表示为与第i个agent相连结点的信息。
parai=<Pi,mi1> (2)
parai表示第i个Agent的相关信息。在本设计系统当中,Agent掌握各逆变器输出的有功功率及下垂系数。基于flooding一致性算法,每个Agent获得全局信息所需迭代次数为:
Figure BDA0002624077270000073
其中n为系统发电节点个数,T为信息交互迭代次数。
以包含4个发电结点的Agent系统为例,各节点Agent基于一致性算法的获取全局信息的步骤如下:
在T=0时刻,
Figure BDA0002624077270000081
Figure BDA0002624077270000082
在T=1时刻,第一个Agent获得的信息为:
Figure BDA0002624077270000083
Figure BDA0002624077270000084
第二个Agent获得的信息为:
Figure BDA0002624077270000085
第三个Agent获得的信息为:
Figure BDA0002624077270000086
Figure BDA0002624077270000087
第四个Agent获得的信息为:
Figure BDA0002624077270000088
Figure BDA0002624077270000089
在T=2时刻,第一个Agent获得的信息为:
Figure BDA00026240772700000810
Figure BDA00026240772700000811
第二个Agent获得的信息:
Figure BDA00026240772700000812
Figure BDA00026240772700000813
第三个Agent获得的信息:
Figure BDA00026240772700000814
Figure BDA00026240772700000815
第四个Agent获得的信息为:
Figure BDA00026240772700000816
Figure BDA00026240772700000817
(2)测量逆变器输出电压和电流信号。
(3)对测量到的交流电压和电流行进park变换,得到电压电流dq轴的分量。
Park变换模块,就是将abc坐标下的交流变量转换为dq坐标下的直流变换为:
Figure BDA00026240772700000818
三相电压park变换后的dq轴分量为:
Figure BDA0002624077270000091
Figure BDA0002624077270000092
三相电压park变换后的dq轴分量为:
Figure BDA0002624077270000093
Figure BDA0002624077270000094
式中,Uod,iod为逆变器输出电压电流d轴分量,Uoq,ioq为逆变器输出电压电流q轴分量,ia,ib,ic为逆变器输出电流在三相静止坐标下的分量,Ua,Ub,Uc为逆变器输出电压在三相静止坐标下的分量。
(4)利用dq轴上的电压电流分量计算逆变器输出有功和无功功率。
逆变器输出功率具体算法:
Figure BDA0002624077270000095
式中Pi为第i个逆变器输出有功功率,Qi为第i个逆变器输出无功功率。
(5)得到的有功功率和无功功率输送到改进下垂控制模块得到调整后的电压和频率参考值控制逆变器输出功率。
在低压微网,线路阻抗呈阻性的时候,第i个逆变器输出的有功功率和无功功率可以写成:
Figure BDA0002624077270000096
Figure BDA0002624077270000097
其中,Ui为第i个逆变器输出电压,Upcc为母线电压幅值,
Figure BDA0002624077270000098
为第i个逆变器输出电压与PCC电压之间的电压相位差,RiL为第i条线路上的电阻。
根据式(6)和式(7)逆变器输出有功功率与电压相关联,输出无功功率与相角相关联。因此,低压微网线路阻抗阻性情况下的下垂特性方程为:
Figure BDA0002624077270000099
Figure BDA0002624077270000101
式中,firef和Uiref分别为第i个逆变器输出频率和电压幅值;
Figure BDA0002624077270000102
Figure BDA0002624077270000103
为第i个逆变器基点频率和电压幅值;ni1和mi1为下垂系数;Qi和Pi为第i个逆变器输出有功功率和武功功率;
Figure BDA0002624077270000104
Figure BDA0002624077270000105
为第i个逆变器基点无功功率和有功功率。
(6)电压合成。
下垂控制输出的电压幅值和频率经过合成得到三相电压静态值。具体合成公式如下:
Figure BDA0002624077270000106
(7)再进行park变换为电压电流双闭环控制做准备。
经过park变换,获得电压dq轴分量。计算方法如式(4)所示。
(8)电压电流双闭环控制。
将变换后的电压dq分量,及电流dq分量传输到电压电流双闭环控制部分。具体算法如下所示:
比例电流内环:
Figure BDA0002624077270000107
准PR电压外环:
Figure BDA0002624077270000108
其中,Ki为比例系数,kpu为PR控制器比例增益系数,ωr截至频率,ω0为谐振频率,Kr为积分增益系数,Lf滤波电感,Cf滤波电容,iLd为电感电流。电流控制环采用电感电流作为控制量,具有对线路参数不敏感,精准采样等优点。
改进下垂控制法分析步骤:
①设每条线路上存在虚拟阻抗Rvi补充线路阻抗差异值。并联逆变器功率分配原则如下:
Figure BDA0002624077270000111
②当并联逆变器存在压差时,各逆变器输出有功功率会出现误差,相对误差表达式为:
Figure BDA0002624077270000112
③结合上述表达式,相对误差e1可以表达为:
Figure BDA0002624077270000113
④由上述式子可知,有功功率能够精确的按容量分配的充要条件为:
Figure BDA0002624077270000114
⑤由于逆变器输出电压相位与母线电压相位差近似,所以式(6)可以简化为:
Figure BDA0002624077270000115
⑥结合虚拟阻抗,再对上述式子两边取微分:
Figure BDA0002624077270000116
⑦由上述式子知,有功功率与虚拟阻抗呈反比例,随着Rvi增大,ΔPi减小。
可变虚拟阻抗计算公式:
Figure BDA0002624077270000117
式中,Ki1为积分系数。虚拟阻抗部分由固定虚拟阻抗Rv'i和可变虚拟阻抗
Figure BDA0002624077270000118
来组成,固定虚拟阻抗保证逆变器输出阻抗无限接近或纯阻性,可变虚拟阻抗在线路阻抗不一致的条件下保证母线上电压一致,并且功率得到精确分配。
Figure BDA0002624077270000119
由各逆变器Agent经过flooding一致性原则获得全局信息,再经过如下计算得到:
Figure BDA00026240772700001110
式中,PT为各逆变器输出功率之和。
利用功率导数项保证逆变器输出电压频率再回到基准值稳定运行。改进后得到的下垂控制算法为:
Figure BDA0002624077270000121
式中,ndi和mdi为无功功率和有功功率导数项微分系数;ndi和mdi为无功功率和有功功率导数项微分系数;ni1和mi1为改进的下垂系数;Qi和Pi为第i个逆变器输出有功功率和无功功率;
Figure BDA0002624077270000122
Figure BDA0002624077270000123
为第i个逆变器基点无功功率和有功功率;
Figure BDA0002624077270000124
Figure BDA0002624077270000125
为第i个逆变器基点频率和电压幅值;firef和Uiref分别为第i个逆变器输出频率和电压幅值;Ki1为积分系数;Rv'i为固定虚拟阻抗;
Figure BDA0002624077270000126
为可变虚拟阻抗;i0为逆变器输出电流。
改进后的下垂控制不仅能够克服并联逆变器线路阻抗不一致的情况,而且对传统下垂控制输出电压频率出现偏差的缺点有了很好的改进。特别是,Agent的加入,不仅缩短对全局信息的获得及所需指令值计算时间,而且相比中央控制器更具高效和便捷。
下面给出具体仿真算例来验证本策略的有效性:
首先针对三个微源逆变器并联微网系统搭建一个Matlab/Simulink仿真算例。结构示意图如图1所示。本次仿真选择了相同容量的三个逆变器,相同滤波器,三条不一样的线路阻抗验证改进下垂控制对逆变器输出功率的精确分配效果及电压/频率的恢复效果。实现功率的精确分配及电压/频率无差控制。具体选用参数如表1所示
表1:本发明实施例的参数表
Figure BDA0002624077270000127
仿真验证设定三条线路阻抗分别为:2.28+3.34e-4j,1.28+4.64e-4j,1.5+2.64e- 4j。负荷所需功率为在仿真前1秒钟设定3000w功率值,在1s之后增加负荷3000w,观察逆变器输出功率的变化曲线及电压频率变化过程。
改进之后的逆变器输出功率的分配如图6所示,在前一秒钟虽然线路阻抗存在差异,但是具有相同容量跟下垂系数三个微源逆变器能够精确分配相同的有功功率跟无功功率,后一秒随着负载需求的增加各逆变器按比例调整增加输出功率达到供需平衡,实现了在线路阻抗存在不一致情况下逆变器输出功率的精确分配。电压和频率的变化如图7和8所示,在1s之后随着负载需求增加,传统下垂控制将牺牲电压和频率幅值增加逆变器的功率输出,但经过改进之后的下垂控制,从图7和8可以看到电压和频率幅值1s出现微小的波动之后又回到给定值稳定运行,能够保证功率精确分配的同时,系统稳定运行。

Claims (6)

1.一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法,其特征是,它包括的内容有:
1)基于一致性算法的通信机制的建立
所述通信机制是基于flooding一致性算法的各Agent之间的信息共享过程,首先每个发电节点配有Agent节点,各Agent之间的通信拓扑采用无向环形通信拓扑结构图,各Agent基于flooding一致性算法与相邻Agent之间共享信息使系统中各Agent之间的信息达到一致,再经过改进下垂控制所需算法计算出指令值提供给逆变器控制模块,每个Agent设定ID为环形拓扑结构图中相邻的节点,并且具有唯一独特的ID,所以,第i个Agent的信息表示为:
Figure FDA0002624077260000011
其中IDi表示第i个Agent的标志,
Figure FDA0002624077260000012
表示为与第i个Agent相连结点的信息;
parai=<Pi,mi1> (2)
parai表示第i个Agent的相关信息,在系统当中,Agent掌握各逆变器输出的有功功率及下垂系数,基于flooding一致性算法,每个Agent获得全局信息所需迭代次数为:
Figure FDA0002624077260000013
其中n为系统节点个数,T为信息交互迭代次数;
2)改进的下垂控制方法
每个分布式微源的控制由基本控制模块和改进下垂模块构成,所述基本控制模块包括直流电压源、电压源型逆变器、低通滤波器、线路阻抗、PCC母线、负载、Park变换模块、功率计算模块、下垂控制模块、电压合成模块和电压电流双闭环模块;
所述Park变换模块,就是将abc坐标下的交流变量转换为dq坐标下的直流变换为:
Figure FDA0002624077260000014
所述功率计算模块计算逆变器实际输出功率,测量逆变器输出的电压uo和io,经过dq轴变换,再计算其输出有功功率Pi和无功功率Qi为:
Figure FDA0002624077260000015
其中iodi,uodi为d轴上的电流和电压,ioqi,uoqi为q轴上的电流电压;
所述下垂控制模块就是从功率计算模块接受有功功率pi和无功功率Qi经过下垂控制法得到调节电压和频率的参考值,具体控制法为:
在低压微网,线路阻抗呈阻性的时候,第i个逆变器输出的有功功率和无功功率为:
Figure FDA0002624077260000021
无功功率为:
Figure FDA0002624077260000022
其中,Ui为第i个逆变器输出电压,Upcc为母线电压幅值,
Figure FDA0002624077260000023
为第i个逆变器输出电压与PCC电压之间的电压相位差,RiL为第i条线路上的电阻;
根据式(6)和(7),逆变器输出有功功率与电压相关联,输出无功功率与相角相关联,因此,低压微网线路阻抗阻性情况下的下垂特性方程为:
Figure FDA0002624077260000024
Figure FDA0002624077260000025
式中,firef和Uiref分别为第i个逆变器输出频率和电压幅值;fi *
Figure FDA0002624077260000026
为第i个逆变器基点频率和电压幅值;ni1和mi1为下垂系数;Qi和Pi为第i个逆变器输出有功功率和无功功率;
Figure FDA0002624077260000027
和Pi *为第i个逆变器基点无功功率和有功功率;
所述电压合成模块,将下垂控制模块输出的电压幅值与相位合成三相电压,计算公式为:
Figure FDA0002624077260000028
所述电压电流双闭环模块,电压外环采用准PR控制器,电流内环采用比例控制器,能够快速跟踪电流信号;采用PR控制器的电压外环和比例控制器电流内环的双闭环控如下方式进行计算:
比例电流内环:
Figure FDA0002624077260000031
准PR电压外环:
Figure FDA0002624077260000032
其中,Ki为比例系数,kpu为PR控制器比例增益系数,ωr截至频率,ω0为谐振频率,Kr为积分增益系数,Lf滤波电感,Cf滤波电容,iLd和iLq为dq轴上的电感电流;
所述改进的下垂控制是针对低压微网线路阻抗呈阻性且各并联逆变器到母线之间的线路阻抗不一致导致输出电压不一致,功率分配不均及传统下垂控制电压/频率有差调节而进行的改进;
设每条线路上存在虚拟阻抗Rvi补充线路阻抗差异值,并联逆变器功率分配原则如下:
Figure FDA0002624077260000033
当并联逆变器存在压差时,各逆变器按照分配原则分配有功功率会出现误差,相对误差表达式为:
Figure FDA0002624077260000034
结合(14)式,相对误差e1表达为:
Figure FDA0002624077260000035
由(15)式可知,有功功率能够精确的按容量分配的充要条件为:
Figure FDA0002624077260000036
由于逆变器输出电压相位与母线电压相位差近似,所以式(6)可以简化为:
Figure FDA0002624077260000037
结合虚拟阻抗,再对式(17)两边取微分:
Figure FDA0002624077260000041
由式(18)知,有功功率与虚拟阻抗呈反比例,随着Rvi增大,ΔPi减小;
所以,可变虚拟阻抗是由有功功率的变化确定:
Figure FDA0002624077260000042
式中,Ki1为积分系数,虚拟阻抗部分由固定虚拟阻抗Rv'i和可变虚拟阻抗
Figure FDA0002624077260000043
来组成,固定虚拟阻抗保证逆变器输出阻抗无限接近或纯阻性,可变虚拟阻抗在线路阻抗不一致的条件下保证母线上电压一致,并且功率得到精确分配,Pi *由各逆变器Agent经过flood一致性原则获得全局信息,再经过如下计算得到:
Figure FDA0002624077260000044
式中,PT为各逆变器输出功率之和;
利用功率导数项保证逆变器输出电压频率再回到基准值稳定运行;
所述改进后得到的下垂控制算法为:
Figure FDA0002624077260000045
式中,ndi和mdi为无功功率和有功功率导数项微分系数,ni1和mi1为改进的下垂系数,Qi和Pi为第i个逆变器输出有功功率和无功功率;
Figure FDA0002624077260000046
和Pi *为第i个逆变器基点无功功率和有功功率;fi *
Figure FDA0002624077260000047
为第i个逆变器基点频率和电压幅值;firef和Uiref分别为第i个逆变器输出频率和电压幅值;Ki1为积分系数;R′vi为固定虚拟阻抗;
Figure FDA0002624077260000048
为可变虚拟阻抗;i0为逆变器输出电流。
2.根据权利要求1所述的一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法,其特征是,步骤1)对于系统4个发电结点,各节点Agent基于一致性算法的获取全局信息的步骤如下:
①在T=0时刻,第一个Agent的信息为:
Figure FDA0002624077260000049
第二个Agent获得的信息为:
Figure FDA0002624077260000051
第三个Agent获得的信息为:
Figure FDA0002624077260000052
第四个Agent获得的信息为:
Figure FDA0002624077260000053
②在T=1时刻,第一个Agent获得的信息为:
Figure FDA0002624077260000054
Figure FDA0002624077260000055
第二个Agent获得的信息为:
Figure FDA0002624077260000056
第三个Agent获得的信息为:
Figure FDA0002624077260000057
Figure FDA0002624077260000058
第四个Agent获得的信息为:
Figure FDA0002624077260000059
Figure FDA00026240772600000510
③在T=2时刻,第一个Agent获得的信息为:
Figure FDA00026240772600000511
Figure FDA00026240772600000512
第二个Agent获得的信息为:
Figure FDA00026240772600000513
Figure FDA00026240772600000514
第三个Agent获得的信息:
Figure FDA00026240772600000515
Figure FDA00026240772600000516
第四个Agent获得的信息为:
Figure FDA00026240772600000517
Figure FDA00026240772600000518
因此,对于拥有四个节点的系统,只需两次的传送信息的迭代就可获得全局的信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法,其特征是,所述直流电压源采用新能源发电或是储能系统提供或用固定的直流电压源作为电源。
4.根据权利要求1所述的一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法,其特征是,所述电压源型逆变器采用IGBT逆变器。
5.根据权利要求1所述的一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法,其特征是,所述低通滤波器采用LC滤波器。
6.根据权利要求1所述的一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法,其特征是,所述线路阻抗采用阻性的阻抗。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112688295A (zh) * 2020-12-17 2021-04-20 电子科技大学 基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制方法
CN112952906A (zh) * 2021-03-25 2021-06-11 天津大学 下垂控制直流微电网参考运行功率快速获取方法及装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105576708A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 国网上海市电力公司 一种微电网中逆变器并联运行时无功均衡分配控制方法
CN106712088A (zh) * 2017-01-17 2017-05-24 燕山大学 基于虚拟阻抗与虚拟电源的低压微电网逆变器控制体系
CN106712106A (zh) * 2016-12-13 2017-05-24 重庆大学 一种可抑制并联运行逆变器环流的虚拟阻抗在线调节法
CN108123448A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 赵吉彬 一种新型微电网分布式不对称功率分配控制方法
CN109936169A (zh) * 2017-12-15 2019-06-25 台达电子企业管理(上海)有限公司 并联逆变器之间不平衡和谐波功率的分配控制方法及装置
CN110190599A (zh) * 2019-06-10 2019-08-30 燕山大学 一种基于有限时间一致性理论的孤岛微电网控制策略
KR20200008314A (ko) * 2018-07-16 2020-01-28 한국전력공사 마이크로그리드의 분산 전원 시스템

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105576708A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 国网上海市电力公司 一种微电网中逆变器并联运行时无功均衡分配控制方法
CN108123448A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 赵吉彬 一种新型微电网分布式不对称功率分配控制方法
CN106712106A (zh) * 2016-12-13 2017-05-24 重庆大学 一种可抑制并联运行逆变器环流的虚拟阻抗在线调节法
CN106712088A (zh) * 2017-01-17 2017-05-24 燕山大学 基于虚拟阻抗与虚拟电源的低压微电网逆变器控制体系
CN109936169A (zh) * 2017-12-15 2019-06-25 台达电子企业管理(上海)有限公司 并联逆变器之间不平衡和谐波功率的分配控制方法及装置
KR20200008314A (ko) * 2018-07-16 2020-01-28 한국전력공사 마이크로그리드의 분산 전원 시스템
CN110190599A (zh) * 2019-06-10 2019-08-30 燕山大学 一种基于有限时间一致性理论的孤岛微电网控制策略

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUOLIAN HOU ET AL.: "Virtual negative impedance droop method for parallel inverters in Microgrids", 《IEEE》 *
LU JIAXIN ET AL.: "A Novel Virtual Impedance Method for Droop Controlled Parallel UPS Inverters with Wireless Control", 《ITEC》 *
黄骏翅 等: "低压微网逆变器自适应谐波下垂控制策略", 《电力自动化设备》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112688295A (zh) * 2020-12-17 2021-04-20 电子科技大学 基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制方法
CN112688295B (zh) * 2020-12-17 2022-11-01 电子科技大学 基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制方法
CN112952906A (zh) * 2021-03-25 2021-06-11 天津大学 下垂控制直流微电网参考运行功率快速获取方法及装置
CN112952906B (zh) * 2021-03-25 2023-06-30 天津大学 下垂控制直流微电网参考运行功率快速获取方法及装置

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