CN113013931A - 一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法，所述控制方法包括：采集DC‑AC变流器的直流侧电流和直流侧电压；对直流侧电流和直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号；采集DC‑AC变流器的交流侧电流和交流侧电压；根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC‑AC变流器进行功率平衡控制。本发明将交流下垂控制策略应用于功率控制中，并且将三相全控桥DC/AC变流器的直流端电压、电流信号均引入至交流下垂控制策略的外环控制中，改进了交流下垂控制，实现了在无通讯条件下，自动平衡分配DC母线与AC母线的功率，使DC母线和AC母线电压都能更加稳定，且母线之间的功率分配也更加合理。

Description

一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法及系统
技术领域
本发明涉及交直流配电网控制技术领域，特别是涉及一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法及系统。
背景技术
能源是全球发展和人类生存的重要基础，随着环境问题和能源需求的日益凸显，以清洁能源为主的分布式发电技术成为当前研究热点。分布式发电具有可靠性高、污染少、建设周期短、投资少等特点，但是由于其取决于自然资源条件，具有波动性和间歇性，大规模并网运行会给电网的安全稳定运行带来显著影响。交直流配电网不仅能够协调主网与分布式电源之间的矛盾，提高分布式能源的利用率，并且其交流、直流接口能够适配对应的交流、直流负荷，减少了电能变换环节中的损耗。交直流配电网交流子网和直流子网相连后，互相作为功率和电压支撑，提高了系统整体的运行稳定性。因此交直流配电网母线之间的功率分配控制对维持系统稳定运行、保障供电可靠性十分重要。目前对交直流配电网母线之间功率分配控制的技术均是通过通讯系统、监控系统来实现，即主要基于通信系统条件下的控制策略：通过监控系统实时监测交直流配电网的各项运行参数，而信息通信将交直流配电网的各项运行参数汇总至控制端，实现统一的协调管理。虽然可实现良好的控制效果，但是其控制系统结构设计复杂，需要较为复杂的通信网络及优化控制算法支撑，在运行时将占用配电网系统大量的带宽。因此需要一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法应用于配电网功率控制的研究中。
发明内容
本发明的目的是提供一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法及系统，以在无需通信系统和控制端的条件下实现交直流配电系统的自适应功率平衡控制，减小在运行时对配电网系统大量的带宽的占用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法，所述控制方法包括如下步骤：
采集DC-AC变流器的直流侧电流和直流侧电压；
对所述直流侧电流和所述直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号；
采集DC-AC变流器的交流侧电流和交流侧电压；
根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC-AC变流器进行功率平衡控制。
可选的，所述对所述直流侧电流和所述直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号，具体包括：
对所述直流侧电流，进行直流下垂计算，得到直流电压控制参考信号为：Udcref＝Udcrated-Kdc·Idc；其中，Udcref表示直流电压控制参考信号，Udcrated为直流侧母线的额定电压，Kdc表示直流下垂系数，Idc表示直流侧电流；
对直流侧电压与直流电压控制参考信号的差值进行PI计算，得到直流功率控制参考信号为：
Figure BDA0002972127660000021
其中，Pdcref表示直流功率控制参考信号，Kps表示比例系数，Kis表示积分系数，s表示积分变量，Udc表示直流侧电压。
可选的，根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC-AC变流器进行功率平衡控制，具体包括：
对交流侧电压进行锁相环计算，获得电压相角；
根据所述电压相角分别对所述交流侧电流和所述交流侧电压进行abc/dq坐标变换，获得电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量；
根据电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量进行功率计算，获得有功功率和无功功率；
对有功功率与直流功率控制参考信号的和减去有功功率参考值的差值进行第一交流下垂计算，再将得到的第一交流下垂计算结果与额定角频率比较，得到AC母线角频率控制参考信号；
将AC母线角频率控制参考信号进行积分计算，对得到的积分计算结果与电压相角的差值进行同步计算，得到相角信号；
对无功功率与无功功率参考值的差值进行第二交流下垂计算，再将得到的第二交流下垂计算结果与交流侧母线的额定电压比较，得到交流侧母线电压控制参考信号；
根据所述相角信号对交流侧母线电压控制参考信号进行abc/dq坐标变换，得到电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号；
利用电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号，对电压d轴分量和电压q轴分量进行微分解耦运算，得到电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号；
电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号，对电流d轴分量和电流q轴分量进行积分解耦运算，得到控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量；
对控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量进行dq/abc坐标变换，得到三相电压控制信号；
对三相电压控制信号进行SPMW调制，将得到的调制信号输出至DC-AC变流器的控制端。
可选的，所述AC母线角频率控制参考信号为：
Figure BDA0002972127660000031
其中，ωref表示AC母线角频率控制参考信号，ωrated表示额定角频率，KP表示有功功率下垂系数、P表示有功功率、Pref表示有功功率参考值；
可选的，所述交流侧母线电压控制参考信号为：
Vacref＝Vacrated-KQ·(Q-Qref)
其中，Vacref表示交流侧母线电压控制参考信号，Vacrated表示交流侧母线的额定电压，KQ表示无功功率下垂系数，Q表示无功功率，Qref表示无功功率参考值。
一种交直流配电系统功率自适应平衡控制系统，所述控制系统包括：
直流侧信号采集模块，用于采集DC-AC变流器的直流侧电流和直流侧电压；
直流侧下垂控制模块，用于对所述直流侧电流和所述直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号；
交流侧信号采集模块，用于采集DC-AC变流器的交流侧电流和交流侧电压；
交流侧下垂控制模块，用于根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC-AC变流器进行功率平衡控制。
可选的，所述直流侧下垂控制模块，具体包括：
直流侧下垂计算单元，用于对所述直流侧电流，进行直流下垂计算，得到直流电压控制参考信号为：Udcref＝Udcrated-Kdc·Idc；其中，Udcref表示直流电压控制参考信号，Udcrated为直流侧母线的额定电压，Kdc表示直流下垂系数，Idc表示直流侧电流；
PI计算单元，用于对直流侧电压与直流电压控制参考信号的差值进行PI计算，得到直流功率控制参考信号为：
Figure BDA0002972127660000041
其中，Pdcref表示直流功率控制参考信号，Kps表示比例系数，Kis表示积分系数，s表示积分变量，Udc表示直流侧电压。
可选的，所述交流侧下垂控制模块，具体包括：
锁相环单元，用于对交流侧电压进行锁相环计算，获得电压相角；
abc/dq坐标变换单元，用于根据所述电压相角分别对所述交流侧电流和所述交流侧电压进行abc/dq坐标变换，获得电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量；
功率计算单元，用于根据电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量进行功率计算，获得有功功率和无功功率；
第一交流侧下垂控制单元，用于对有功功率与直流功率控制参考信号的和减去有功功率参考值的差值进行第一交流下垂计算，再将得到的第一交流下垂计算结果与额定角频率比较，得到AC母线角频率控制参考信号；
积分计算单元，用于将AC母线角频率控制参考信号进行积分计算，对得到的积分计算结果与电压相角的差值进行同步计算，得到相角信号；
第二交流侧下垂控制单元，用于对无功功率与无功功率参考值的差值进行第二交流下垂计算，再将得到的第二交流下垂计算结果与交流侧母线的额定电压比较，得到交流侧母线电压控制参考信号；
电压计算单元，用于根据所述相角信号对交流侧母线电压控制参考信号进行abc/dq坐标变换，得到电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号；
微分解耦运算单元，用于利用电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号，对电压d轴分量和电压q轴分量进行微分解耦运算，得到电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号；
积分解耦运算单元，用于电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号，对电流d轴分量和电流q轴分量进行积分解耦运算，得到控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量；
dq/abc坐标变换单元，用于对控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量进行dq/abc坐标变换，得到三相电压控制信号；
SPMW调制单元，用于对三相电压控制信号进行SPMW调制，将得到的调制信号输出至DC-AC变流器的控制端。
可选的，所述AC母线角频率控制参考信号为：
Figure BDA0002972127660000051
其中，ωref表示AC母线角频率控制参考信号，ωrated表示额定角频率，KP表示有功功率下垂系数、P表示有功功率、Pref表示有功功率参考值；
可选的，所述交流侧母线电压控制参考信号为：
Vacref＝Vacrated-KQ·(Q-Qref)
其中，Vacref表示交流侧母线电压控制参考信号，Vacrated表示交流侧母线的额定电压，KQ表示无功功率下垂系数，Q表示无功功率，Qref表示无功功率参考值。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法，所述控制方法包括如下步骤：采集DC-AC变流器的直流侧电流和直流侧电压；对所述直流侧电流和所述直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号；采集DC-AC变流器的交流侧电流和交流侧电压；根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC-AC变流器进行功率平衡控制。本发明将交流下垂控制策略应用于功率控制中，并且将三相全控桥DC/AC变流器的直流端电压、电流信号均引入至交流下垂控制策略的外环控制中，改进了交流下垂控制，实现了在无通讯条件下，自动平衡分配DC母线与AC母线的功率，使DC母线和AC母线电压都能更加稳定，且母线之间的功率分配也更加合理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法的流程图；
图2为本发明提供的三相全控桥DC/AC变流器电路结构与控制模型示意图；
图3为本发明提供的负载变化情况下DC母线和AC母线电压特性波形图；图3(a)为负载变化情况下AC母线电压特性波形图；图3(b)为负载变化情况下C母线电压特性波形图，图3(c)为负载变化情况下频率响应波形图；
图4为本发明提供的负载变化情况下三相全控桥DC/AC变流器功率平衡特性波形图。
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。
本发明的目的是提供一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法及系统，以在无需通信系统和控制端的条件下实现交直流配电系统的自适应功率平衡控制，减小在运行时对配电网系统大量的带宽的占用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和2所示，本发明提供一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法，图2为本发明的三相全控桥DC/AC变流器电路结构与控制模型示意图。配电网DC母线(MG DC BUS)与AC母线(MGAC BUS)通过三相全控桥DC/AC变流器相连，直流侧线路包含阻抗Zline_dc，Zline_dc导致的电压损耗为ΔUline；交流侧线路包含电感Lf、电容Cf阻抗Zline_ac；直流母线电压为Edc，三相全控桥DC/AC变流器的直流端电压为Udc，电流为Idc；ugrid为Uabc经过负载后的电压，ugrid经过锁相环(PLL)得到电压相角θmg；三相全控桥DC/AC变流器交流侧电流为iabc，电压为Uabc。
三相全控桥DC/AC变流器交流侧电流iabc与电压Uabc经过坐标变换(abc/dq)得到对应的dq分量id、iq、ud、uq，经过功率计算(powergenerator)得到有功功率P和无功功率Q；引入三相全控桥DC/AC变流器的直流端电压Udc、电流Idc信号至交流下垂控制策略的外环控制中，即Udc、Idc经过直流下垂(Droop_dc)被引入至外环控制中。
所述控制方法包括如下步骤：
步骤101，采集DC-AC变流器的直流侧电流和直流侧电压；
步骤102，对所述直流侧电流和所述直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号。
步骤102所述对所述直流侧电流和所述直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号，具体包括：对所述直流侧电流，进行直流下垂计算，得到直流电压控制参考信号为：Udcref＝Udcrated-Kdc·Idc；其中，Udcref表示直流电压控制参考信号，Udcrated为直流侧母线的额定电压，Kdc表示直流下垂系数，Idc表示直流侧电流；对直流侧电压与直流电压控制参考信号的差值进行PI计算，得到直流功率控制参考信号为：
Figure BDA0002972127660000081
其中，Pdcref表示直流功率控制参考信号，Kps表示比例系数，Kis表示积分系数，s表示积分变量，Udc表示直流侧电压。
参见图2，引入三相全控桥DC/AC变流器的直流端电压、电流信号至交流下垂控制策略的外环控制中。此步骤保证了在DC母线侧的负载变化条件下，不仅DC母线电压也能够保持在正常范围内，而且能够自动调节DC母线的功率负担，自动平衡DC母线与AC母线之间的功率分配，使配电网系统能够更加合理地运行。
具体的，DC母线的额定电压Udcrated为1.5kV，DC母线电压最大限值Udcmax为1.575kV，DC母线电压最小限值Udcmin为1.425kV，直流下垂系数Kdc为0.075；引入DC母线电压、电流信号至交流下垂控制的外环控制后，其直流量控制参考信号Udcref表达式如下：
Udcref＝Udcrated-Kdc·Idc
Idc为DC/AC变流器的直流端电流信号；
引入三相全控桥DC/AC变流器的直流端电压Udc、电流Idc信号至交流下垂控制策略的外环控制中，即Udc、Idc经过直流下垂(Droop_dc)被引入至外环控制中。
引入直流下垂之后，交流侧母线频率控制参考信号ωref表达式如下：
Figure BDA0002972127660000082
步骤103，采集DC-AC变流器的交流侧电流和交流侧电压。
步骤104，根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC-AC变流器进行功率平衡控制。
将交流下垂控制策略应用到三相全控桥DC/AC变流器控制中，进行功率控制。此步骤保证了DC母线与AC母线通过三相全控桥DC/AC变流器相连后，在AC母线侧的负载变化条件下，AC母线电压能够保持在正常范围内，配电网系统能够正常运行。
如图2所示，步骤104所述根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC-AC变流器进行功率平衡控制，具体包括：
对交流侧电压进行锁相环计算，获得电压相角。根据所述电压相角分别对所述交流侧电流和所述交流侧电压进行abc/dq坐标变换，获得电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量。根据电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量进行功率计算，获得有功功率和无功功率。即，首先测得三相全控桥DC/AC变流器交流侧电流为iabc与电压为Uabc，测得电压ugrid经过锁相环(PLL)得到电压相角θmg；之后经过坐标变换(abc/dq)得到对应的dq分量id、iq、ud、uq，然后经过功率计算(power generator)得到有功功率P和无功功率Q；其中，ugrid是电容Cf与阻抗Zline_ac之间的电压，uabc是电感Lf与电容Cf之间的电压，其中，io为负载电流。
对有功功率与直流功率控制参考信号的和减去有功功率参考值的差值进行第一交流下垂计算，再将得到的第一交流下垂计算结果与额定角频率比较，得到AC母线角频率控制参考信号。即，有功功率P与有功功率参考值Pref(设定为0.5MW)比较，乘以有功功率下垂系数KP(设定为0.5)，再与额定角频率ωacrated(值为100πrad/s)比较，得到AC母线角频率控制参考信号ωref。
ωref＝ωrated-KP·(P-Pref)
引入直流下垂之后，将有功功率P与有功功率参考值Pref和直流功率控制参考信号比较，得到交流侧母线频率控制参考信号ωref表达式如下：
Figure BDA0002972127660000091
将AC母线角频率控制参考信号进行积分计算，对得到的积分计算结果与电压相角的差值进行同步计算，得到相角信号。即，AC母线角频率控制参考信号ωref经过积分(1/s)后，再与电压相角θmg比较，经过同步(synchronizer)就得到相角信号θ。
对无功功率与无功功率参考值的差值进行第二交流下垂计算，再将得到的第二交流下垂计算结果与交流侧母线的额定电压比较，得到交流侧母线电压控制参考信号。即，无功功率Q无功功率参考值Qref(设定为0.0Mvar)比较，乘以有功功率下垂系数KQ(设定为0.01)，再与AC母线的额定电压Vacrated(值为0.38kV)比较，得到AC母线电压控制参考信号Vacref表达式如下：
Vacref＝Vacrated-KQ·(Q-Qref)
根据所述相角信号对交流侧母线电压控制参考信号进行abc/dq坐标变换，得到电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号；利用电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号，对电压d轴分量和电压q轴分量进行微分解耦运算，得到电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号。即，相角信号θ与AC母线电压控制参考信号Vacref电压计算(voltagegenerator)得到电压dq轴分量的参考信号udref、uqref，之后分别与ud、uq比较后，经过PI(比例积分)环节，通过iod、ioq、ωCf解耦计算后可分别得到电流内环的dq轴分量参考值idref、iqref。
电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号，对电流d轴分量和电流q轴分量进行积分解耦运算，得到控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量；对控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量进行dq/abc坐标变换，得到三相电压控制信号。即，即，电流内环的dq轴分量参考值idref、iqref分别与id、iq比较后，经过PI(比例积分)环节，通过ud、uq、ωLf解耦计算后，再经过坐标变换(dq/abc)可得到SPMW(正弦脉宽调制)的调制信号。
对三相电压控制信号进行SPMW调制，将得到的调制信号输出至DC-AC变流器的控制端。
图3为本发明的负载变化情况下DC母线和AC母线电压特性波形图。如图3所示，在2秒时刻，AC母线有0.1MW负载被投入，在3秒时刻，DC母线有0.15MW负载被投入，在4秒时刻，AC母线有0.1MW负载被切除，在5秒时刻，DC母线有0.15MW负载被切除。AC母线电压Vac幅值的标幺值均稳定在正常范围内(0.95pu～1.05pu)，频率f也维持在50.20Hz左右。DC母线电压Udc也稳定在1.575kV～1.425kV内，属于正常范围。
图4为本发明的负载变化情况下三相全控桥DC/AC变流器功率平衡特性波形图。
在2秒时刻，AC母线有0.1MW负载被投入，此时流过三相全控桥DC/AC变流器功率P_DC/AC变化增量的方向为从DC母线流向A C母线方向，即DC母线分摊了一部分AC母线上增加的负载；
在3秒时刻，DC母线有0.15MW负载被投入，此时流过三相全控桥DC/AC变流器功率P_DC/AC变化增量的方向为从AC母线流向DC母线方向，即AC母线分摊了一部分DC母线上增加的负载；
在4秒时刻，AC母线有0.1MW负载被切除，此时流过三相全控桥DC/AC变流器功率P_DC/AC变化增量的方向为从AC母线流向DC母线方向，即由于AC母线上减小负载，DC母线也减小了一部分功率输出；
在5秒时刻，DC母线有0.15MW负载被切除，此时流过三相全控桥DC/AC变流器功率P_DC/AC变化增量的方向为从DC母线流向AC母线方向，即由于DC母线上减小负载，AC母线也减小了一部分功率输出。
本发明还提供一种交直流配电系统功率自适应平衡控制系统，所述控制系统包括：
直流侧信号采集模块，用于采集DC-AC变流器的直流侧电流和直流侧电压。
直流侧下垂控制模块，用于对所述直流侧电流和所述直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号。
所述直流侧下垂控制模块，具体包括：
直流侧下垂计算单元，用于对所述直流侧电流，进行直流下垂计算，得到直流电压控制参考信号为：Udcref＝Udcrated-Kdc·Idc；其中，Udcref表示直流电压控制参考信号，Udcrated为直流侧母线的额定电压，Kdc表示直流下垂系数，Idc表示直流侧电流；PI计算单元，用于对直流侧电压与直流电压控制参考信号的差值进行PI计算，得到直流功率控制参考信号为：
Figure BDA0002972127660000111
其中，Pdcref表示直流功率控制参考信号，Kps表示比例系数，Kis表示积分系数，s表示积分变量，Udc表示直流侧电压。
交流侧信号采集模块，用于采集DC-AC变流器的交流侧电流和交流侧电压。
交流侧下垂控制模块，用于根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC-AC变流器进行功率平衡控制。
所述交流侧下垂控制模块，具体包括：锁相环单元，用于对交流侧电压进行锁相环计算，获得电压相角；abc/dq坐标变换单元，用于根据所述电压相角分别对所述交流侧电流和所述交流侧电压进行abc/dq坐标变换，获得电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量；功率计算单元，用于根据电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量进行功率计算，获得有功功率和无功功率；第一交流侧下垂控制单元，用于对有功功率与直流功率控制参考信号的和减去有功功率参考值的差值进行第一交流下垂计算，再将得到的第一交流下垂计算结果与额定角频率比较，得到AC母线角频率控制参考信号；积分计算单元，用于将AC母线角频率控制参考信号进行积分计算，对得到的积分计算结果与电压相角的差值进行同步计算，得到相角信号；第二交流侧下垂控制单元，用于对无功功率与无功功率参考值的差值进行第二交流下垂计算，再将得到的第二交流下垂计算结果与交流侧母线的额定电压比较，得到交流侧母线电压控制参考信号；电压计算单元，用于根据所述相角信号对交流侧母线电压控制参考信号进行abc/dq坐标变换，得到电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号；微分解耦运算单元，用于利用电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号，对电压d轴分量和电压q轴分量进行微分解耦运算，得到电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号；积分解耦运算单元，用于电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号，对电流d轴分量和电流q轴分量进行积分解耦运算，得到控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量；dq/abc坐标变换单元，用于对控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量进行dq/abc坐标变换，得到三相电压控制信号；SPMW调制单元，用于对三相电压控制信号进行SPMW调制，将得到的调制信号输出至DC-AC变流器的控制端。
其中，所述AC母线角频率控制参考信号为：
Figure BDA0002972127660000131
其中，ωref表示AC母线角频率控制参考信号，ωrated表示额定角频率，KP表示有功功率下垂系数、P表示有功功率、Pref表示有功功率参考值。
所述交流侧母线电压控制参考信号为：
Vacref＝Vacrated-KQ·(Q-Qref)
其中，Vacref表示交流侧母线电压控制参考信号，Vacrated表示交流侧母线的额定电压，KQ表示无功功率下垂系数，Q表示无功功率，Qref表示无功功率参考值。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法，所述控制方法包括如下步骤：采集DC-AC变流器的直流侧电流和直流侧电压；对所述直流侧电流和所述直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号；采集DC-AC变流器的交流侧电流和交流侧电压；根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC-AC变流器进行功率平衡控制。本发明将交流下垂控制策略应用于功率控制中，并且将三相全控桥DC/AC变流器的直流端电压、电流信号均引入至交流下垂控制策略的外环控制中，改进了交流下垂控制，实现了在无通讯条件下，自动平衡分配DC母线与AC母线的功率，使DC母线和AC母线电压都能更加稳定，且母线之间的功率分配也更加合理。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种交直流配电系统功率自适应平衡控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
采集DC-AC变流器的直流侧电流和直流侧电压；
对所述直流侧电流和所述直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号；
采集DC-AC变流器的交流侧电流和交流侧电压；
根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC-AC变流器进行功率平衡控制。
2.根据权利要求1所述的交直流配电系统功率自适应平衡控制方法，其特征在于，所述对所述直流侧电流和所述直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号，具体包括：
对所述直流侧电流，进行直流下垂计算，得到直流电压控制参考信号为：Udcref＝Udcrated-Kdc·Idc；其中，Udcref表示直流电压控制参考信号，Udcrated为直流侧母线的额定电压，Kdc表示直流下垂系数，Idc表示直流侧电流；
对直流侧电压与直流电压控制参考信号的差值进行PI计算，得到直流功率控制参考信号为：
Figure FDA0002972127650000011
其中，Pdcref表示直流功率控制参考信号，Kps表示比例系数，Kis表示积分系数，s表示积分变量，Udc表示直流侧电压。
3.根据权利要求2所述的交直流配电系统功率自适应平衡控制方法，其特征在于，根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC-AC变流器进行功率平衡控制，具体包括：
对交流侧电压进行锁相环计算，获得电压相角；
根据所述电压相角分别对所述交流侧电流和所述交流侧电压进行abc/dq坐标变换，获得电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量；
根据电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量进行功率计算，获得有功功率和无功功率；
对有功功率与直流功率控制参考信号的和减去有功功率参考值的差值进行第一交流下垂计算，再将得到的第一交流下垂计算结果与额定角频率比较，得到AC母线角频率控制参考信号；
将AC母线角频率控制参考信号进行积分计算，对得到的积分计算结果与电压相角的差值进行同步计算，得到相角信号；
对无功功率与无功功率参考值的差值进行第二交流下垂计算，再将得到的第二交流下垂计算结果与交流侧母线的额定电压比较，得到交流侧母线电压控制参考信号；
根据所述相角信号对交流侧母线电压控制参考信号进行abc/dq坐标变换，得到电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号；
利用电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号，对电压d轴分量和电压q轴分量进行微分解耦运算，得到电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号；
电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号，对电流d轴分量和电流q轴分量进行积分解耦运算，得到控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量；
对控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量进行dq/abc坐标变换，得到三相电压控制信号；
对三相电压控制信号进行SPMW调制，将得到的调制信号输出至DC-AC变流器的控制端。
4.根据权利要求3所述的交直流配电系统功率自适应平衡控制方法，其特征在于，所述AC母线角频率控制参考信号为：
Figure FDA0002972127650000021
其中，ωref表示AC母线角频率控制参考信号，ωrated表示额定角频率，KP表示有功功率下垂系数，P表示有功功率，Pref表示有功功率参考值。
5.根据权利要求3所述的交直流配电系统功率自适应平衡控制方法，其特征在于，所述交流侧母线电压控制参考信号为：
Vacref＝Vacrated-KQ·(Q-Qref)
其中，Vacref表示交流侧母线电压控制参考信号，Vacrated表示交流侧母线的额定电压，KQ表示无功功率下垂系数，Q表示无功功率，Qref表示无功功率参考值。
6.一种交直流配电系统功率自适应平衡控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
直流侧信号采集模块，用于采集DC-AC变流器的直流侧电流和直流侧电压；
直流侧下垂控制模块，用于对所述直流侧电流和所述直流侧电压，进行直流下垂计算和PI计算，得到直流功率控制参考信号；
交流侧信号采集模块，用于采集DC-AC变流器的交流侧电流和交流侧电压；
交流侧下垂控制模块，用于根据直流功率控制参考信号、交流侧电流和交流侧电压，采用交流下垂控制策略对DC-AC变流器进行功率平衡控制。
7.根据权利要求6所述的交直流配电系统功率自适应平衡控制系统，其特征在于，所述直流侧下垂控制模块，具体包括：
直流侧下垂计算单元，用于对所述直流侧电流，进行直流下垂计算，得到直流电压控制参考信号为：Udcref＝Udcrated-Kdc·Idc；其中，Udcref表示直流电压控制参考信号，Udcrated为直流侧母线的额定电压，Kdc表示直流下垂系数，Idc表示直流侧电流；
PI计算单元，用于对直流侧电压与直流电压控制参考信号的差值进行PI计算，得到直流功率控制参考信号为：
Figure FDA0002972127650000031
其中，Pdcref表示直流功率控制参考信号，Kps表示比例系数，Kis表示积分系数，s表示积分变量，Udc表示直流侧电压。
8.根据权利要求7所述的交直流配电系统功率自适应平衡控制系统，其特征在于，所述交流侧下垂控制模块，具体包括：
锁相环单元，用于对交流侧电压进行锁相环计算，获得电压相角；
abc/dq坐标变换单元，用于根据所述电压相角分别对所述交流侧电流和所述交流侧电压进行abc/dq坐标变换，获得电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量；
功率计算单元，用于根据电流d轴分量、电流q轴分量、电压d轴分量和电压q轴分量进行功率计算，获得有功功率和无功功率；
第一交流侧下垂控制单元，用于对有功功率与直流功率控制参考信号的和减去有功功率参考值的差值进行第一交流下垂计算，再将得到的第一交流下垂计算结果与额定角频率比较，得到AC母线角频率控制参考信号；
积分计算单元，用于将AC母线角频率控制参考信号进行积分计算，对得到的积分计算结果与电压相角的差值进行同步计算，得到相角信号；
第二交流侧下垂控制单元，用于对无功功率与无功功率参考值的差值进行第二交流下垂计算，再将得到的第二交流下垂计算结果与交流侧母线的额定电压比较，得到交流侧母线电压控制参考信号；
电压计算单元，用于根据所述相角信号对交流侧母线电压控制参考信号进行abc/dq坐标变换，得到电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号；
微分解耦运算单元，用于利用电压d轴分量参考信号和电压q轴分量参考信号，对电压d轴分量和电压q轴分量进行微分解耦运算，得到电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号；
积分解耦运算单元，用于电流d轴分量参考信号和电流q轴分量参考信号，对电流d轴分量和电流q轴分量进行积分解耦运算，得到控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量；
dq/abc坐标变换单元，用于对控制电压信号d轴分量和控制电流信号q轴分量进行dq/abc坐标变换，得到三相电压控制信号；
SPMW调制单元，用于对三相电压控制信号进行SPMW调制，将得到的调制信号输出至DC-AC变流器的控制端。
9.根据权利要求8所述的交直流配电系统功率自适应平衡控制系统，其特征在于，所述AC母线角频率控制参考信号为：
Figure FDA0002972127650000041
其中，ωref表示AC母线角频率控制参考信号，ωrated表示额定角频率，KP表示有功功率下垂系数、P表示有功功率、Pref表示有功功率参考值。
10.根据权利要求8所述的交直流配电系统功率自适应平衡控制系统，其特征在于，所述交流侧母线电压控制参考信号为：
Vacref＝Vacrated-KQ·(Q-Qref)
其中，Vacref表示交流侧母线电压控制参考信号，Vacrated表示交流侧母线的额定电压，KQ表示无功功率下垂系数，Q表示无功功率，Qref表示无功功率参考值。
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