CN113489040B - 用于ups系统功率共享的动态事件触发控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法及装置，包括设计有功功率控制器和谐波功率控制器；根据有功/谐波功率控制器的输入建立有功/谐波功率共享状态模型；根据最新触发时间有功/谐波功率与实时有功/谐波功率定义有功/谐波功率测量误差；根据所述有功/谐波功率测量误差、有功/谐波功率控制器得到事件发生器的动态事件触发条件，确定在事件发生器的触发时序下实现有功功率共享。本发明用于模块化在线UPS系统中的有功功率和谐波功率共享，其中虚拟阻抗基于所述方法进行自适应调节，与静态ETC策略相比，所提出的基于事件触发的控制方法能够进一步降低通信压力。

Description

用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统控制方法，特别是一种用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法及装置。
背景技术
近年来，由于数据中心、通信网络和IT服务器等关键负载的快速发展，对不间断电源(UPS)系统为这些设备提供更稳定的电源的需求很高。 其中，模块化在线UPS系统因其灵活、可靠和易于维护的特点而变得有吸引力，模块化UPS系统中并联多个模块，每个模块包括AC/DC整流器、逆变器、旁路开关和电池组。
在模块化UPS系统中，下垂控制策略通常用于并联逆变器。然而，由于系统中的线路电阻不匹配，采用这种控制策略的UPS模块之间的有功功率共享性能几乎不能令人满意。这是因为在低压网络中，如UPS系统，线路阻抗呈现电阻特性。这意味着无功功率分配总是准确的，而有功功率分配取决于UPS系统的线路电阻。因此，即使是很小的有功功率分配误差，也可能导致UPS系统出现严重的环流，极大地影响模块化UPS的稳定运行。近年来，在解决这个问题方面取得了一些进展。然而，这些方法仍然存在不准确性，例如易受负载变化和系统参数不确定性的影响。另一方面，由于UPS系统中敏感负载（主要是非线性负载）的增加，逆变器模块应适当地分担这些非线性负载引起的谐波功率。然而，传统的下垂控制很难实现这一目标，因为这种控制策略只处理基波有功和无功功率，而没有考虑谐波功率。换句话说，下垂控制无法补偿由线路电阻失配引起的谐波功率分配误差。
最近已经提出了几种方法来处理有功和谐波功率共享问题。这些方法通常分为两类，即无通信和基于通信的方法。在无通信方法中，直接在控制回路中添加一个大的虚拟阻抗。这种方法易于实现并且可以获得良好的功率共享性能，但以牺牲公共耦合点（PCC）的电压质量为代价。因为这个大阻抗不可避免地会导致谐波压降。为了克服这种方法的缺点，P.Sreekumar 等人有提出了一种控制策略，其中仍然需要精确的线路阻抗来设计下垂系数。此外，为了避免测量精确的线路阻抗，B. Liu等人提出了一种交流信号注入策略来避免线路阻抗测量。然而，这种方法在实践中实施起来非常具有挑战性，因为提取和注入交流信号需要大量计算。
另一方面，许多研究人员提出了基于通信的方法。通常，有功和谐波功率分配信号以及电压补偿信号在二次或三次控制层计算，然后通过通信线路发送到一次控制层。基于通信的方法可以进一步分为集中式和分布式控制策略来实现功率共享。有功功率共享问题通过基于并联逆变器的系统中的集中控制策略得到解决，其中命令信号从中央控制器发送到逆变器单元以调节虚拟阻抗。然而，该方法通过在有功功率频率下垂控制中加入扰动来实现谐波功率共享，
导致有功功率暂时振荡。此外，集中式通信架构高度依赖于中央控制器和通信链路。它表示UPS系统的可靠性会受到通信线路故障的影响。此外，如果需要在UPS系统中插入额外的逆变器，则应在该逆变器和中央控制器之间建立通信连接。事实上，连接过程限制了UPS系统的可扩展性。为了克服这一限制，分布式控制策略已在并联逆变器中广泛实施，以提高系统的可扩展性和可靠性。最近，基于一致性的分布式控制已在并联逆变器系统中实现。在基于一致性的分布式控制策略中，信息仅在相邻单元之间交换。由于具有增强系统可靠性和可扩展性的优势，此功能非常有吸引力。例如，一些研究人员在电压不平衡补偿、无功功率分配和负序电流分配的一致性控制方面做了一些尝试。需要指出的是，上述基于一致性的分布式控制策略在逆变器单元之间周期性地交换数据，这意味着通信网络由于数据流量大而承受着很高的通信负担。因此，有必要为模块化在线UPS系统设计一种更高效、更节省通信的分布式控制。
近年来，事件触发控制（ETC）方法已在并联逆变器系统中实现，以减少通信负担。与基于一致性的分布式控制策略不同，ETC方法以非周期方式实现，因此在保持精确控制性能的同时，可以显着降低通信负担。有些电压和频率恢复是通过ETC策略实现的，也有使用ETC策略研究了无功功率共享。然而，上述应用于逆变器系统的ETC策略属于静态ETC框架 。最近，动态ETC策略受到了广泛的关注。动态ETC与静态ETC的区别在于，事件触发器取决于其自身动态辅助或附加内部变量。因此，该技术能够在不同时间动态调整触发机制。由于引入辅助或内部动态变量的特性，与静态ETC相比，动态ETC可以进一步减少有限通信资源的消耗，同时保持准确的控制性能。据作者所知，动态ETC策略尚未应用于模块化在线UPS系统来解决有功和谐波功率分配问题，并且动态ETC策略用于功率分配的稳定性尚未得到证明。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法及装置，用于模块化在线UPS系统中的有功功率和谐波功率共享，其中虚拟阻抗基于所述方法进行自适应调节。此外，与静态ETC策略相比，所提出的基于事件触发的控制方法能够进一步降低通信压力。
本发明的第一方面，提供了一种用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法，UPS系统并联多个UPS模块，每个UPS模块包括逆变器和电池组，所述方法包括：
利用动态事件触发机制设计有功功率控制器和谐波功率控制器；
根据有功功率控制器的输入建立有功功率共享状态模型，根据谐波功率控制器的输入建立谐波功率共享状态模型；
根据最新触发时间有功功率与实时有功功率定义有功功率测量误差，根据最新触发时间谐波功率与实时谐波功率定义谐波功率测量误差；
根据所述有功功率测量误差、有功功率控制器得到第一事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第一事件发生器的触发时序下实现有功功率共享；
根据所述谐波功率测量误差、谐波功率控制器得到第二事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第二事件发生器的触发时序下实现谐波功率共享。
进一步的，所述方法还包括确定UPS模块在谐波频率和基波频率下的物理线路电阻和虚拟电阻，利用控制器调节虚拟电阻，用于消除有功功率分配误差和谐波功率分配误差。
进一步的，所述方法还包括根据确定后的虚拟电阻，得到在静止坐标系中所述虚拟电阻上的电压降，根据电压降获得电压回路的电压参考值。
进一步的，根据所述电压参考值，使用电压控制器控制输出电容的电压。
进一步的，所述方法采用电流控制器调节逆变器的电感电流。
本发明的第二方面，提供了一种用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制装置，UPS系统并联多个UPS模块，每个UPS模块包括AC/DC整流器、逆变器、开关和电池组，所述装置包括：
功率控制器设计模块，用于利用动态事件触发机制设计有功功率控制器和谐波功率控制器；
建立功率共享模块，用于根据有功功率控制器的输入建立有功功率共享状态模型，根据谐波功率控制器的输入建立谐波功率共享状态模型；
定义功率测量误差模块，用于根据最新触发时间有功功率与实时有功功率定义有功功率测量误差，根据最新触发时间谐波功率与实时谐波功率定义谐波功率测量误差；
确定功率共享模块，用于根据所述有功功率测量误差、有功功率控制器得到第一事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第一事件发生器的触发时序下实现有功功率共享；根据所述谐波功率测量误差、谐波功率控制器得到第二事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第二事件发生器的触发时序下实现谐波功率共享。
本发明提供的一种用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法及装置，针对模块化UPS系统中的有功功率和谐波功率分配问题。与现有方法相比，所述控制方法及装置可以实现准确的有功和谐波功率共享，同时大大减少了通信数据交换。配备了所提出的控制方法及装置，UPS 系统可以实现即插即用的能力，同时在瞬态期间快速共享有功和谐波功率。
附图说明
图1为本发明实施例中模块化在线UPS系统结构示意图；
图2为本发明实施例UPS模块的等效电路中的基波频率电路图和谐波频率电路图；
图3为本发明实施例中模块化UPS系统分布式动态事件触发控制方法流程示意图；
图4为本发明实施例中模块化UPS系统分布式动态事件触发控制方法的有功功率共享效果图；
图5为本发明实施例中模块化UPS系统分布式动态事件触发控制方法的有功功率共享的即插即用过程效果图；
图6为本发明实施例中模块化UPS系统分布式动态事件触发控制方法的谐波功率共享效果图；
图7为本发明实施例中采用静态事件触发控制方法的有功功率触发时刻效果图；
图8为本发明实施例中采用动态事件触发控制方法的有功功率触发时刻效果图；
图9为本发明实施例中用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例中，如图1所示，模块化UPS系统中并联多个模块，每个模块由AC/DC整流器、DC/AC逆变器、旁路开关和电池组组成。UPS系统接入120/230V低压配电系统，线路阻抗呈现阻性特性。为了将UPS系统中的逆变器并联，实施改进的下垂控制方法并表示为：
Figure 975061DEST_PATH_IMAGE001
(1)
Figure 38832DEST_PATH_IMAGE002
(2)
其中
Figure 503312DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 201884DEST_PATH_IMAGE004
是 UPS 的额定和参考角频率，
Figure 54302DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 277473DEST_PATH_IMAGE006
分别是额定和参考电压幅度。
Figure 873540DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 193663DEST_PATH_IMAGE008
分别是调节有功功率和无功功率的下垂参数。
Figure 92348DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 163335DEST_PATH_IMAGE010
是使用低通滤波器计算的基波输出有功和无功功率。
在UPS系统中，从模块化生产和降低成本的角度考虑，每个UPS模块的额定功率通常是相同的。然而，UPS模块的线路阻抗并不总是相同，从而导致有功功率均分误差。为了实现有功功率均分，必须在控制策略中加入虚拟阻抗，以准确地均分有功功率。如图2所示，带有两个UPS模块的等效电路，从图2中(a)可以看出，在基频（FF）下，UPS模块被建模为受控电压源，
Figure 172879DEST_PATH_IMAGE011
是受控电压源的幅值，
Figure 409826DEST_PATH_IMAGE012
代表 FF处的物理线路电阻，
Figure 213833DEST_PATH_IMAGE013
是FF的虚拟电阻，这两个电压源共同为线性RL负载供电。此外，从图2中(a)可知，UPS在FF处的等效电阻表示为：
Figure 801810DEST_PATH_IMAGE014
(3)
此外，谐波频率处的等效电路在图2中(b)表示为
Figure 349466DEST_PATH_IMAGE015
(4)
其中
Figure 175339DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 415828DEST_PATH_IMAGE017
是谐波频率下的物理线路阻抗和虚拟阻抗。
为了实现有功功率和谐波功率的均分，从式（3）和（4）可以看出，等效电阻要均衡。通过自适应调整（3）和（4）中的虚拟电阻，可以实现适当的有功和谐波功率共享。
1）有功功率共享：利用动态事件触发机制设计有功功率控制器，根据有功功率控制器的输入建立有功功率共享状态模型，根据最新触发时间有功功率与实时有功功率定义有功功率测量误差，根据所述有功功率测量误差、所述有功功率控制器得到第一事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第一事件发生器的触发时序下实现有功功率共享。
建立有功功率共享状态模型为
Figure 554134DEST_PATH_IMAGE018
(5)
其中，
Figure 905481DEST_PATH_IMAGE019
表示有功功率控制器的输入，
Figure 851440DEST_PATH_IMAGE020
表示有功功率共享状态模型的系数参数，
Figure 262830DEST_PATH_IMAGE021
是有功功率
Figure 497502DEST_PATH_IMAGE022
的导数。
分布式控制器设计为
Figure 511595DEST_PATH_IMAGE023
(6)
其中k p 是比例增益，z pi (t)定义为
Figure 453006DEST_PATH_IMAGE024
(7)
通过提出的ETC策略，公式（7）被重新定义为
Figure 395816DEST_PATH_IMAGE025
(8)
其中，
Figure 789888DEST_PATH_IMAGE026
是代理 j的最新触发时间，
Figure 607672DEST_PATH_IMAGE027
是代理i进行有功功率共享的最新触发时间，
Figure 403589DEST_PATH_IMAGE028
是与分布式电源
Figure 281416DEST_PATH_IMAGE029
有通信连接的所有DG（ distributed generation），
Figure 162784DEST_PATH_IMAGE030
是代理i的有功功率共享状态模型的系数参数，
Figure 518679DEST_PATH_IMAGE031
是代理j的有功功率共享状态模型的系数参数，
Figure 965841DEST_PATH_IMAGE032
是代理i发出的有功功率，
Figure 889934DEST_PATH_IMAGE033
是代理j发出的有功功率，代理i是第i台DG，代理j是第j台DG；
模块i的有功功率测量误差定义为
Figure 881768DEST_PATH_IMAGE034
,
Figure 916720DEST_PATH_IMAGE035
(9)
其中，
Figure 546284DEST_PATH_IMAGE036
误差是最近一次触发时有功功率
Figure 641279DEST_PATH_IMAGE037
与实时有功功率
Figure 356294DEST_PATH_IMAGE038
之间的偏差。
综上，对于UPS逆变器，假设系统具有无向和连接的通信拓扑，如果触发时序由具有以下动态事件触发条件的事件发生器确定，则（8）和（9）中的控制策略可以实现有功功率共享：
Figure 929358DEST_PATH_IMAGE039
Figure 679008DEST_PATH_IMAGE040
Figure 944905DEST_PATH_IMAGE041
(10)
其中
Figure 648681DEST_PATH_IMAGE042
，inf表示函数值的下界。
动态参数为辅助变量满足
Figure 291015DEST_PATH_IMAGE043
(11)
其中，
Figure 895171DEST_PATH_IMAGE044
、
Figure 331969DEST_PATH_IMAGE045
、
Figure 21576DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 936443DEST_PATH_IMAGE047
和
Figure 660685DEST_PATH_IMAGE048
均是有功功率共享控制器的控制参数，
Figure 631833DEST_PATH_IMAGE049
是有功功率共享控制器的比例系数，
Figure 684103DEST_PATH_IMAGE050
是辅助变量
Figure 527294DEST_PATH_IMAGE051
的导数。
在（10）中，引入了动态事件触发机制，它是随时间变化的变量，其参数与测量误差、与邻居的相对误差和负自反馈有关。与静态事件触发策略相比，动态参数可以自适应地调节阈值。此外，如果设置为零，则（10）中的事件触发条件将变为静态条件。因此，静态事件触发可以看作是一种特殊情况。
进一步地，为了在UPS模块之间准确地共享有功功率，利用共享误差来调节虚拟电阻，如式（12）所示：
Figure 715830DEST_PATH_IMAGE052
(12)
其中
Figure 619063DEST_PATH_IMAGE053
是用于确保基本等效阻抗为电阻性的静态虚拟电阻，因此由比例积分(PI)控制器(
Figure 158629DEST_PATH_IMAGE054
)调整
Figure 805511DEST_PATH_IMAGE055
以消除共享有功功率误差。
2）谐波功率共享：利用动态事件触发机制设计谐波功率控制器，根据谐波功率控制器的输入建立谐波功率共享状态模型，根据最新触发时间谐波功率与实时谐波功率定义谐波功率测量误差，根据所述谐波功率测量误差、所述谐波功率控制器得到第二事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第二事件发生器的触发时序下实现谐波功率共享。
建立谐波功率共享状态模型为：
Figure 114133DEST_PATH_IMAGE056
(13)
其中
Figure 689733DEST_PATH_IMAGE057
表示谐波功率控制器的输入，
Figure 451016DEST_PATH_IMAGE058
是谐波功率共享状态模型的系数参数，
Figure 901588DEST_PATH_IMAGE059
是谐波功率
Figure 64717DEST_PATH_IMAGE060
的导数；
分布式控制器设计为
Figure 309753DEST_PATH_IMAGE061
(14)
其中k h 是比例增益，而 z hi (t)定义为：
Figure 620649DEST_PATH_IMAGE062
(15)
Figure 484699DEST_PATH_IMAGE063
定义为
Figure 626968DEST_PATH_IMAGE064
Figure 183851DEST_PATH_IMAGE065
,
Figure 542895DEST_PATH_IMAGE066
(16)
其中，
Figure 945057DEST_PATH_IMAGE067
是代理 j的最新触发时间，
Figure 207411DEST_PATH_IMAGE068
是代理i进行谐波功率共享的最新触发时间，
Figure 669617DEST_PATH_IMAGE028
是与
Figure 751842DEST_PATH_IMAGE069
有通信连接的所有DG，
Figure 223275DEST_PATH_IMAGE070
是代理i的谐波功率共享状态模型的系数参数，
Figure 340136DEST_PATH_IMAGE071
是代理j的谐波功率共享状态模型的系数参数，
Figure 973242DEST_PATH_IMAGE072
是代理i的谐波功率，
Figure 575387DEST_PATH_IMAGE073
是代理j的谐波功率；测量误差
Figure 584931DEST_PATH_IMAGE074
为最新触发时间谐波功率
Figure 290719DEST_PATH_IMAGE075
与实时谐波功率
Figure 360306DEST_PATH_IMAGE076
之差。
综上，对于UPS系统逆变器，假设系统具有无向和连通的通信拓扑。 如果触发时序由具有以下动态事件触发条件的事件发生器确定，则（14）和（16）中的控制策略可以实现谐波功率分配：
Figure 417124DEST_PATH_IMAGE077
Figure 230359DEST_PATH_IMAGE078
Figure 321812DEST_PATH_IMAGE079
(17)
其中
Figure 93459DEST_PATH_IMAGE080
。动态参数
Figure 599090DEST_PATH_IMAGE081
是满足以下条件的辅助变量：
Figure 950437DEST_PATH_IMAGE082
(18)
其中，
Figure 568500DEST_PATH_IMAGE083
、
Figure 838945DEST_PATH_IMAGE084
、
Figure 745721DEST_PATH_IMAGE085
，
Figure 25392DEST_PATH_IMAGE086
和
Figure 701224DEST_PATH_IMAGE087
均是谐波功率共享控制器的控制参数，
Figure 611411DEST_PATH_IMAGE088
是谐波功率共享控制器的比例系数，
Figure 802221DEST_PATH_IMAGE089
是辅助变量
Figure 121469DEST_PATH_IMAGE090
的导数。
进一步地，自适应调整谐波频率处的虚拟电阻R v,h 以消除谐波功率分配误差，表示为
Figure 917387DEST_PATH_IMAGE091
(19)
其中
Figure 795213DEST_PATH_IMAGE092
是PI控制器。
进一步地，确定了虚拟电阻后，在静止坐标系中其对应的虚拟电阻上的电压降可以计算如下：
Figure 411002DEST_PATH_IMAGE093
(20)
Figure 32477DEST_PATH_IMAGE094
(21)
最后，获得电压回路的电压参考并表示为
Figure 682901DEST_PATH_IMAGE095
(22)
其中
Figure 466049DEST_PATH_IMAGE096
3）双环控制方法：在从（22）产生电压参考后，使用电压控制器来控制输出电容的电压。 此外，为了调节逆变器的电感电流，还采用了电流控制器。这两个调节电容电压和电感电流的控制器表示为：
Figure 834714DEST_PATH_IMAGE097
(23)
Figure 666403DEST_PATH_IMAGE098
(24)
其中
Figure 794503DEST_PATH_IMAGE099
和
Figure 889498DEST_PATH_IMAGE100
是比例增益，
Figure 604513DEST_PATH_IMAGE101
和
Figure 443156DEST_PATH_IMAGE102
是在
Figure 927227DEST_PATH_IMAGE103
处的谐振系数的参数。
Figure 193123DEST_PATH_IMAGE104
是h th 谐波（第5次、第7次）的谐振系数项，s为复频率。
总体控制方法如图3所示，它包括初级控制层和网络层。使用所提出的控制策略，可以在不知道线路电阻值的情况下通过调节基波和谐波虚拟电阻来实现准确的有功和谐波功率分配。所述控制方法是完全分布式的，并且信息仅在相邻 UPS 模块之间交换。所提出的方法的一个特点是信息仅在事件触发的时间内传输，与传统的周期性通信方法相比，这显着减少了通信负担。同时，控制性能不受影响。
4）稳定性分析：具体实施过程中，进一步证明所提出的控制方法的稳定性之前，辅助变量的一个重要特征通过以下引理表示：
引理1：对于给定的标量
Figure 395434DEST_PATH_IMAGE105
，
Figure 772189DEST_PATH_IMAGE106
，辅助变量满足
Figure 48450DEST_PATH_IMAGE107
(25)
证明：对于
Figure 111346DEST_PATH_IMAGE108
，存在一个
Figure 676319DEST_PATH_IMAGE109
Figure 715820DEST_PATH_IMAGE110
。在动态事件触发策略下，两个连续时刻
Figure 315428DEST_PATH_IMAGE111
和
Figure 47761DEST_PATH_IMAGE112
之间没有事件被触发。因此，可以得出：
Figure 834451DEST_PATH_IMAGE113
(26)
这导致
Figure 943222DEST_PATH_IMAGE114
. (27)
因此，可以得到
Figure 194074DEST_PATH_IMAGE115
,
Figure 972674DEST_PATH_IMAGE116
. (28)
值得注意的是当
Figure 875689DEST_PATH_IMAGE117
时，有
Figure 397938DEST_PATH_IMAGE118
0(29)
其中
Figure 565614DEST_PATH_IMAGE119
.
因此
Figure 515115DEST_PATH_IMAGE120
，得出的结论是
Figure 666611DEST_PATH_IMAGE121
对于
Figure 726971DEST_PATH_IMAGE122
成立。至此，证明完毕。
然后用李雅普诺夫函数证明所提出的控制策略的稳定性。以定理1为例，通过选择一个候选Lyapunov函数来证明系统的稳定性：
首先，将 x(t) 缩写为x，并且
Figure 545891DEST_PATH_IMAGE123
缩写为
Figure 666294DEST_PATH_IMAGE124
。结合(5)-(9)，整个系统动力学可以写为
Figure 275392DEST_PATH_IMAGE125
(30)
其中
Figure 139443DEST_PATH_IMAGE126
,
Figure 547290DEST_PATH_IMAGE127
,和L是拉普拉斯矩阵。同样，有
Figure 838594DEST_PATH_IMAGE128
(31)
其中
Figure 699103DEST_PATH_IMAGE129
。
Lyapunov 函数候选被选择为
Figure 366845DEST_PATH_IMAGE130
(32)
时间导数
Figure 629199DEST_PATH_IMAGE131
为
Figure 91404DEST_PATH_IMAGE132
(33)
结合（30）和（33），方程可以写成
Figure 111313DEST_PATH_IMAGE133
(34)
将 (31) 代入 (34) 中得到
Figure 409177DEST_PATH_IMAGE134
(35)
展开（35），得到
Figure 526037DEST_PATH_IMAGE135
Figure 159144DEST_PATH_IMAGE136
（36）
使用不等式，得到
Figure 994245DEST_PATH_IMAGE137
,
Figure 269368DEST_PATH_IMAGE138
(37)
(36)中的方程可以有界于
Figure 240735DEST_PATH_IMAGE139
Figure 310322DEST_PATH_IMAGE140
(38)
由于无向图是对称的，通过交换最后一项的索引，得到
Figure 868605DEST_PATH_IMAGE141
(39)
所以有
Figure 681840DEST_PATH_IMAGE142
(40)
假设
Figure 507714DEST_PATH_IMAGE143
(41)
那么，如果以下条件成立
Figure 748202DEST_PATH_IMAGE144
,
Figure 292316DEST_PATH_IMAGE145
(42)
得到
Figure 643663DEST_PATH_IMAGE146
(43)
另外，通过公式（19）得到
Figure 589622DEST_PATH_IMAGE147
，
Figure 1012DEST_PATH_IMAGE148
的时间导数为：
Figure 751797DEST_PATH_IMAGE149
(44)
结合(44)和(10)，推导出以下等式
Figure 31469DEST_PATH_IMAGE150
(45)
因此，通过选择
Figure 504039DEST_PATH_IMAGE151
，有：
Figure 86330DEST_PATH_IMAGE152
<0 (46)
结合（46）和（49），发现
Figure 605036DEST_PATH_IMAGE153
(47)
因此，（10）中的触发函数可以保证系统的稳定性。
下面给出一个具体示例如下：
建立了一个三逆变器UPS系统。控制算法在dSPACE 1006实时控制器中实现。系统参数列于表1，波形由示波器捕获。
表1 系统参数
Figure 298185DEST_PATH_IMAGE154
线性负载情况下，三个UPS系统逆变器的线路电阻分别为0.4
Figure 218737DEST_PATH_IMAGE155
、0.3
Figure 706350DEST_PATH_IMAGE156
和0.2
Figure 479396DEST_PATH_IMAGE157
。只有平衡的 RL负载连接到PCC。图4显示了所提出的控制策略的有功功率共享性能。一开始，传统的下垂控制器应用于UPS系统。在 t=t1 之前，由于线路电阻不匹配，三个逆变器之间的有功功率共享特性很差。当提出的共享控制策略在 t=t1 激活时，需要0.5s实现准确的有功功率共享而没有超调。
所提出的控制策略也验证了模块式UPS系统的即插即用能力。 如图5所示，在t=t1时刻，UPS逆变器3与系统断开，UPS逆变器1和逆变器2继续为负载供电。可以看出，逆变器1和逆变器2的有功功率很快收敛到460W。然后，逆变器3在t=t2重新接入系统，1.5s后三台UPS逆变器的有功功率再次准确共享。
非线性负载情况下，将三相非线性负载连接到系统以测试谐波功率共享性能。图6为提出控制策略的谐波功率共享过程，从图6可以看出，在t=t1之前，仅采用传统的下垂方法，这三台UPS逆变器分别共享230Var、200Var和150Var谐波功率。在提出的控制策略被激活后，这三个 UPS 逆变器中的每一个都共享 193Var 谐波功率。此外，可以发现完成谐波功率共享过程大约需要0.5s。
对触发次数进行比较，静态ETC和动态ETC的触发时刻分别如图7和图8所示。结果表明，两种控制策略都以非周期性方式更新它们的通信。但由于采用了动态ETC，触发次数大大减少。
以下，参照图9来描述根据本公开实施例的与图3所示的方法对应的装置，用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制装置100，由于系统100的功能与在上文中描述的方法的细节相同，因此在这里为了简单起见，省略对相同内容的详细描述。如图9所示，装置100包括：功率控制器设计模块101，用于利用动态事件触发机制设计有功功率控制器和谐波功率控制器；建立功率共享模块102，用于根据有功功率控制器的输入建立有功功率共享状态模型，根据谐波功率控制器的输入建立谐波功率共享状态模型；定义功率测量误差模块103，用于根据最新触发时间有功功率与实时有功功率定义有功功率测量误差，根据最新触发时间谐波功率与实时谐波功率定义谐波功率测量误差；确定功率共享模块104，用于根据所述有功功率测量误差、有功功率控制器得到第一事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第一事件发生器的触发时序下，可实现有功功率共享；根据所述谐波功率测量误差、谐波功率控制器得到第二事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第二事件发生器的触发时序下，可实现谐波功率共享。除了这4个单元以外，装置100还可以包括其他部件，然而，由于这些部件与本公开实施例的内容无关，因此在这里省略其图示和描述。
用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制装置100的具体工作过程参照上述用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法的描述，不再赘述。
本发明针对模块化UPS系统中的有功功率和谐波功率分配提出了一种分布式动态事件触发控制方法及装置。与现有方法相比，所提出的控制策略可以实现准确的有功和谐波功率共享，同时大大减少了通信数据交换。配备了所提出的控制策略，UPS 系统可以实现即插即用的能力，同时在瞬态期间快速共享有功和谐波功率。 Lyapunov函数验证了所提出的控制策略的稳定性。使用模块化 UPS 设置获得的结果证明了所提出方案的有效性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法，UPS系统并联多个UPS模块，每个UPS模块包括逆变器和电池组，其特征在于，所述方法包括：
利用动态事件触发机制设计有功功率控制器和谐波功率控制器；
根据有功功率控制器的输入建立有功功率共享状态模型，根据谐波功率控制器的输入建立谐波功率共享状态模型；
根据最新触发时间有功功率与实时有功功率定义有功功率测量误差，根据最新触发时间谐波功率与实时谐波功率定义谐波功率测量误差；
根据所述有功功率测量误差、所述有功功率控制器得到第一事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第一事件发生器的触发时序下实现有功功率共享；
根据所述谐波功率测量误差、所述谐波功率控制器得到第二事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第二事件发生器的触发时序下实现谐波功率共享，
其中，所述利用动态事件触发机制设计有功功率控制器、根据有功功率控制器的输入建立有功功率共享状态模型具体包括：
建立有功功率共享状态模型为：
Figure 143292DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 326011DEST_PATH_IMAGE002
表示有功功率控制器的输入，
Figure 371328DEST_PATH_IMAGE003
表示有功功率共享状态模型的系数参数，
Figure 671597DEST_PATH_IMAGE004
是有功功率
Figure 751548DEST_PATH_IMAGE005
的导数；
有功功率控制器设计为：
Figure 839590DEST_PATH_IMAGE006
其中
Figure 372202DEST_PATH_IMAGE007
表示比例增益，
Figure 712048DEST_PATH_IMAGE008
定义为：
Figure 912085DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 171028DEST_PATH_IMAGE010
是代理j的最新触发时间，
Figure 66303DEST_PATH_IMAGE011
是代理i进行有功功率共享的最新触发时间，
Figure 68894DEST_PATH_IMAGE012
是与分布式电源
Figure 857859DEST_PATH_IMAGE013
有通信连接的所有DG，
Figure 694228DEST_PATH_IMAGE014
是代理i的有功功率共享状态模型的系 数参数，
Figure 201432DEST_PATH_IMAGE015
是代理j的有功功率共享状态模型的系数参数，
Figure 742135DEST_PATH_IMAGE016
是代理i发出的有功功率，
Figure 651185DEST_PATH_IMAGE017
是代理j发出的有功功率，代理i是第i台分布式电源，代理j是第j台分布式电源。
2.根据权利要求1所述的用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法，其特征在于，所述方法还包括采用电流控制器调节逆变器的电感电流。
3.根据权利要求1所述的用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法，其特征在于，所述方法中实现有功功率共享具体包括：
UPS模块的有功功率测量误差是最新触发时有功功率
Figure 891411DEST_PATH_IMAGE018
与实时有功功率
Figure 885912DEST_PATH_IMAGE019
之间的偏差，公式为：
Figure 230306DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 869229DEST_PATH_IMAGE021
当第一事件发生器满足以下动态事件触发条件：
Figure 906455DEST_PATH_IMAGE022
其中，inf表示函数值的下界，则在第一事件发生器的触发时序下，通过式
Figure 388252DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 411703DEST_PATH_IMAGE024
可实现有功功率共享，其中比例系数
Figure 29766DEST_PATH_IMAGE025
，动态参数
Figure 237893DEST_PATH_IMAGE026
为辅助变量，满足：
Figure 941407DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 502970DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 506698DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 885726DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 450438DEST_PATH_IMAGE031
和
Figure 205904DEST_PATH_IMAGE032
均是有功功率共享控制器的控制参数，
Figure 532980DEST_PATH_IMAGE033
是有功功率共享控制器的比例系数，
Figure 958276DEST_PATH_IMAGE034
是辅助变量
Figure 636382DEST_PATH_IMAGE035
的导数。
4.根据权利要求1所述的用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法，其特征在于，所述方法中利用动态事件触发机制设计谐波功率控制器、根据谐波功率控制器的输入建立谐波功率共享状态模型具体包括：
建立谐波功率共享状态模型为：
Figure 929960DEST_PATH_IMAGE036
其中
Figure 377122DEST_PATH_IMAGE037
表示谐波功率控制器的输入，
Figure 973320DEST_PATH_IMAGE038
是谐波功率共享状态模型的系数参数，
Figure 138722DEST_PATH_IMAGE039
是谐波功率
Figure 970412DEST_PATH_IMAGE040
的导数；
分布式谐波功率控制器设计为：
Figure 413026DEST_PATH_IMAGE041
其中
Figure 39179DEST_PATH_IMAGE042
表示比例增益，
Figure 691877DEST_PATH_IMAGE043
定义为：
Figure 966738DEST_PATH_IMAGE044
其中，
Figure 122913DEST_PATH_IMAGE045
是代理 j的最新触发时间，
Figure 185547DEST_PATH_IMAGE046
是代理i进行谐波功率共享的最新触发时间，
Figure 59962DEST_PATH_IMAGE047
是与分布式电源
Figure 374400DEST_PATH_IMAGE048
有通信连接的所有DG，
Figure 650661DEST_PATH_IMAGE049
是代理i的谐波功率共享状态模型的系数参数，
Figure 149775DEST_PATH_IMAGE050
是代理j的谐波功率共享状态模型的系数参数，
Figure 386853DEST_PATH_IMAGE051
是代理i的谐波功率，
Figure 364036DEST_PATH_IMAGE052
是代理j的谐波功率。
5.根据权利要求4所述的用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法，其特征在于，所述方法中实现谐波功率共享具体包括：
UPS模块的谐波功率测量误差是最新触发时谐波功率
Figure 494803DEST_PATH_IMAGE053
与实时谐波功率
Figure 899239DEST_PATH_IMAGE054
之间的偏差，公式为：
Figure 623613DEST_PATH_IMAGE055
，
Figure 404487DEST_PATH_IMAGE056
当第二事件发生器满足以下动态事件触发条件：
Figure 655340DEST_PATH_IMAGE057
则在第二事件发生器的触发时序下，通过式
Figure 604579DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 940883DEST_PATH_IMAGE059
可实现谐波功率共享，其中比例系数
Figure 259868DEST_PATH_IMAGE060
，动态参数
Figure 506173DEST_PATH_IMAGE061
为辅助变量，满足：
Figure 252412DEST_PATH_IMAGE062
其中，
Figure 810432DEST_PATH_IMAGE063
、
Figure 933109DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 768341DEST_PATH_IMAGE065
，
Figure 685482DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 261957DEST_PATH_IMAGE067
均是谐波功率共享控制器的控制参数，
Figure 798111DEST_PATH_IMAGE068
是谐波功率共享控制器的比例系数，
Figure 612483DEST_PATH_IMAGE069
是辅助变量
Figure 966104DEST_PATH_IMAGE070
的导数。
6.根据权利要求2所述的用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制方法，其特征在于，所述电流控制器表示为：
Figure 498717DEST_PATH_IMAGE071
其中，
Figure 337098DEST_PATH_IMAGE072
是比例增益，
Figure 271556DEST_PATH_IMAGE073
是谐振系数
Figure 796078DEST_PATH_IMAGE074
的参数，s为复频率，
Figure 691353DEST_PATH_IMAGE075
表示电流控制器的传递函数。
7.一种用于UPS系统功率共享的动态事件触发控制装置，UPS系统并联多个UPS模块，每个UPS模块包括逆变器和电池组，其特征在于，所述装置包括：
功率控制器设计模块，用于利用动态事件触发机制设计有功功率控制器和谐波功率控制器；
建立功率共享模块，用于根据有功功率控制器的输入建立有功功率共享状态模型，根据谐波功率控制器的输入建立谐波功率共享状态模型；
定义功率测量误差模块，用于根据最新触发时间有功功率与实时有功功率定义有功功率测量误差，根据最新触发时间谐波功率与实时谐波功率定义谐波功率测量误差；
确定功率共享模块，用于根据所述有功功率测量误差、所述有功功率控制器得到第一事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第一事件发生器的触发时序下实现有功功率共享；根据所述谐波功率测量误差、所述谐波功率控制器得到第二事件发生器的动态事件触发条件，确定在所述第二事件发生器的触发时序下实现谐波功率共享，
其中，所述利用动态事件触发机制设计有功功率控制器、根据有功功率控制器的输入建立有功功率共享状态模型具体包括：
建立有功功率共享状态模型为：
Figure 693944DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 482908DEST_PATH_IMAGE002
表示有功功率控制器的输入，
Figure 319277DEST_PATH_IMAGE003
表示有功功率共享状态模型的系数参数，
Figure 560903DEST_PATH_IMAGE004
是有功功率
Figure 367185DEST_PATH_IMAGE005
的导数；
有功功率控制器设计为：
Figure 276235DEST_PATH_IMAGE006
其中
Figure 752347DEST_PATH_IMAGE007
表示比例增益，
Figure 746847DEST_PATH_IMAGE008
定义为：
Figure 356820DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 494278DEST_PATH_IMAGE010
是代理j的最新触发时间，
Figure 265925DEST_PATH_IMAGE011
是代理i进行有功功率共享的最新触发时间，
Figure 747722DEST_PATH_IMAGE012
是与分布式电源
Figure 36752DEST_PATH_IMAGE013
有通信连接的所有DG，
Figure 654815DEST_PATH_IMAGE014
是代理i的有功功率共享状态模型的系 数参数，
Figure 862943DEST_PATH_IMAGE015
是代理j的有功功率共享状态模型的系数参数，
Figure 566457DEST_PATH_IMAGE016
是代理i发出的有功功率，
Figure 128019DEST_PATH_IMAGE017
是代理j发出的有功功率，代理i是第i台分布式电源，代理j是第j台分布式电源。
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