CN113489062B - 基于虚拟阻容算法的改进三相机矢量并机的下垂控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于虚拟阻容算法的改进三相机矢量并机的下垂控制方法，本发明在第i台三相储能离网逆变器线路阻抗中加入虚拟电阻Rv及虚拟电容Cv，虚拟电阻Rv的作用是保证适当增加线路阻抗的阻性分量，防止由于采样误差、采样干扰等因素导致的线路感抗Xi计算会出现偏差，增大线路阻抗后可以使得线路阻抗分量更大，有效提高假设以线路阻抗为阻性下垂算法的可靠性；电压参考中也加入估算线路阻抗
Figure DDA0003203563260000011
补偿量，这样做可以补偿线路阻抗的压降，使得各个并机三相储能逆变器环流更小；与现有技术相比，本发明提供了一种采样公共连接点PCC电压，计算线路阻抗的方法；采用虚拟阻容算法改进三相机矢量并机下垂算法。

Description

基于虚拟阻容算法的改进三相机矢量并机的下垂控制方法
技术领域
本发明涉及三相机矢量并机领域，具体是基于虚拟阻容算法的改进三相机矢量并机的下垂控制方法。
背景技术
在采用三相机的矢量控制下垂算法的并机电路中由于线路阻抗的差异会导致并机环流差异，严重的会导致并机失败。由于线路阻抗的差异，有些线路阻抗呈现感性比阻性大，而有些线路阻抗阻性比感性阻抗要大。
发明内容
本发明的目的在于提供基于虚拟阻容算法的改进三相机矢量并机的下垂控制方法，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：
基于虚拟阻容算法的改进三相机矢量并机的下垂控制方法，本发明在第i台三相储能离网逆变器线路阻抗中加入虚拟电阻Rv及虚拟电容Cv，
Figure BDA0003203563240000014
和
Figure BDA0003203563240000015
为计算出来的线路等效电阻和电感；
设定三相离网逆变器输出角频率为ω，则加入虚拟阻抗后ab两点之间的等效阻抗Zab可以表示为
Figure BDA0003203563240000011
为了保证线路阻抗呈现阻性,设定虚拟容抗除以输出基波角频率等于线路电感
Figure BDA0003203563240000012
这样上式就变为
Figure BDA0003203563240000013
虚拟电阻Rv的作用是保证适当增加线路阻抗的阻性分量，防止由于采样误差、采样干扰等因素导致的线路感抗Xi计算会出现偏差，增大线路阻抗后可以使得线路阻抗分量更大，有效提高假设以线路阻抗为阻性下垂算法的可靠性；
假设第i台三相储能离网逆变器输出视在功率Si、有功功率Pi、无功功率Qi如下式所示：
Si＝Pi+Qi＝VdiIdi+jVqiIqi
其中Vdi、Vqi、Idi、Iqi为第i台三相储能离网逆变器三相输出电压和三相电流经过dq变换后分别在d轴和q轴上的值；
这样加入虚拟虚拟阻容算法后
Figure BDA0003203563240000021
可以改写为：
Figure BDA0003203563240000022
其中
Figure BDA0003203563240000023
为有效值反馈还经PI控制器的输出值，由于q轴电压参考
Figure BDA0003203563240000024
一般为零，上式省略；电压参考中也加入估算线路阻抗
Figure BDA0003203563240000025
补偿量，这样做可以补偿线路阻抗的压降，使得各个并机三相储能逆变器环流更小；
其中
Figure BDA0003203563240000026
为三相离网逆变器输出电压的有效值参考，虚拟阻容算法输出虚拟电阻Rv和虚拟容抗除以基波角频率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、提供了一种采样公共连接点PCC电压，计算线路阻抗的方法；
2、采用虚拟阻容算法改进三相机矢量并机下垂算法。
附图说明
图1为基于虚拟阻容算法的改进三相机矢量并机的下垂控制方法的控制框图。
图2为加入虚拟阻容算法后线路阻抗示意图.
图3为传统并机下降法的示意图。
图4为线路阻抗计算流程图。
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
根据下降法原理,如果线路阻抗呈现阻性，则采用矢量控制的并机输出电压幅值和角频率的基本调节规律如下：
Figure BDA0003203563240000031
如果线路阻抗呈现感性则下垂算法为
Figure BDA0003203563240000032
上述中Pi和Qi为输出的有功功率和无功功率，Vdi，ωi为第i台三相储能离网逆变器在正序d轴输出值和实际角频率值；
Figure BDA0003203563240000041
分别第i台三相储能离网逆变器正序d轴参考电压和dq轴旋转角频率；KV-droop，Kω-droop为输出电压和角频率的下降系数。
不失一般性，假设三相线路阻抗基本一致，设两台三相储能离网逆变器并联公共点PCC的电压为V∠0；两台三相储能离网逆变器输出的电压分别为V1∠δ1和V2∠δ2。将三相储能离网逆变器的输出阻抗及线路阻抗看作一体，分别用Zline1和Zline2表示，PCC点负载阻抗之和为Zload。
如图3所示，第i台三相储能逆变器在线路阻抗上的压降△Vi为：
Figure BDA0003203563240000042
上式中，Iip、Iiq、分别为第i台逆变器输出电流的有功电流、无功电流；Ri、Xi分别为第i台三相储能离网逆变器阻抗Zline1中的阻性阻抗和感性阻抗。
根据电阻和电感串联线路阻抗关系，有下列关系式：
|IipXi|＝|IiqRi|
根据公式|IipXi|＝|IiqRi|，
Figure BDA0003203563240000043
变形为
Figure BDA0003203563240000044
上式两边都乘以V0上式变形为
RiPi+XiQi＝△ViV0
上式中由于侦测PCC点的电压V0，这样对任意第i台三相储能离网逆变器来说△Vi＝Vi-V0。为了求出线路阻抗Zline1＝Ri+jXi，需要侦测不同功率条件下的Pi、Qi、△Vi及V0；下式表示连续侦测两次的方程式
Figure BDA0003203563240000051
经过解二元一次方程可以得到：
Figure BDA0003203563240000052
针对上述公式的计算如图4所示，图4中△表示一个设定的小数，由于计算线路阻抗公式中Pi2Qi1-Pi1Qi2为分母，为防止出现负载变化时或采样干扰等情况可能会出现Pi2Qi1≈Pi1Qi2的情况，这样会导致上述公式分母近似为零，出现这种情况就不进行阻抗计算。计算得出的Xi和Ri再分别经过LPF低通滤波器滤波的目的也是为了防止采样异常干扰时计算结果基本不受影响，保持Xi和Ri计算值的基本稳定，滤波后输出的
Figure BDA0003203563240000053
和
Figure BDA0003203563240000054
值作为最终使用值。另外△1和△2分别表示设定的线路阻抗和感抗的最大限幅值。
如图2所示，基于虚拟阻容算法的改进三相机矢量并机的下垂控制方法，本发明在第i台三相储能离网逆变器线路阻抗中加入虚拟电阻Rv及虚拟电容Cv，
Figure BDA0003203563240000055
和
Figure BDA0003203563240000056
为计算出来的线路等效电阻和电感。
设定三相离网逆变器输出角频率为ω，则加入虚拟阻抗后ab两点之间的等效阻抗Zab可以表示为
Figure BDA0003203563240000057
为了保证线路阻抗呈现阻性,设定虚拟容抗除以输出基波角频率等于线路电感
Figure BDA0003203563240000058
这样上式就变为
Figure BDA0003203563240000061
虚拟电阻Rv的作用是保证适当增加线路阻抗的阻性分量，防止由于采样误差、采样干扰等因素导致的线路感抗Xi计算会出现偏差，增大线路阻抗后可以使得线路阻抗分量更大，有效提高假设以线路阻抗为阻性下垂算法的可靠性。
假设第i台三相储能离网逆变器输出视在功率Si、有功功率Pi、无功功率Qi如下式所示：
Si＝Pi+Qi＝VdiIdi+jVqiIqi
其中Vdi、Vqi、Idi、Iqi为第i台三相储能离网逆变器三相输出电压和三相电流经过dq变换后分别在d轴和q轴上的值。
这样加入虚拟虚拟阻容算法后
Figure BDA0003203563240000062
可以改写为：
Figure BDA0003203563240000063
其中
Figure BDA0003203563240000064
为有效值反馈还经PI控制器的输出值，由于q轴电压参考
Figure BDA0003203563240000065
一般为零，上式省略。电压参考中也加入估算线路阻抗
Figure BDA0003203563240000066
补偿量，这样做可以补偿线路阻抗的压降，使得各个并机三相储能逆变器环流更小；
这样，基于虚拟阻容算法的改进三相机矢量并机的下垂控制方法如图1所示，其中
Figure BDA0003203563240000071
为三相离网逆变器输出电压的有效值参考，虚拟阻容算法输出虚拟电阻Rv和虚拟容抗除以基波角频率。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (1)

1.基于虚拟阻容算法的改进三相机矢量并机的下垂控制方法，其特征在于，在第i台三相储能离网逆变器线路阻抗中加入虚拟电阻Rv及虚拟电容Cv，
Figure FDA0003203563230000011
和
Figure FDA0003203563230000012
为计算出来的线路等效电阻和电感；
设定三相离网逆变器输出角频率为ω，则加入虚拟阻抗后ab两点之间的等效阻抗Zab可以表示为
Figure FDA0003203563230000013
为了保证线路阻抗呈现阻性,设定虚拟容抗除以输出基波角频率等于线路电感
Figure FDA0003203563230000014
这样上式就变为
Figure FDA0003203563230000015
虚拟电阻Rv的作用是保证适当增加线路阻抗的阻性分量，防止由于采样误差、采样干扰等因素导致的线路感抗Xi计算会出现偏差，增大线路阻抗后可以使得线路阻抗分量更大，有效提高假设以线路阻抗为阻性下垂算法的可靠性；
假设第i台三相储能离网逆变器输出视在功率Si、有功功率Pi、无功功率Qi如下式所示：
Si＝Pi+Qi＝VdiIdi+jVqiIqi
其中Vdi、Vqi、Idi、Iqi为第i台三相储能离网逆变器三相输出电压和三相电流经过dq变换后分别在d轴和q轴上的值；
这样加入虚拟虚拟阻容算法后
Figure FDA0003203563230000016
可以改写为：
Figure FDA0003203563230000021
其中
Figure FDA0003203563230000022
为有效值反馈还经PI控制器的输出值，由于q轴电压参考
Figure FDA0003203563230000023
一般为零，上式省略；电压参考中也加入估算线路阻抗
Figure FDA0003203563230000024
补偿量，这样做可以补偿线路阻抗的压降，使得各个并机三相储能逆变器环流更小；
其中
Figure FDA0003203563230000025
为三相离网逆变器输出电压的有效值参考，虚拟阻容算法输出虚拟电阻Rv和虚拟容抗除以基波角频率。
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