CN113541518B - 一种针对ups系统的改进下垂控制方法 - Google Patents

一种针对ups系统的改进下垂控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113541518B
CN113541518B CN202110821537.4A CN202110821537A CN113541518B CN 113541518 B CN113541518 B CN 113541518B CN 202110821537 A CN202110821537 A CN 202110821537A CN 113541518 B CN113541518 B CN 113541518B
Authority
CN
China
Prior art keywords
control
adaptive
self
signal
ups system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110821537.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113541518A (zh
Inventor
丁石川
吴中东
郭小璇
杭俊
鲍海波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui University
Original Assignee
Anhui University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui University filed Critical Anhui University
Priority to CN202110821537.4A priority Critical patent/CN113541518B/zh
Publication of CN113541518A publication Critical patent/CN113541518A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113541518B publication Critical patent/CN113541518B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于并联UPS系统的改进下垂控制方法，并联UPS有着未知系统参数和大量非线性负载，实现该控制方法首先要建立模块的约束性空间状态模型，然后基于Lyapunov函数反推出自适应控制方法，在传统P‑V下垂控制中加入自适应控制方法，并且通过在控制信号中添加虚拟阻抗，可保证并联UPS系统输出电压在给定的范围内，实现并联模块间功率精确分配。本发明使用的改进下垂控制方法，通过证明控制信号的有界性，表明对并联UPS系统输出电压的良好约束控制，可以适应不同的负载工况，实现良好的功率分配效果。

Description

一种针对UPS系统的改进下垂控制方法
技术领域
本发明属于并联UPS系统控制技术领域，具体涉及一种针对UPS系统的改进下垂控制方法。
背景技术
UPS电源是能够提供可靠、持续、高质量和不间断电能供应的电力电子装置，它的主要电路组成是整流器和逆变器，蓄电池是UPS电源的储能设备。UPS电源作为供配电系统强有力的保障，自身必须具备高可靠性和快速修复能力。UPS电源的模块化可以极大提高供电的稳定性，通过检测负载功率的大小来控制投入运行的电源装置数量，具有良好的节能效果。随着互联网技术的快速发展，网络宽带速度的大幅提升，越来越多大型数据中心的建立，使得机房的装机容量在不断扩大，其中关键设备的稳定运行都需要不间断且可靠的电能供应，因此对UPS电源的需求量越来越大。
为了增加系统的可靠性及带载能力，往往需多个UPS并联运行。并联模块控制主要有以集中控制、主从控制和分散控制为主的有互联线控制与以下垂控制为主的无互联线控制。其中，下垂控制由于模块间无需通信，系统可靠性更高，设计成本更低等优势得到广泛应用。在现有的研究中，为了提高微功率逆变器对线路参数的适应性，有学者在下垂控制的基础上增加了虚拟阻抗，再通过母线电压的补偿消除微电网电压的压降，但是无法很好的适应不同的负载情况。模型预测控制(MPC)是一种可以应用的方法，可是对系统模型要求较高。也有学者提出自动调节下垂系数的控制策略，但是动态响应较差。
因此，针对具有大量非线性负载和未知系统参数的并联UPS系统，本发明提出了一种改进下垂控制方法。能够适应不同的负载情况，保证系统输出电压质量，实现功率的精确分配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对UPS系统的改进下垂控制方法，解决以下技术问题：
(1)现有技术中，为了提高微功率逆变器对线路参数的适应性，在下垂控制的基础上增加了虚拟阻抗，再通过母线电压的补偿消除微电网电压的压降，但是无法很好的适应不同的负载情况；
(2)模型预测控制(MPC)对系统模型要求较高；
(3)现有技术中还有通过自动调节下垂系数的控制策略，但是动态响应较差。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于并联UPS系统的改进下垂控制方法，包括如下步骤：
步骤一，采样得到并联UPS系统的输出电压及电感侧电流，计算得到并联UPS系统输出的有功功率与无功功率，通过传统P-V下垂控制方程得到参考电压信号；
步骤二，建立并联UPS系统的约束性空间状态模型，并联UPS系统的控制目标是对输出量进行约束并确保所有闭环信号的有界性；
基于Lyapunov函数推导出并联UPS系统的自适应控制方程，在传统P-V下垂控制中，加入自适应控制方程的自适应控制信号；
步骤三，在自适应控制信号中加入虚拟阻抗控制信号，并且由步骤一计算得到的有功功率反馈调节虚拟阻抗控制参数。
作为本发明的进一步方案，步骤一中传统P-V下垂控制方程为：
Figure GDA0003699274400000021
其中，Viref与firef分别为下垂控制环节输出电压幅值参考与频率参考，Vi *与fi *分别为UPS输出电压额定幅值与频率，m和n分别为有功功率与无功功率的下垂系数，Pi和Qi为UPS输出的有功功率和无功功率，P0和Q0为额定有功功率和无功功率。
作为本发明的进一步方案，步骤二中的自适应控制方程为：
Figure GDA0003699274400000031
Figure GDA0003699274400000032
Figure GDA0003699274400000033
式中，λC、λr、λL为控制参数，P、R为控制变量，e2为电流追踪误差，x2为模块输出电流信号，
Figure GDA0003699274400000034
为电流参考信号，
Figure GDA0003699274400000035
与
Figure GDA0003699274400000036
分别为自适应电阻值与自适应电感值；
可得自适应控制信号：
Figure GDA0003699274400000037
式中，k2为控制参数，e2为电流追踪误差，x1、x2分别为模块输出电压与输出电流信号，
Figure GDA0003699274400000038
为电流参考信号，
Figure GDA0003699274400000039
与
Figure GDA00036992744000000310
分别为自适应电阻值与自适应电感值，ρ为控制参数。
作为本发明的进一步方案，步骤三中，加入虚拟阻抗信号的自适应控制信号为：
Figure GDA00036992744000000311
式中，kZi为虚拟阻抗控制参数，k2为控制参数，e2为电流追踪误差，
Figure GDA00036992744000000312
与
Figure GDA00036992744000000313
分别为自适应电阻值与自适应电感值，x1、x2分别为模块输出电压与输出电流信号，
Figure GDA00036992744000000314
为电流参考信号，R为控制变量，ρ为控制参数。
本发明的有益效果：
本发明所述下垂控制方法首先要建立模块的约束性空间状态模型，然后基于Lyapunov函数反推出自适应控制方法，在传统P-V下垂控制中加入自适应控制方法，并且通过在控制信号中添加虚拟阻抗，可保证并联UPS系统输出电压在给定的范围内，实现并联模块间功率精确分配；
本发明能够降低并联UPS系统的控制难度，对于线性负载和非线性负载都具有良好的控制效果，能够保证较好的输出电压质量与功率的精确分配，能够改进传统P-V下垂控制方法中功率无法精确分配、动态响应慢、对负载的适应性差、控制过程繁琐、输出误差大等缺点，实用性强，易于实现。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为并联UPS系统的改进下垂控制方法流程框图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种用于并联UPS系统的改进下垂控制方法，包括如下步骤：
步骤一，采样得到并联UPS系统的输出电压及电感侧电流，计算得到并联UPS系统输出的有功功率与无功功率，通过传统P-V下垂控制得到参考电压信号；
其中，P-V下垂控制方程为：
Figure GDA0003699274400000041
其中，Viref与firef分别为下垂控制环节输出电压幅值参考与频率参考，Vi *与fi *分别为逆变器输出电压额定幅值与频率，m和n分别为有功功率与无功功率的下垂系数，P0和Q0为额定有功功率和无功功率；
步骤二，建立并联UPS系统的约束性空间状态模型，并联UPS系统的控制目标是实现对输出量的约束及确保所有闭环信号的有界性；
基于Lyapunov函数推导出其自适应控制方程，在传统P-V下垂控制中，加入自适应控制方程计算得到的自适应控制信号，有效降低线路阻抗参数的影响；
其中自适应控制方程信号通过以下方法计算得到：
Figure GDA0003699274400000055
其中状态变量为：
X(t)＝[V0 iL]T
式中：
Figure GDA0003699274400000051
定义跟踪误差为：
e1(t)＝y(t)-yd(t)
e1(t)的范围为：
Figure GDA0003699274400000052
其中：
Figure GDA0003699274400000053
使用映射函数将约束跟踪误差e1(t)变换为新变量s(t)：
Figure GDA0003699274400000054
建立含有电压电流追踪误差及系统参数C、r、L的Lyapunov函数：
Figure GDA0003699274400000061
式中，kC、kr、kL为控制参数，
Figure GDA0003699274400000062
为参数估计误差，e2为电流追踪误差，ρ为控制参数，可以得到自适应方程：
Figure GDA0003699274400000063
Figure GDA0003699274400000064
Figure GDA0003699274400000065
其中，λC、λr、λL为控制参数，P、R为控制变量，e2为电流追踪误差，x2为模块输出电流信号，
Figure GDA0003699274400000066
为电流参考信号，
Figure GDA0003699274400000067
与
Figure GDA0003699274400000068
分别为自适应电阻值与自适应电感值；
可得自适应控制信号：
Figure GDA0003699274400000069
式中，k2为控制参数，e2为电流追踪误差，x1、x2分别为模块输出电压与输出电流信号，
Figure GDA00036992744000000610
为电流参考信号，
Figure GDA00036992744000000611
与
Figure GDA00036992744000000612
分别为自适应电阻值与自适应电感值，ρ为控制参数。
步骤三，在自适应控制信号中加入虚拟阻抗控制信号，并且由步骤一计算得到的有功功率反馈调节虚拟阻抗控制参数，进一步提高并联系统的功率分配精度。
将虚拟阻抗控制信号代入自适应控制信号：
Vi”＝Vi'-iLi×Zi
Figure GDA00036992744000000613
控制信号方程为：
Figure GDA00036992744000000614
其中，kZi为虚拟阻抗控制参数，k2为控制参数，e2为电流追踪误差，
Figure GDA0003699274400000071
与
Figure GDA0003699274400000072
分别为自适应电阻值与自适应电感值，x1、x2分别为模块输出电压与输出电流信号，
Figure GDA0003699274400000073
为电流参考信号，R为控制变量，ρ为控制参数。
可以得到模块输出功率比例为：
Figure GDA0003699274400000074
本发明能够降低并联UPS系统的控制难度，对于线性负载和非线性负载都具有良好的控制效果，能够保证较好的输出电压质量与功率的精确分配。本发明是一种有效可靠的并联UPS系统控制方法。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (1)

1.一种用于并联UPS系统的改进下垂控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，采样得到并联UPS系统的输出电压及电感侧电流，计算得到并联UPS系统输出的有功功率与无功功率，通过传统P-V下垂控制方程得到参考电压信号；
步骤二，建立并联UPS系统的约束性空间状态模型，并联UPS系统的控制目标是对输出量进行约束并确保所有闭环信号的有界性；
基于Lyapunov函数推导出并联UPS系统的自适应控制方程，在传统P-V下垂控制中，加入自适应控制方程的自适应控制信号；
步骤三，在自适应控制信号中加入虚拟阻抗控制信号，并且由步骤一计算得到的有功功率反馈调节虚拟阻抗控制参数；
步骤一中传统P-V下垂控制方程为：
Figure FDA0003699274390000011
其中，Viref与firef分别为下垂控制环节输出电压幅值参考与频率参考，Vi *与fi *分别为UPS输出电压额定幅值与频率，m和n分别为有功功率与无功功率的下垂系数，Pi和Qi为UPS输出的有功功率和无功功率，P0和Q0为额定有功功率和无功功率；
步骤二中的自适应控制方程为：
Figure FDA0003699274390000012
Figure FDA0003699274390000013
Figure FDA0003699274390000014
式中，λC、λr、λL为控制参数，P、R为控制变量，e2为电流追踪误差，x2为模块输出电流信号，
Figure FDA0003699274390000021
为电流参考信号，
Figure FDA0003699274390000022
与
Figure FDA0003699274390000023
分别为自适应电阻值与自适应电感值；kC、kr、kL为控制参数；
可得自适应控制信号：
Figure FDA0003699274390000024
式中，k2为控制参数，e2为电流追踪误差，x1、x2分别为模块输出电压与输出电流信号，
Figure FDA0003699274390000025
为电流参考信号，
Figure FDA0003699274390000026
与
Figure FDA0003699274390000027
分别为自适应电阻值与自适应电感值，ρ为控制参数；
步骤三中，加入虚拟阻抗信号的自适应控制信号为：
Figure FDA0003699274390000028
式中，kZi为虚拟阻抗控制参数，k2为控制参数，e2为电流追踪误差，
Figure FDA0003699274390000029
与
Figure FDA00036992743900000210
分别为自适应电阻值与自适应电感值，x1、x2分别为模块输出电压与输出电流信号，
Figure FDA00036992743900000211
为电流参考信号，R为控制变量。
CN202110821537.4A 2021-07-20 2021-07-20 一种针对ups系统的改进下垂控制方法 Active CN113541518B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110821537.4A CN113541518B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 一种针对ups系统的改进下垂控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110821537.4A CN113541518B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 一种针对ups系统的改进下垂控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113541518A CN113541518A (zh) 2021-10-22
CN113541518B true CN113541518B (zh) 2022-07-26

Family

ID=78100564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110821537.4A Active CN113541518B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 一种针对ups系统的改进下垂控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113541518B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102510120B (zh) * 2011-11-23 2014-02-26 中国科学院电工研究所 一种基于虚拟阻抗的微网逆变器电压电流双环下垂控制方法
CN103701351B (zh) * 2013-12-16 2016-02-24 西安交通大学 并联逆变器的自适应无功功率控制方法
KR101951184B1 (ko) * 2018-08-08 2019-02-25 성신전기공업(주) 무정전 전원공급시스템의 병렬 운전 제어 장치 및 방법
CN109347105B (zh) * 2018-10-18 2020-05-05 北京交通大学 一种并联系统中虚拟阻抗的设计方法
CN110752665B (zh) * 2019-11-28 2022-05-27 广西电网有限责任公司南宁供电局 针对ups系统集成微电网的自适应性能控制方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113541518A (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109149620B (zh) 一种自储能多端柔直系统控制方法及系统
CN110556871B (zh) 基于结构保持方法的大规模光伏发电系统聚合等值方法
CN108736519B (zh) 一种光伏电站的虚拟同步发电机自适应控制方法及装置
CN111725798A (zh) 一种用于直流微电网集群的分布式经济调度预测控制方法
CN111555358A (zh) 一种基于自适应下垂控制的多分布式电源并联运行方法
CN113890016B (zh) 数据驱动的配电网多时间尺度电压协调控制方法
Beus et al. A model predictive control approach to operation optimization of an ultracapacitor bank for frequency control
CN112600214B (zh) 基于分布式比例一致性的微电网平均电压观测器
CN113541518B (zh) 一种针对ups系统的改进下垂控制方法
CN111651878B (zh) 计及态势评估的大电网静态电压稳定优化决策方法及系统
Zhang et al. Bus Voltage Stabilization Control of Photovoltaic DC Microgrid Based on Fuzzy‐PI Dual‐Mode Controller
CN111628540A (zh) 一种新型交直流充电桩的架构与上位机控制策略
CN110752665B (zh) 针对ups系统集成微电网的自适应性能控制方法及系统
CN112749489B (zh) 一种基于拼接技术的电网模型生成方法
CN114914934A (zh) 一种lcl型电容分裂式三相四线制逆变器阻抗建模方法
Huang et al. Data-Driven Distributed Predictive Control for Voltage Regulation and Current Sharing in DC Microgrids With Communication Constraints
CN111682584A (zh) 一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法
Goh et al. Improving the Performance of DC Microgrids by Utilizing Adaptive Takagi-Sugeno Model Predictive Control
CN111628491A (zh) 一种基于线路阻抗检测的直流微网改进下垂控制方法
CN113809732B (zh) 一种分布式直流智能负载虚拟惯性控制方法
CN114899877B (zh) 热-电联合系统的虚拟同步机建模、参数优化方法及装置
CN118399486B (zh) 多光伏逆变器系统及其控制方法
Oshnoei et al. Learning-based Grid Impedance Shaping Method Applied for High-Accuracy Power Hardware-in-the-Loop
Manju et al. Intelligent control of Unified Power Flow Controller for stability enhancement of transmission systems
Zhao et al. An Optimal Control Strategy for Improving Virtual Inertia in DC Distribution Network

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant