CN114448284A - 基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法、控制器 - Google Patents
基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法、控制器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114448284A CN114448284A CN202111622372.4A CN202111622372A CN114448284A CN 114448284 A CN114448284 A CN 114448284A CN 202111622372 A CN202111622372 A CN 202111622372A CN 114448284 A CN114448284 A CN 114448284A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frequency
- droop control
- droop
- active power
- sampling period
- 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.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 56
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 39
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 25
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims description 24
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 6
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 9
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
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
- H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
- H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
- H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- 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
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
-
- 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
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
-
- 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
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
-
- 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
-
- 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
- H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法、控制器，所述方法包括：对系统频率进行采样；若当前采样周期的系统有功功率的变化率小于补正后的系统频率变化率，则将下垂控制频率增加偏移值后作为下垂控制频率给定值对系统进行下垂控制；若当前采样周期的系统有功功率的变化率大于等于补正后的系统频率变化率，则将下垂控制频率减少偏移值后作为下垂控制频率给定值对系统进行下垂控制。本发明通过给下垂控制注入频率偏移量，让系统工作点移动达到一个平衡点，并且通过实时对比有功功率变化率和系统频率变化率来监测系统功耗，适当调整注入的频率偏移量，最终找到系统功率最小的工作点，达到降低系统功耗的最终目的。
Description
技术领域
本发明涉及电能存储系统，特别是涉及一种基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法，还涉及一种控制器，一种储能变流器的控制装置，一种可读存储介质及一种计算机程序产品。
背景技术
随着经济的迅速发展使得能源危机越来越严重，环境也遭到了前所未有的污染。为了解决这一情况，各国开始积极出台相应对策，新型清洁能源就受到了各国的重视。目前，用可再生能源来代替传统的化石能源来进行发电已成为主要发展方向，同时在分布式可再生能源的利用中，微电网技术占有很重要地位，而且储能装置是微电网的核心环节，其功能为将输出的多于电量储存起来，当需要时又可以释放电能保证整个系统的正常运行，改善了新能源发电系统与电网用电不平衡的问题，为系统的持续运行发挥了重要作用。
目前常见的储能变流器分为单极型储能变流器和双极型储能变流器，通常采用双极型双向变流器模型结构，其不仅适用于大功率场合，而且还能解决储能电池电压的不可控问题，目前下垂控制策略是该结构的主流控制策略之一。由于储能变流器在放电时，其有功功率和系统频率，无功功率和电压幅值具有与电机的相似的下垂特性，基于这一点模仿电机的下垂特性进行管控。但下垂控制侧重点主要放在解决功率不平衡、谐波抑制以及离网并网的平滑切换，在减小变流器功耗上依然有优化空间。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够降低功耗的基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法。
一种基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法，包括执行控制策略的步骤，所述执行控制策略的步骤包括：对系统频率进行采样；若当前采样周期的系统有功功率的变化率小于量级补正后的当前采样周期的系统频率变化率，则将下垂控制频率增加第一偏移值后作为下垂控制频率给定值对系统进行下垂控制；若当前采样周期的系统有功功率的变化率大于等于量级补正后的当前采样周期的系统频率变化率，则将所述下垂控制频率减少第二偏移值后作为下垂控制频率给定值对所述系统进行下垂控制。
上述基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法，通过给下垂控制注入频率偏移量，让系统工作点移动达到一个平衡点，并且通过实时对比有功功率变化率和系统频率变化率来监测系统功耗，适当调整注入的频率偏移量，最终找到系统功率最小的工作点，达到降低系统功耗的最终目的。
在其中一个实施例中，所述第一偏移值与第二偏移值的绝对值相等；所述当前采样周期的系统有功功率的变化率通过当前采样周期的系统有功功率减去前一采样周期的系统有功功率再除以采样时间间隔进行计算，所述前一采样周期的系统有功功率
其中fnom为前次的下垂控制频率给定值，Δf为所述第一偏移值，fsys为前一采样周期的系统频率，m为有功功率的下垂系数；所述当前采样周期的系统有功功率
其中f′nom为当前的下垂控制频率给定值，f′sys为当前采样周期的系统频率。
在其中一个实施例中，还包括在所述系统启动后进行工作状态检测的步骤，并在符合稳态指标的情况下执行所述控制策略；所述进行工作状态检测的步骤包括：对所述系统的有功功率进行周期性采样；若在第一时长内所述有功功率的最大值和最小值的差小于第一阈值，则判定符合所述稳态指标，并进行功率突变检测；所述功率突变检测的步骤包括：对所述系统的有功功率进行周期性采样；若在第二时长内所述有功功率的最大值和最小值的差大于第二阈值，则中止执行所述控制策略，并进行所述工作状态检测。
在其中一个实施例中，所述当前采样周期的系统频率变化率通过当前采样周期的系统频率减去前一采样周期的系统频率再除以采样时间间隔计算。
在其中一个实施例中，所述系统为储能变流器系统，所述储能变流器系统包括逆变器、滤波电感及滤波电容。
在其中一个实施例中，所述滤波电感和滤波电容组成LC滤波器。
在其中一个实施例中，所述下垂控制包括：在所述逆变器的交流侧获取三相电压和三相电流；根据所述三相电压和三相电流得到所述系统有功功率和系统无功功率；根据所述系统有功功率和所述系统无功功率进行下垂控制，得到电压电流双闭环控制的输入参考电压的幅值和相角；根据所述滤波电感的电流、所述输入参考电压及所述三相电压得到正弦调制信号；根据所述正弦调制信号得到正弦脉冲宽度调制脉冲，对所述逆变器中的开关器件进行通断控制；其中，所述当前采样周期下垂控制频率给定值是对所述下垂控制的P-f下垂特性控制的频率进行调节。
还有必要提供一种控制器，其存储有计算机程序，所述控制器执行所述计算机程序时实现前述任一实施例所述的方法的步骤。
在其中一个实施例中，所述控制器是二级控制器。
还有必要提供一种储能变流器的控制装置，所述储能变流器包括逆变器、滤波电感、滤波电容，所述控制装置包括：功率测量模块，用于根据三相电压和三相电流得到系统有功功率和系统无功功率；下垂特性控制模块，用于根据所述系统有功功率和系统无功功率进行下垂控制，得到电压电流双闭环控制的输入参考电压的幅值和相角；电压电流双闭环控制模块，用于根据所述滤波电感的电流、所述输入参考电压及所述三相电压得到正弦调制信号；SPWM模块，用于根据所述正弦调制信号得到正弦脉冲宽度调制脉冲，对所述逆变器中的开关器件进行通断控制；二级控制器，存储有计算机程序，所述控制器执行所述计算机程序时实现前述任一实施例所述的方法的步骤；其中，所述当前采样周期下垂控制频率给定值是对所述下垂特性控制模块的P-f下垂特性控制的频率进行调节。
还有必要提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述任一实施例所述的方法的步骤。
还有必要提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述任一实施例所述的方法的步骤。
附图说明
为了更好地描述和说明这里公开的那些发明的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的发明、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些发明的最佳模式中的任何一者的范围的限制。
图1是示例性的下垂特性曲线；
图2一实施例中储能变流器的控制装置的结构框图；
图3是一实施例中功率测量模块的控制框图；
图4是一实施例中下垂特性控制模块的控制框图；
图5是示例性的下垂特性曲线图功率分析；
图6是一实施例中二级控制器的自适应功耗减小控制策略过程；
图7是一实施例中基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法的流程图；
图8是一实施例中工作状态检测的流程图；
图9是一实施例中功率突变检测的流程图；
图10是一实施例中储能变流器的仿真结构框图；
图11是图10所示结构配置本申请的二级控制器进行仿真得到的三相电压Uabc的波形；
图12是图10所示结构配置本申请的二级控制器进行仿真得到的三相电流Iabc的波形；
图13是图10所示结构配置本申请的二级控制器进行仿真得到的Udc的仿真波形；
图14是图10所示结构配置本申请的二级控制器进行仿真得到的功率输出波形；
图15是对比例的功率输出波形；
图16是图10所示结构配置本申请的二级控制器进行仿真得到的系统频率和相角的波形；
图17为仿真的3.8KW负载增加前的功率输出波形；
图18为仿真的3.8KW负载增加前后的功率输出波形；
图19为3.8KW负载增加前后的下垂控制频率给定值；
图20为控制策略、工作状态检测及功率突变检测的状态。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了解决系统功率损耗最小化的问题，本申请提出一种二级控制器的模型，控制的目标是使功率损耗最小化，同时将逆变器频率和母线电压保持在可接受的偏差范围内，其中母线电压的偏差控制在±5％范围内，而频率要考虑并网时必须符合国家标准，通过查阅可知频率范围应该在48.5Hz～50.5Hz范围内。该二级控制器主要是通过在下垂函数中注入偏移量来实现的，以便达到一个平衡点。
首先对示例性的下垂控制进行说明。
根据分布式接口逆变器的功率控制特性，可以得到下垂控制方程
f＝f0-m(P-P0) (1)
V＝V0-n(Q-Q0) (2)
其中，f、V为逆变器输出的电压频率和电压幅值，P、Q为逆变器输出的有功功率和无功功率，f0、V0为额定系统频率和额定电压幅值，m、n为有功功率和无功功率的下垂系数。根据式(1)和(2)可以绘制下垂特性曲线，参照图1。
根据式(1)(2)所反映的下垂特性，在传统下垂控制里下垂系数m、n一般可以设定为：
其中，Pmax、Qmax为允许输出的最大有功功率和最大无功功率，fmax、fmin为允许的最大系统频率和最小系统频率，Vmax、Vmin为允许的最大电压和最小电压。根据前述公式，可以设计分布式接口逆变电路的控制器如图2所示。参照图2，本申请一实施例中的储能变流器包括逆变器、滤波电感Lf、滤波电容Cf。滤波电感Lf和滤波电容Cf组成LC滤波器。Vdc为逆变器直流侧等效电压，iLabc为滤波电感的电流。储能变流器的控制装置包括功率测量模块、下垂特性控制模块、电压电流双闭环控制模块及SPWM(正弦脉冲宽度调制)模块。在逆变器交流侧采集三相电压uoabc和三相电流ioabc。功率测量模块根据三相电压uoabc和三相电流ioabc得到系统有功功率P和系统无功功率Q。下垂特性控制模块根据功率测量模块得到的系统有功功率P和系统无功功率Q进行下垂控制，得到电压电流双闭环控制的输入参考电压
的幅值V*和相角θ*。电压电流双闭环控制模块根据滤波电感的电流iLabc、输入参考电压
及三相电压uoabc得到正弦调制信号
SPWM模块根据正弦调制信号
得到正弦脉冲宽度调制脉冲，对逆变器中的开关器件(例如IGBT)进行通断控制。
示例性地，在逆变器交流侧采集的三相电压uoabc和三相电流ioabc是瞬时值，根据瞬时无功功率理论可以得到传输线路上的瞬时有功功率p和瞬时无功功率q分别为：
其中，uod、uoq、iod、ioq为三相参数经坐标变换后得到的dq轴分量。为了消除瞬时功率中的高频纹波，提高输出功率的稳定性，式(5)(6)得到的瞬时功率还需要通过低通滤波器求得平均功率，作为下垂特性控制模块的功率输入信号量：
其中，ωc为低通滤波器的截止频率，ωc/(s+ωc)为低通滤波器的传递函数，P为逆变器输出的平均有功功率，Q为逆变器输出的平均无功功率。根据前述分析，可以得到图3所示的功率测量模块的控制框图。
根据式(1)(2)可以得到下垂控制环。图4为下垂特性控制模块的控制框图。根据功率测量模块得到的平均有功功率P和平均无功功率Q，通过P-f、Q-V下垂特性控制可以得到输入参考电压的幅值V*和相角θ*，合成三相静止坐标中的参考电压
经过坐标dq变换后作为电压电流双闭环控制模块的输入参考电压。
电压电流双闭环控制模块以电感电流瞬时反馈控制为内环，以电容电压瞬时反馈控制为外环。逆变器将输出电压与参考电压信号经过dq变换后，两者相比较得到的误差信号经过电压外环的PI控制器后作为参考值输入电流控制内环。逆变桥输出滤波电感电流与电流参考信号相比较得到的误差信号，经过电流内环P控制器输出的电压信号作为逆变桥调制电压信号。
本申请的储能变流器的控制装置还包括二级控制器，二级控制器注入的频率偏移量即对式(1)中的f注入偏移量。以下对该二级控制器的自适应功耗减小控制策略进行说明：
首先从储能系统的功率角度去看，可以得到下式：
P＝Pload+Ploss (8)
其中，P为逆变器输出的总功率，Pload为负载所占功率，Ploss为储能系统中的功率损耗。式(8)可以在图5的下垂特性曲线中体现出来。图5中fmax为系统允许的最高频率(在本申请的一个实施例中为50.5Hz)，fmin为系统允许的最低频率(在本申请的一个实施例中为48.5Hz)，fsys为当前系统频率，Δfstep为给定频率偏移量，Psupplied为逆变器输出总功率。
在图5中，Load Profile的线段轨迹为系统中仅有负载时的下垂特性移动轨迹，可以看到下垂函数会由于所建议的P&O策略而发生平行偏移，但是不管如何变换，系统的频率始终会保持在设定值48.5HZ～50.5HZ范围内。在实际控制中，通过在下垂控制中加入频率偏移量，对功率损失进行一定的补正。当频率偏移量被下垂特性控制模块纳入后，系统会达到一个新的稳态频率，并且对负载功率和损耗功率的份额进行更新。将负载功率视为常量，若总功率的曲率发生变化，则意味着系统的功率损耗发生了变化，并且通过检测总功率曲率的变化来判断功耗是减小还是增加，这决定了下一次给定频率偏移量的数值。在这个过程中，最接近负载刨面的点代表功率损失最小的点。可以通过上述方法去找到功率损耗最小的点。该过程可以如图6所示。
基于上述理论基础，本申请提出一种基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法，通过实时对比有功功率变化率和系统频率变化率，自适应地调整送入下垂特性控制模块的下垂控制频率给定值。图7是一实施例中基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法的流程图，包括下列步骤：
S110，对系统频率进行采样。
以固定的采样周期对系统频率进行采样，以实时对比有功功率变化率和系统频率变化率。
S120，比较当前采样周期的系统有功功率的变化率ΔP与量级补正(即乘以补正系数β)后的系统频率变化率Δfn，若ΔP<β×Δfn，则执行步骤S132，否则执行步骤S134。
β的取值可以通过仿真或根据经验来设定。
S132，将下垂控制频率增加第一偏移值后作为下垂控制频率给定值。
即将下垂控制频率给定值增加第一偏移值后输出给下垂特性控制模块。
S134，将下垂控制频率减少第二偏移值后作为下垂控制频率给定值。
即将下垂控制频率给定值减少第二偏移值后输出给下垂特性控制模块。
S140，根据下垂控制频率给定值对系统进行下垂控制。
在本申请的一个实施例中，第一偏移值与第二偏移值的绝对值相等，均为Δf。在本申请的一个实施例中，Δf设定为0.1，因此在一开始时送入下垂特性控制模块的频率给定值必定增加，即Δfn>0。每经过一个采样周期，判断ΔP是增大还是减小，可以通过将ΔP与β×Δfn进行比较来进行判断，如果ΔP减小(ΔP<β×Δfn)，那么意味着功耗在减小，可以继续增加Δf来寻找功耗最小点；反之，如果ΔP在增大(ΔP>β×Δfn)，那么意味着功耗在增加，需要减少Δf来继续寻找功耗最小点。
在本申请的一个实施例中，
其中，Δt为采样时间间隔，fnom为前次的下垂控制频率给定值，f′nom为当前的下垂控制频率给定值，fsys为前一采样周期的系统频率，f′sys为当前采样周期的系统频率，m为有功功率的下垂系数。在本申请的一个实施例中，f′nom＝fnom+Δf。
自适应功耗减小控制策略行之有效，但是由于需要实时对比有功功率变化率和系统频率变化率，因此对控制策略的工作环境要求十分苛刻，例如当系统处于启动状态时，在一段时间内输入功率一直上升或一直下降，此时启用控制策略会严重影响算法判断；除此之外，当系统突然增加或减小负载，也会导致功率在短时间内大幅变化，影响算法判断，上述两种情况均有可能出现控制策略失效，从而致使系统失控。
针对上述问题，需要增加系统工作状态稳定判断的功能。当处于启动阶段时，通过对系统的有功功率进行周期性采样，计算第一时长内有功功率的最大值和最小值之差，当差值达到稳定工作状态下的阈值时，再启动控制策略算法。对于突加负载的情况，增加了负载突变检测功能，同样是对系统的有功功率进行周期性采样，当输入功率变化率变化剧烈，即第二时长内有功功率的最大值和最小值之差大于预设的阈值时，控制策略停止工作，并且锁定下垂控制频率给定值，直到系统稳定后再开始工作，参见图8和图9。
图10是一实施例中储能变流器的仿真结构框图。该仿真中，设定负载功率为3800W，系统频率为50HZ，交流侧线电压380V，线路阻抗设定为：0.642+j0.1Ω/km。在仿真中设定线路长为1公里，LC滤波器设定电容为1mF，电感为30mH。储能装置电池设定通常电压为400V，功率设定上，逆变器最大功率Pmax＝10KW，逆变器的功率因数设定约为0.9。
图11是图10所示结构配置本申请的二级控制器进行仿真得到的三相电压Uabc的波形，图12是图10所示结构配置本申请的二级控制器进行仿真得到的三相电流Iabc的波形，图13是图10所示结构配置本申请的二级控制器进行仿真得到的Udc的仿真波形。图11～图13的波形与对比例的传统下垂控制仿真模型的波形基本一致。图14是图10所示结构配置本申请的二级控制器进行仿真得到的功率输出波形，图15是对比例的功率输出波形。可以看到对比例的下垂控制有功功率维持在5800W，而本申请实施例减小至5400W并一直维持，即功耗能够降低400W。图16是图10所示结构配置本申请的二级控制器进行仿真得到的系统频率和相角的波形，可以看到系统的频率维持在49Hz～50.5Hz之间，完全符合国家并网标准。
发明人也通过仿真验证了本申请工作状态检测和功率突变检测的有效性。设定在2.5秒时增加负载3.8KW，图17为负载增加前的功率输出波形，二级控制器在1.8秒时工作状态检测判定符合稳态指标，开始执行控制策略。图18为负载增加前后的功率输出波形，图19为负载增加前后的下垂控制频率给定值，图20从上到下为控制策略、工作状态检测及功率突变检测的状态。可以看到在2.5s突增负载后，控制策略锁定下垂控制频率给定值在50.45Hz，且控制策略中止执行(变为0)；此时功率突变检测停止(变为0)，工作状态检测开始进行(变为1)，当检测到系统重新回到稳定工作状态时(符合稳态指标)，再次启动控制策略，减小功耗。以上状态变化循环往复，仿真验证算法改进行之有效。
应该理解的是，虽然本申请的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，本申请流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的方法中的步骤。
本申请还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现如前述任一实施例所述的方法中的步骤。
本申请还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述任一实施例所述的方法中的步骤。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法，其特征在于，包括执行控制策略的步骤，所述执行控制策略的步骤包括：
对系统频率进行采样；
若当前采样周期的系统有功功率的变化率小于量级补正后的当前采样周期的系统频率变化率，则将下垂控制频率增加第一偏移值后作为下垂控制频率给定值对系统进行下垂控制；若当前采样周期的系统有功功率的变化率大于等于量级补正后的当前采样周期的系统频率变化率，则将所述下垂控制频率减少第二偏移值后作为下垂控制频率给定值对所述系统进行下垂控制。
2.根据权利要求1所述的基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法，其特征在于，所述第一偏移值与第二偏移值的绝对值相等；
所述当前采样周期的系统有功功率的变化率通过当前采样周期的系统有功功率减去前一采样周期的系统有功功率再除以采样时间间隔进行计算，所述前一采样周期的系统有功功率
其中fnom为前次的下垂控制频率给定值，Δf为所述第一偏移值，fsys为前一采样周期的系统频率，m为有功功率的下垂系数；所述当前采样周期的系统有功功率
其中f′nom为当前的下垂控制频率给定值，f′sys为当前采样周期的系统频率。
3.根据权利要求1所述的基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法，其特征在于，还包括在所述系统启动后进行工作状态检测的步骤，并在符合稳态指标的情况下执行所述控制策略；所述进行工作状态检测的步骤包括：
对所述系统的有功功率进行周期性采样；
若在第一时长内所述有功功率的最大值和最小值的差小于第一阈值，则判定符合所述稳态指标，并进行功率突变检测；
所述功率突变检测的步骤包括：
对所述系统的有功功率进行周期性采样；
若在第二时长内所述有功功率的最大值和最小值的差大于第二阈值，则中止执行所述控制策略，并进行所述工作状态检测。
4.根据权利要求1所述的基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法，其特征在于，所述当前采样周期的系统频率变化率通过当前采样周期的系统频率减去前一采样周期的系统频率再除以采样时间间隔计算。
5.根据权利要求1所述的基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法，其特征在于，所述系统为储能变流器系统，所述储能变流器系统包括逆变器、滤波电感及滤波电容。
6.根据权利要求5所述的基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法，其特征在于，所述下垂控制包括：
在所述逆变器的交流侧获取三相电压和三相电流；
根据所述三相电压和三相电流得到所述系统有功功率和系统无功功率；
根据所述系统有功功率和所述系统无功功率进行下垂控制，得到电压电流双闭环控制的输入参考电压的幅值和相角；
根据所述滤波电感的电流、所述输入参考电压及所述三相电压得到正弦调制信号；
根据所述正弦调制信号得到正弦脉冲宽度调制脉冲，对所述逆变器中的开关器件进行通断控制；
其中，所述当前采样周期下垂控制频率给定值是对所述下垂控制的P-f下垂特性控制的频率进行调节。
7.一种控制器，存储有计算机程序，其特征在于，所述控制器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
8.一种储能变流器的控制装置，所述储能变流器包括逆变器、滤波电感、滤波电容，其特征在于，所述控制装置包括：
功率测量模块，用于根据三相电压和三相电流得到系统有功功率和系统无功功率；
下垂特性控制模块，用于根据所述系统有功功率和系统无功功率进行下垂控制，得到电压电流双闭环控制的输入参考电压的幅值和相角；
电压电流双闭环控制模块，用于根据所述滤波电感的电流、所述输入参考电压及所述三相电压得到正弦调制信号；
SPWM模块，用于根据所述正弦调制信号得到正弦脉冲宽度调制脉冲，对所述逆变器中的开关器件进行通断控制；
二级控制器，存储有计算机程序，所述二级控制器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤；
其中，所述当前采样周期下垂控制频率给定值是对所述下垂特性控制模块的P-f下垂特性控制的频率进行调节。
9.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111622372.4A CN114448284A (zh) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法、控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111622372.4A CN114448284A (zh) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法、控制器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114448284A true CN114448284A (zh) | 2022-05-06 |
Family
ID=81365164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111622372.4A Pending CN114448284A (zh) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法、控制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114448284A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115224718A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-10-21 | 西安热工研究院有限公司 | 储能换流器自适应下垂控制方法及系统 |
-
2021
- 2021-12-28 CN CN202111622372.4A patent/CN114448284A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115224718A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-10-21 | 西安热工研究院有限公司 | 储能换流器自适应下垂控制方法及系统 |
| CN115224718B (zh) * | 2022-09-20 | 2023-02-03 | 西安热工研究院有限公司 | 储能换流器自适应下垂控制方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | An improved deadbeat control method for single-phase PWM rectifiers in charging system for EVs | |
| JP6059757B2 (ja) | 系統電圧抑制制御装置及び系統電圧抑制制御方法 | |
| Bode et al. | Load independent hysteresis current control of a three level single phase inverter with constant switching frequency | |
| CN114448284A (zh) | 基于下垂控制的下垂控制频率自适应调整方法、控制器 | |
| Jothimani et al. | Fuzzy controller based power quality improvement in three level converter with multiloop interleaved control for marine AC/DC applications | |
| JP6183190B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| Su et al. | Nonsingular fast terminal sliding mode control of LLC resonant converter for EV charger | |
| CN111376757B (zh) | 车辆、车载充电机及其控制方法 | |
| CN117039979A (zh) | 桥臂复用型mmc系统各桥臂单独控制的启动方法及系统 | |
| Liu et al. | A novel control strategy of LCL-VSC based on notch concept | |
| CN116316866A (zh) | 一种基于滑模控制的光伏并网逆变器控制方法 | |
| CN113852116B (zh) | 一种新能源并网系统的稳态控制量计算方法 | |
| Guofei et al. | A control method with grid disturbances suppression for a single-phase LCL-filter-based grid-connected inverter | |
| CN107546768A (zh) | 一种风机变流器控制方法和控制装置 | |
| Triki et al. | High performance control of single-phase full bridge inverters under linear and nonlinear loads | |
| Wang et al. | Improved Control for Three-Phase PWM Rectifier Based on Power-Current Model | |
| Lei et al. | A universal droop-based control strategy for single-phase two-stage PV inverters | |
| Chen et al. | The Research on Composite Control Strategy of Active Power Filter | |
| Tabatabaei et al. | A comparative study between conventional and fuzzy logic control for APFs by applying adaptive hysteresis current controller | |
| Liu et al. | Power-based droop control suppressing the effect of bus voltage harmonics for dc microgrids | |
| CN114938006B (zh) | 一种基于虚拟惯量的电网频率控制方法及系统 | |
| Monfared et al. | A simple and efficient control strategy for four-switch three-phase power converters | |
| CN109301843B (zh) | 基于虚拟同步发电机技术的船舶岸电电源控制系统 | |
| CN114389494B (zh) | 一种行车状态下取力发电机组的稳压输出控制方法 | |
| Maknouninejad et al. | Detailed analysis of inverter linear control loops design |
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 |