CN116031917A - 适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法及系统，方法包括：对正序基波频率下的有功和无功作正序下垂控制，得到正序电压矢量和正序基波角度，对负序基波频率下的有功和无功作负序下垂控制，得到负序电压矢量和负序基波角度；根据正序基波角度和负序基波角度，得到负序电压dq轴分量参考值；同时，以正序电压矢量和0作为正序电压dq轴分量参考值；根据正、负序电压dq轴分量参考值，以变流器的正、负序dq轴分量作为反馈值，基于电压电流双闭环调节控制，得到变流器功率单元的调制电压。本发明实现了有功无功分序提取控制，改善了负载电压不平衡度，实现负载负序电流均分，增强系统稳定性，应对不平衡负荷能力更强。

Description

适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法及系统

技术领域

本发明属于储能变流器控制技术领域，具体地，涉及适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法及系统。

背景技术

随着新能源行业的发展，对电力电子变流器设备功率需求逐渐增大，一种方式是提升变流器电压等级，主要受限于IGBT、电容、电感等电气元器件的耐压等级，从储能变流器电压等级变化情况看，由交流电压由315V、380V逐渐向目前的630V、690V转变，相应的直流电压等级也由1000V逐渐向1500V转变。电压的提升使得变流器容量相应增加，同时效率也相应的有所提升。但受限于电化学电池串联均压特性，在进一步提高电压等级的同时，也需要考虑系统的可靠性问题。另一种方式是提升变流器电流等级，目前常用IGBT硬并联实现，但此种方式因均流问题会导致一定的容量损失。所以，变流器层次上的并联成为当前研究的热点。

现有技术中，“一种三相不平衡系统中储能变流器并联运行优化控制方法”(CN103986174B)提供一种三相不平衡系统中储能变流器并联运行优化控制方法，其中当变流器并网运行时，并联的变流器通常以PQ方式运行，其控制特性决定了变流器间仅存在开关频率等高频环流，工频以及低次谐波频率下受电流调节器控制，环流较小。但当变流器离网运行时，各并联变流器间如何实现电流或者功率均分是急需解决的问题，如果电流或者功率分配不均，易出现个别变流器过载，影响系统的稳定性。“一种复杂负荷下多机并联储能功率变流器的离网控制方法”(CN113472006A)中，每台储能变流器计算各自基波正序输出功率，通过虚拟同步机控制和下垂控制，以及频率、电压二次调节，生成交流侧输出电压的频率参考值和幅度参考值；下垂控制以其无需高速通信辅助的特点，成为目前解决功率均分问题的主流方式，但是下垂控制受线路阻抗特性影响较大，存在有功无功耦合，影响电压和频率的控制，使得并联系统功率分配特性变坏，尤其是负载中存在不平衡负荷时，负序电流进一步加剧了功率均分难度。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法及系统，解决不平衡负荷时负序电流导致的功率均分问题，且易于工程应用。

本发明采用如下的技术方案。

本发明一方面提出了一种适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，包括：

步骤1，获取变流器在正序基波频率下的有功功率和无功功率、在负序基波频率下的有功功率和无功功率；

步骤2，对正序基波频率下的有功功率和无功功率作正序下垂控制，得到正序电压矢量和正序基波角度，对负序基波频率下的有功功率和无功功率作负序下垂控制，得到负序电压矢量和负序基波角度；

步骤3，根据正序基波角度和负序基波角度，将负序电压矢量重新定向到旋转坐标系下，得到负序电压dq轴分量参考值；同时，以正序电压矢量和0作为正序电压dq轴分量参考值；

步骤4，根据正、负序电压dq轴分量参考值，以变流器的正、负序dq轴分量作为反馈值，基于电压电流双闭环调节控制，得到变流器功率单元的调制电压。

步骤1包括：

步骤1.1，采集变流器的电网侧电压和电流，使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的电网侧电压和电流的正负序dq轴分量；

步骤1.2，采集变流器的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流，使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量；

步骤1.3，使用电网侧电压和电流的正负序dq轴分量计算正序有功功率、正序无功功率、负序有功功率和负序无功功率。

步骤1.3中，正序有功功率、正序无功功率、负序有功功率和负序无功功率分别满足如下关系式：

式中，

P_p、Q_p分别为正序有功功率和正序无功功率，

P_n、Q_n分别为负序有功功率和负序无功功率，

U_2pd、I_2pd分别为变流器电网侧的电压正序d轴分量和电流正序d轴分量，

U_2pq、I_2pq分别为变流器电网侧的电压正序q轴分量和电流正序q轴分量，

U_2nd、I_2nd分别为变流器电网侧的电压负序d轴分量和电流负序d轴分量，

U_2nq、I_2nq分别为变流器电网侧的电压负序q轴分量和电流负序q轴分量。

步骤2包括：

步骤2.1，根据正序有功功率和正序无功功率，基于正序基波下垂控制，得到正序电压幅值和正序基波频率，并由正序基波频率经过积分环节得到正序基波角度；

步骤2.2，根据负序有功功率和负序无功功率，基于负序基波下垂控制，得到负序电压幅值和正负序基波频率差，并与正序基波频率取反求和后得到负序基波频率，经过积分环节得到负序基波角度。

步骤2.1中，正序电压幅值和正序基波频率满足如下关系式：

式中，

ω_p为正序基波频率，

ω₀为额定频率，

k_pp为正序有功功率的下垂系数，

U_p为正序电压幅值，

U₀为额定电压幅值，

k_pq为正序无功功率的下垂系数。

步骤2.2中，负序电压幅值和正负序基波频率差满足如下关系式：

式中，

Δω为正负序基波频率差，

k_np为负序有功功率的下垂系数，

U_n为负序电压幅值，

k_nq为负序无功功率的下垂系数。

负序基波频率满足如下关系式：

ω_n＝-ω_p-Δω

式中，ω_n为负序基波频率。

步骤3包括：

步骤3.1，根据负序电压幅值和负序基波角度，采用以正序基波角度取反值重新定向的方法，得到旋转坐标系下的负序电压dq轴分量参考值；

步骤3.2，以正序电压幅值和0作为旋转坐标系下的正序电压dq轴分量参考值。

步骤3.1中，旋转坐标系下的负序电压dq轴分量参考值满足如下关系式：

式中，

分别为负序电压dq轴分量参考值，

θ_n为负序基波角度，

θ_p为正序基波角度。

步骤4包括：

步骤4.1，正序电压dq轴分量参考值和负序电压dq轴分量参考值共同作为参考值输入；

步骤4.2，以交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量作为反馈值；

步骤4.3，基于电压电流双闭环调节控制，得到旋转坐标系下的调制电压；其中，电压电流双闭环调节控制包括：电压外环控制，电流内环控制；

步骤4.4，旋转坐标系下的调制电压，经过以正序基波角度为输入的旋转变换，得到三相静止坐标系下的调制电压；

步骤4.5，三相静止坐标系下的调制电压输出后，驱动变流器的功率单元动作。

本发明另一方面还提出了一种适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制系统，包括：采集模块，正负序分解模块，正序功率计算模块，负序功率计算模块，正序基波下垂控制模块，负序基波下垂控制模块，积分环节，负序重定向模块，电压电流双闭环调节控制模块；

采集模块，用于采集变流器的电网侧电压和电流，采集变流器的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流；

正负序分解模块，用于对变流器的电网侧电压和电流使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的电网侧电压和电流的正负序dq轴分量；对变流器的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量；

正序功率计算模块，用于使用电网侧电压和电流的正负序dq轴分量计算正序有功功率和正序无功功率；

负序功率计算模块，用于使用电网侧电压和电流的正负序dq轴分量计算负序有功功率和负序无功功率；

正序基波下垂控制模块，用于根据正序有功功率和正序无功功率，基于正序基波下垂控制，得到正序电压幅值和正序基波频率；

负序基波下垂控制模块，用于根据负序有功功率和负序无功功率，基于负序基波下垂控制，得到负序电压幅值和正负序基波频率差，并与正序基波频率取反求和后得到负序基波频率；

积分环节，用于对正序基波频率进行积分计算得到正序基波角度，对负序基波频率进行积分计算得到负序基波角度；

负序重定向模块，用于根据负序电压幅值和负序基波角度，采用以正序基波角度取反值重新定向的方法，得到旋转坐标系下的负序电压dq轴分量参考值；

电压电流双闭环调节控制模块，包括：电压外环控制单元，电流内环控制单元，旋转变换单元，调制输出单元；电压电流双闭环调节控制模块，用于以正序电压幅值和0作为旋转坐标系下的正序电压dq轴分量参考值与负序电压dq轴分量参考值共同作为参考值输入，以交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量作为反馈，通过电压外环控制单元和电流内环控制单元，得到旋转坐标系下的调制电压；再由旋转变换单元以正序基波角度为输入进行旋转变换，最终得到三相静止坐标系下的调制电压；调制电压经过调制输出单元输出后，驱动功率单元动作。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明实现了有功无功功率分序提取控制，改善了负载电压不平衡度，实现负载负序电流均分，增强了系统稳定性，与虚拟阻抗方法相比，应对不平衡负荷能力更强。

附图说明

图1是本发明提出的一种适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法的流程图；

图2是本发明实施例中变流器并联离网带负载的电路示意图；

图3是本发明实施例中电量采样位置示意图；

图4是本发明实施例中正负序功率计算示意图；

图5是本发明实施例中正负序功率计算示意图；

图6是本发明实施例中分序下垂控制示意图；

图7是本发明实施例中电压电流双闭环控制示意图。

图8是本发明实施例中电网三相电压的波形图；

图9是本发明实施例中电网三相电流的波形图；

图10是本发明实施例中改善前两个模块的负序d轴电流波形图；

图11是本发明实施例中改善后两个模块的负序d轴电流波形图；

图12是本发明实施例中改善前两个模块的负序有功波形图；

图13是本发明实施例中改善前两个模块的负序无功波形图；

图14是本发明实施例中改善后两个模块的负序有功波形图；

图15是本发明实施例中改善后两个模块的负序无功波形图。

具体实施方式

为使本发明的目的、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，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，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，都属于本发明的保护范围。

实施例1。

本发明一方面提出了一种适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，分别提取正序基波频率和负序基波频率下的功率值做分序下垂控制，然后将负序下垂控制得到的电压矢量重新定向到与正序对称的负序坐标系中，经过正负序电压电流双闭环调节，实现负序电流均分。

如图1所示，分序下垂控制方法包括：

步骤1，获取变流器在正序基波频率下的有功功率和无功功率、在负序基波频率下的有功功率和无功功率。

具体地，步骤1包括：

步骤1.1，采集变流器的电网侧电压和电流，使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的电网侧电压和电流的正负序dq轴分量。

步骤1.2，采集变流器的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流，使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量。

具体地，步骤1.1和步骤1.2中正负序分解及旋转变换为常规算法，其中正负序分解优先选择T/4延时法。

图2为一种典型的变流器并联离网带负载示意图，变流器的功率单元直流侧与电池连接，交流侧通过LCL滤波电路与负载连接；变流器并联时，以负载端为公共连接点。图3为电量采样位置示意图，展示了本发明提出的分序下垂控制方法所需要采集的电压和电流数据。

其中，I_1a、I_1b和I_1c分别为功率单元交流侧的三相电流，U_1a、U_1b和U_1c分别为LCL滤波电路中交流滤波电容的三相电压，I_2a、I_2b和I_2c分别为电网侧电流，U_2a、U_2b和U_2c分别为电网侧电压。

步骤1.3，使用电网侧电压和电流的正负序dq轴分量计算正序有功功率、正序无功功率、负序有功功率和负序无功功率。

具体地，正序有功功率、正序无功功率、负序有功功率和负序无功功率分别满足如下关系式：

式中，

P_p、Q_p分别为正序有功功率和正序无功功率，

P_n、Q_n分别为负序有功功率和负序无功功率，

U_2pd、I_2pd分别为变流器电网侧的电压正序d轴分量和电流正序d轴分量，

U_2pq、I_2pq分别为变流器电网侧的电压正序q轴分量和电流正序q轴分量，

U_2nd、I_2nd分别为变流器电网侧的电压负序d轴分量和电流负序d轴分量，

U_2nq、I_2nq分别为变流器电网侧的电压负序q轴分量和电流负序q轴分量。

步骤2，对正序基波频率下的有功功率和无功功率作正序下垂控制，得到正序电压矢量和正序基波角度，对负序基波频率下的有功功率和无功功率作负序下垂控制，得到负序电压矢量和负序基波角度。

具体地，步骤2包括：

步骤2.1，根据正序有功功率和正序无功功率，基于正序基波下垂控制，得到正序电压幅值和正序基波频率，并由正序基波频率经过积分环节得到正序基波角度。

步骤2.1中，正序电压幅值和正序基波频率满足如下关系式：

式中，

ω_p为正序基波频率，

ω₀为额定频率，

k_pp为正序有功功率的下垂系数，

U_p为正序电压幅值，

U₀为额定电压幅值，

k_pq为正序无功功率的下垂系数。

步骤2.2，根据负序有功功率和负序无功功率，基于负序基波下垂控制，得到负序电压幅值和正负序基波频率差，并与正序基波频率取反求和后得到负序基波频率，经过积分环节得到负序基波角度。

步骤2.2中，负序电压幅值和正负序基波频率差满足如下关系式：

式中，

Δω为正负序基波频率差，

k_np为负序有功功率的下垂系数，

U_n为负序电压幅值，

k_nq为负序无功功率的下垂系数。

12.根据权利要求6所述的适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，其特征在于，

负序基波频率满足如下关系式：

ω_n＝-ω_p-Δω

式中，ω_n为负序基波频率。

步骤3，根据正序基波角度和负序基波角度，将负序电压矢量重新定向到旋转坐标系下，得到负序电压dq轴分量参考值；同时，以正序电压矢量和0作为正序电压dq轴分量参考值。

具体地，步骤3包括：

步骤3.1，根据负序电压幅值和负序基波角度，采用以正序基波角度取反值重新定向的方法，得到旋转坐标系下的负序电压dq轴分量参考值。

步骤3.1中，旋转坐标系下的负序电压dq轴分量参考值满足如下关系式：

式中，

分别为负序电压dq轴分量参考值，

θ_n为负序基波角度，

θ_p为正序基波角度。

步骤3.2，以正序电压幅值和0作为旋转坐标系下的正序电压dq轴分量参考值。

步骤4，根据正、负序电压dq轴分量参考值，以变流器的正、负序dq轴分量作为反馈值，基于电压电流双闭环调节控制，得到变流器功率单元的调制电压。

具体地，步骤4包括：

步骤4.1，正序电压dq轴分量参考值和负序电压dq轴分量参考值共同作为参考值输入；

步骤4.2，以交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量作为反馈值；

步骤4.3，基于电压电流双闭环调节控制，得到旋转坐标系下的调制电压；其中，电压电流双闭环调节控制包括：电压外环控制，电流内环控制；

步骤4.4，旋转坐标系下的调制电压，经过以正序基波角度为输入的旋转变换，得到三相静止坐标系下的调制电压；

步骤4.5，三相静止坐标系下的调制电压输出后，驱动变流器的功率单元动作。

本发明另一方面还提出了一种适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制系统，包括：

采集模块，正负序分解模块1，正序功率计算模块2，负序功率计算模块3，正序基波下垂控制模块4，负序基波下垂控制模块5，积分环节6，负序重定向模块7，电压电流双闭环调节控制模块；

采集模块，用于采集变流器的电网侧电压和电流，采集变流器的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流；

正负序分解模块，如图4所示，用于对变流器的电网侧电压和电流使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的电网侧电压和电流的正负序dq轴分量；如图5所示，还用于对变流器的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量；

正序功率计算模块，如图4所示，用于使用电网侧电压和电流的正负序dq轴分量计算正序有功功率和正序无功功率；

负序功率计算模块，如图4所示，用于使用电网侧电压和电流的正负序dq轴分量计算负序有功功率和负序无功功率；

正序基波下垂控制模块，如图6所示，用于根据正序有功功率和正序无功功率，基于正序基波下垂控制，得到正序电压幅值和正序基波频率；

负序基波下垂控制模块，如图6所示，用于根据负序有功功率和负序无功功率，基于负序基波下垂控制，得到负序电压幅值和正负序基波频率差，并与正序基波频率取反求和后得到负序基波频率；

积分环节，如图6所示，用于对正序基波频率进行积分计算得到正序基波角度，对负序基波频率进行积分计算得到负序基波角度；

负序重定向模块，如图6所示，用于根据负序电压幅值和负序基波角度，采用以正序基波角度取反值重新定向的方法，得到旋转坐标系下的负序电压dq轴分量参考值；

电压电流双闭环调节控制模块，如图7所示，包括：电压外环控制单元8，电流内环控制单元9，旋转变换单元10，调制输出单元11；电压电流双闭环调节控制模块，用于以正序电压幅值和0作为旋转坐标系下的正序电压dq轴分量参考值与负序电压dq轴分量参考值共同作为参考值输入，以交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量作为反馈，通过电压外环控制单元和电流内环控制单元，得到旋转坐标系下的调制电压；再由旋转变换单元以正序基波角度为输入进行旋转变换，最终得到三相静止坐标系下的调制电压；调制电压经过调制输出单元输出后，驱动功率单元动作。

实施例2。

变流器输出侧连接三相不平衡负载(电阻值为2欧、2欧、0.9欧，星型连接)投入后输出电压的变化如图8所示，正常相电压幅值310V，由于使用正负序分别控制，在不平衡负载下，变流器输出的电压保持较好的平衡度，解决了不平衡负载下的电压不平衡问题。由于投入了不平衡负载，而电压保持平衡，导致三相电流不平衡，如图9所示，出现负序分量。

并联模块1和并联模块2由于所连接线路阻抗的区别，导致负序电流分配不均衡，在未使用变流器离网分序下垂控制方法时，两模块的负序有功电流如图10所示，在使用变流器离网分序下垂控制方法后，改善了模块负序有功电流的分配，使两个变流器的负序有功电流更加均衡，如图11所示。

由于使用下垂控制策略，负序有功(以负序q轴电压定向计算)也保持了很好的均衡性，改善前后的两个模块的负序有功和无功如图12至15所示。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其它设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，获取变流器在正序基波频率下的有功功率和无功功率、在负序基波频率下的有功功率和无功功率；

步骤2，对正序基波频率下的有功功率和无功功率作正序下垂控制，得到正序电压矢量和正序基波角度，对负序基波频率下的有功功率和无功功率作负序下垂控制，得到负序电压矢量和负序基波角度；

步骤3，根据正序基波角度和负序基波角度，将负序电压矢量重新定向到旋转坐标系下，得到负序电压dq轴分量参考值；同时，以正序电压矢量和0作为正序电压dq轴分量参考值；

步骤4，根据正、负序电压dq轴分量参考值，以变流器的正、负序dq轴分量作为反馈值，基于电压电流双闭环调节控制，得到变流器功率单元的调制电压。

2.根据权利要求1所述的适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，其特征在于，

步骤1包括：

步骤1.1，采集变流器的电网侧电压和电流，使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的电网侧电压和电流的正负序dq轴分量；

步骤1.2，采集变流器的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流，使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量；

步骤1.3，使用电网侧电压和电流的正负序dq轴分量计算正序有功功率、正序无功功率、负序有功功率和负序无功功率。

3.根据权利要求2所述的适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，其特征在于，

步骤1.3中，正序有功功率、正序无功功率、负序有功功率和负序无功功率分别满足如下关系式：

式中，

P_p、Q_p分别为正序有功功率和正序无功功率，

P_n、Q_n分别为负序有功功率和负序无功功率，

U_2pd、I_2pd分别为变流器电网侧的电压正序d轴分量和电流正序d轴分量，

U_2pq、I_2pq分别为变流器电网侧的电压正序q轴分量和电流正序q轴分量，

U_2nd、I_2nd分别为变流器电网侧的电压负序d轴分量和电流负序d轴分量，

U_2nq、I_2nq分别为变流器电网侧的电压负序q轴分量和电流负序q轴分量。

4.根据权利要求3所述的适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，其特征在于，

步骤2包括：

步骤2.1，根据正序有功功率和正序无功功率，基于正序基波下垂控制，得到正序电压幅值和正序基波频率，并由正序基波频率经过积分环节得到正序基波角度；

步骤2.2，根据负序有功功率和负序无功功率，基于负序基波下垂控制，得到负序电压幅值和正负序基波频率差，并与正序基波频率取反求和后得到负序基波频率，经过积分环节得到负序基波角度。

5.根据权利要求4所述的适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，其特征在于，

步骤2.1中，正序电压幅值和正序基波频率满足如下关系式：

式中，

ω_p为正序基波频率，

ω₀为额定频率，

k_pp为正序有功功率的下垂系数，

U_p为正序电压幅值，

U₀为额定电压幅值，

k_pq为正序无功功率的下垂系数。

6.根据权利要求5所述的适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，其特征在于，

步骤2.2中，负序电压幅值和正负序基波频率差满足如下关系式：

式中，

Δω为正负序基波频率差，

k_np为负序有功功率的下垂系数，

U_n为负序电压幅值，

k_nq为负序无功功率的下垂系数。

7.根据权利要求6所述的适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，其特征在于，

负序基波频率满足如下关系式：

ω_n＝-ω_p-Δω

式中，ω_n为负序基波频率。

8.根据权利要求7所述的适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，其特征在于，

步骤3包括：

步骤3.1，根据负序电压幅值和负序基波角度，采用以正序基波角度取反值重新定向的方法，得到旋转坐标系下的负序电压dq轴分量参考值；

步骤3.2，以正序电压幅值和0作为旋转坐标系下的正序电压dq轴分量参考值。

9.根据权利要求8所述的适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，其特征在于，

步骤3.1中，旋转坐标系下的负序电压dq轴分量参考值满足如下关系式：

式中，

分别为负序电压dq轴分量参考值，

θ_n为负序基波角度，

θ_p为正序基波角度。

10.根据权利要求9所述的适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制方法，其特征在于，

步骤4包括：

步骤4.1，正序电压dq轴分量参考值和负序电压dq轴分量参考值共同作为参考值输入；

步骤4.2，以交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量作为反馈值；

步骤4.3，基于电压电流双闭环调节控制，得到旋转坐标系下的调制电压；其中，电压电流双闭环调节控制包括：电压外环控制，电流内环控制；

步骤4.4，旋转坐标系下的调制电压，经过以正序基波角度为输入的旋转变换，得到三相静止坐标系下的调制电压；

步骤4.5，三相静止坐标系下的调制电压输出后，驱动变流器的功率单元动作。

11.一种利用权利要求1-10任一项权利要求所述方法的适应不平衡负载的变流器离网分序下垂控制系统，其特征在于，

所述系统包括：采集模块，正负序分解模块，正序功率计算模块，负序功率计算模块，正序基波下垂控制模块，负序基波下垂控制模块，积分环节，负序重定向模块，电压电流双闭环调节控制模块；

采集模块，用于采集变流器的电网侧电压和电流，采集变流器的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流；

正负序分解模块，用于对变流器的电网侧电压和电流使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的电网侧电压和电流的正负序dq轴分量；对变流器的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流使用正序基波角度进行正负序分解及旋转变换，得到旋转坐标系下的交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量；

正序功率计算模块，用于使用电网侧电压和电流的正负序dq轴分量计算正序有功功率和正序无功功率；

负序功率计算模块，用于使用电网侧电压和电流的正负序dq轴分量计算负序有功功率和负序无功功率；

正序基波下垂控制模块，用于根据正序有功功率和正序无功功率，基于正序基波下垂控制，得到正序电压幅值和正序基波频率；

负序基波下垂控制模块，用于根据负序有功功率和负序无功功率，基于负序基波下垂控制，得到负序电压幅值和正负序基波频率差，并与正序基波频率取反求和后得到负序基波频率；

积分环节，用于对正序基波频率进行积分计算得到正序基波角度，对负序基波频率进行积分计算得到负序基波角度；

负序重定向模块，用于根据负序电压幅值和负序基波角度，采用以正序基波角度取反值重新定向的方法，得到旋转坐标系下的负序电压dq轴分量参考值；

电压电流双闭环调节控制模块，包括：电压外环控制单元，电流内环控制单元，旋转变换单元，调制输出单元；电压电流双闭环调节控制模块，用于以正序电压幅值和0作为旋转坐标系下的正序电压dq轴分量参考值与负序电压dq轴分量参考值共同作为参考值输入，以交流滤波电容电压和功率单元交流侧电流的正负序dq轴分量作为反馈，通过电压外环控制单元和电流内环控制单元，得到旋转坐标系下的调制电压；再由旋转变换单元以正序基波角度为输入进行旋转变换，最终得到三相静止坐标系下的调制电压；调制电压经过调制输出单元输出后，驱动功率单元动作。

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