CN116073437A - 一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略 - Google Patents

一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略。本发明包括：三相并网逆变器以包含电流内环和电压外环的双环控制三相逆变系统为基本控制结构；在双环控制的基础上，依据下垂控制环节计算出电压外环控制器的参考电压和参考频率的生成环节，实现三相并网逆变器的下垂控制器设计；依据李雅普诺夫方程的稳定性，确定电压外环中惯性环节的参数；通过仿真验证下垂控制器是否满足输出电压和频率按照下垂控制曲线变化。本发明控制策略操作简单，易于实现，能够简单方便的实现输出电压和频率，按照下垂控制曲线变化。能够保证下垂控制的三相并网逆变器的稳定性和足够的惯性，更好的实现分布式能源的即插即用。

Description

一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略。
背景技术
三相并网逆变器的下垂控制是模拟发电机组功频特性的一种控制方法同步电机的外特性，通过设置合理的下垂曲线，利用电压和频率偏移实现功率在各分布式电源间的均匀分配，能够实现分布式能源的即插即用。
现有的下垂控制策略虽然能够模拟同步发电机的外特性曲线，但是其电压源型逆变器的本质导致系统缺少惯性且鲁棒性不佳，因而逆变器调频和支撑电压时暂态性能较差，导致其应对故障能力和负载扰动的能力较差。
然而，目前为增加逆变器的惯性，需在传统双环控制策略的基础上增加一个惯性控制环。在多个控制环节叠加影响下，就导致大大降低了系统对暂态冲击的抗扰能力，破坏了系统稳定性。因此，亟待对该项技术进行更进一步的研发。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略。其目的是为了实现同时保证采用下垂控制的三相并网逆变器的惯性和稳定性的发明目的。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略，包括：
三相并网逆变器以包含电流内环和电压外环的双环控制三相逆变系统为基本控制结构；
在双环控制的基础上，依据下垂控制环节计算出电压外环控制器的参考电压和参考频率的生成环节，实现三相并网逆变器的下垂控制器设计；
依据李雅普诺夫方程的稳定性，确定电压外环中惯性环节的参数；
通过仿真验证下垂控制器是否满足输出电压和频率按照下垂控制曲线变化，又能保证系统的稳定性和惯性。
更进一步的，所述电压控制外环在控制并网逆变器输出的交流电压幅值和频率的同时，生成电流内环的参考值；所述电流内环用于保证逆变器输出电流的电能质量，同时限制逆变器输出电流的幅值。
更进一步的，所述确定电压外环中惯性环节的参数，是根据分布式发电系统对惯性的需求，在电压外环中添加一阶惯性环节，并依据李雅普诺夫方程计算出满足三相并网系统渐进稳定性的惯性环节参数。
更进一步的，所述三相并网逆变器包含电流内环控制器、电压外环控制器和下垂控制器；
电流内环控制器采用两相静止坐标系下的比例控制，表达式为Gin(s)，公式为：
Gin(s)＝K    (1)
式中：K为电流内环控制器的比例系数；
电流内环控制器的比例系数K的计算公式为：
Figure BDA0004013299660000021
式中：fn为电流内环自振荡频率，fn∈(400Hz-1000Hz)；Udc为逆变器直流侧电压；Lg为输出滤波器逆变器侧电感；Lf为输出滤波器电网侧电感；
电压外环控制器采用三相旋转坐标系下的比例积分控制，采用比例积分控制环节为Gkp(s),表达式如下：
Figure BDA0004013299660000022
式中：Kp为比例积分控制环节的比例系数；Ki为比例积分控制环节的积分系数；s为拉普拉斯频域变换算子；
电压外环控制器的比例系数Kp的计算公式如下：
Figure BDA0004013299660000023
式中：fn1为电压外环自振荡频率，fn1∈(80Hz-200Hz)；C为直流电容容值；
电压外环的积分系数Ki如下：
Figure BDA0004013299660000024
更进一步的，所述在双环控制的基础上，依据下垂控制环节计算出电压外环控制器的参考电压和参考频率的生成环节，实现三相并网逆变器的下垂控制器设计；包括：测量逆变器输出的瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q，计算出电压外环控制器的参考电压Uref和参考角频率ωref：
Uref＝UN-mP    (6)
ωref＝ωN-nQ      (7)
式中：m为电压下垂系数；n为角频率下垂系数；UN为电网额定电压；ωN为电网额定角频率，ωn＝100πrad/s。
更进一步的，所述依据李雅普诺夫方程的稳定性，确定电压外环中惯性环节的参数；包括：在电压外环中添加一阶惯性环节，一阶惯性环节传递函数G(s)的表达式如下：
Figure BDA0004013299660000031
式中：T为惯性参数；s为拉普拉斯频域变换算子；
惯性参数T的取值范围需满足下式：
Figure BDA0004013299660000032
逆变器输出电压在dq旋转坐标系下的表达式如下：
Figure BDA0004013299660000033
Figure BDA0004013299660000034
式中：ud为输出电压的d轴分量；uq为输出电压的q轴分量；iLd为逆变器输出电流的d轴分量；iLq为逆变器输出电流的q轴分量；iod为电网侧电流的d轴分量；ioq为电网侧电流的q轴分量；ω为电网角频率；
得到电压外环中惯性环节的参数；
d轴的状态变量方程和q轴的状态变量方程，如下：
Figure BDA0004013299660000035
Figure BDA0004013299660000036
上式中：u′d1为输出电压参考值的d轴分量的导数，i′Ld为输出电流d轴分量的导数，u′q1为输出电压参考值q轴分量的导数，i′Lq为输出电流q轴分量的导数，u'd为输出电压d轴分量的导数，u'q为输出电压q轴分量的导数,
Figure BDA0004013299660000041
为输出电压参考值d轴分量，
Figure BDA0004013299660000042
为输出电压参考值q轴分量；
以d轴状态分量，构造李雅普诺夫能量函数V(x)如下式所示：
Figure BDA0004013299660000043
其中：P为3阶正定矩阵，V(ud 1,iLd,ud)≥0恒成立，当且仅当ud1＝iLd＝ud＝0时V(ud1,iLd,ud)＝0，根据李雅普诺夫稳定性定理，找到具体的正定矩阵P，使得
Figure BDA0004013299660000044
Figure BDA0004013299660000045
表示李雅普诺夫能量函数的导数，则该系统在平衡点(0,0,0)处渐进稳定；
根据式(13)解得当
Figure BDA0004013299660000046
为正定矩阵时，
Figure BDA0004013299660000047
恒成立；
满足下式,即可保证电压外环的稳定性：
Figure BDA0004013299660000048
因此，该下垂控制器同时满足系统的稳定性和惯性。
一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制系统，由电网依次与隔离变压器、输出滤波器、三相桥式逆变电路通过强电连接方式进行连接；输出滤波器的一端与电压电流信号相连接，电压电流信号的另一端依次与下垂控制器、电压外环控制器、电流内环控制器、逆变器调制信号的一端相连接，逆变器调制信号的另一端与三相桥式逆变电路相连接，最终将逆变器调制信号通过弱电信号连接方式输出到三相桥式逆变电路中；三相桥式逆变电路的一端与直流电压源相连接，用以将直流电压源输出的直流电逆变成交流电。
一种改进的基于李雅普诺夫方程的逆变器下垂控制装置，包括：
电压电流信号模块，用于提供给后续控制模块下垂控制器、电压外环控制器、电流内环控制器所需的控制信号；
下垂控制模块，用于提供给电压外环控制器电压信号参考值；
电压外环控制模块，用于根据电压外环参考值生成电流内环参考值的控制模块，作用是提供给电压外环控制器电压信号参考值；
电流内环控制模块，用于根据电流内环参考值生成逆变器调制信号，根据电压参考值生成逆变器调制信号，提供给三相桥式逆变电路电压调制信号；
逆变器调制信号模块，用于根据电流内环控制模块生成的参考电压按比例放大到三相桥式逆变电路中，最终生成实际电压。
一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一所述的一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略的步骤。
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一所述的一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略的步骤。
本发明具有以下有益效果及优点：
本发明控制策略操作简单，易于实现，能够简单方便的实现输出电压和频率，按照下垂控制曲线变化。更为重要的是，按照本发明提出的方法计算出的控制参数，能够保证下垂控制的三相并网逆变器的稳定性和足够的惯性。更好的实现分布式能源的即插即用。
本发明包含一种可以同时保证采用下垂控制的三相并网逆变器的惯性和稳定性的下垂控制器，具有电流内环、电压外环、参考值生成环节。电流内环包括比例控制器；电压外环包括一阶惯性环节和比例积分控制器；参考值生成环节包括一阶低通滤波器和参考电压和和参考频率的计算公式。通过电磁暂态仿真验证该下垂控制策略既能满足输出电压和频率按照下垂控制曲线变化，又能保证系统的稳定性和惯性。还具有控制器易于设计，能够同时保证系统惯性和稳定性的特点。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的控制系统基本结构示意图；
图2是本发明电压外环d轴控制框图；
图3是本发明电压外环q轴控制框图。
图中：
三相桥式逆变电路1，输出滤波器2，隔离变压器3，电网4，电流内环控制器5，电压外环控制器6，下垂控制器7，直流电压源8，逆变器调制信号9，电压电流信号10。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1-图3描述本发明一些实施例的技术方案。
实施例1
本发明提供了一个实施例，是一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略。
本发明所述三相并网逆变器下垂控制策略，包括：
步骤1.三相并网逆变器以包含电流内环和电压外环的双环控制三相逆变系统为基本控制结构。
所述电压控制外环在控制并网逆变器输出的交流电压幅值和频率的同时，生成电流内环的参考值。所述电流内环用于保证逆变器输出电流的电能质量，同时限制逆变器输出电流的幅值。
根据如图1所示的三相并网逆变器的基本结构及控制结构，分别设计三相并网逆变器的电流内环控制器5和电压外环控制器6的控制器参数，以保证电流内环跟踪的快速性和电压外环跟踪的精确性。
步骤2.在电压双环控制环的基础上，增加参考电压生成环节，如公式(6)(7)所示，即实现了三相并网逆变器的下垂控制器设计，依据下垂控制环节计算出电压外环控制器6的参考电压和参考频率的生成环节；
步骤3.依据李雅普诺夫方程的稳定性，判据确定电压外环中惯性环节的参数。
具体是根据分布式发电系统对惯性的需求，在电压外环中添加一阶惯性环节，并依据李雅普诺夫方程计算出满足三相并网系统渐进稳定性的惯性环节参数，同时保证分布式发电系统的惯性和稳定性。
步骤4.为验证所提下垂控制的正确性，采用仿真验证下垂控制器既能满足输出电压和频率按照下垂控制曲线变化，又能保证系统的稳定性和惯性。
实施例2
本发明又提供了一个实施例，是一种改进的基于李雅普诺夫方程的逆变器下垂控制策略，包括：
(1)三相并网逆变器以包含电流内环和电压外环的双环控制三相逆变系统为基本控制结构，具体包括：
所述三相并网逆变器包括：电流内环控制器5、电压外环控制器6和下垂控制器7。
依据三相并网逆变器的设置包含电压控制外环、电流控制内环的双环控制三相逆变系统。所述电流内环控制器采用两相静止坐标系下的比例控制，保证电流跟踪的快速性；
电流内环控制器的表达式Gin(s)如公式(1)所示：
Gin(s)＝K   (1)
式中：K为电流内环控制器的比例系数；
电流内环控制器的比例系数K的计算公式如公式(2)所示：
Figure BDA0004013299660000071
式中：fn为电流内环自振荡频率，fn∈(400Hz-1000Hz)；Udc为逆变器直流侧电压；Lg为输出滤波器逆变器侧电感；Lf为输出滤波器电网侧电感；
所述电压外环控制器采用三相旋转坐标系下的比例积分控制，保证对参考电压跟踪的准确性，以满足三相逆变系统在离网条件下的电压支撑需求。对于电压外环控制器，采用比例积分控制环节Gkp(s),Gkp(s)的表达式如公式(3)所示：
Figure BDA0004013299660000072
式中：Kp为比例积分控制环节的比例系数；Ki为比例积分控制环节的积分系数；s表示拉普拉斯频域变换算子。电压外环控制器的比例系数Kp的计算公式如公式(4)所示：
Figure BDA0004013299660000073
式中：fn1为电压外环自振荡频率，fn1∈(80Hz-200Hz)；C表示直流电容容值。
电压外环的积分系数Ki的计算公式如公式(5)所示：
Figure BDA0004013299660000081
(2)在双环控制的基础上，设计三相并网逆变器的下垂控制器，依据下垂控制环节计算出电压外环控制器的参考电压和和参考频率的生成环节，具体包括：
测量逆变器输出的瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q，利用公式(6)和公式(7)计算出电压外环控制器的参考电压Uref和参考角频率ωref：
Uref＝UN-mP    (6)
ωref＝ωN-nQ     (7)
式中：m为电压下垂系数；n为角频率下垂系数；UN为电网额定电压；ωN为电网额定角频率，ωn＝100πrad/s。
(3)依据李雅普诺夫方程的稳定性，判断确定电压外环中惯性环节的参数，具体包括：
在电压外环中添加一阶惯性环节，一阶惯性环节传递函数G(s)的具体表达式如公式(8)所示：
Figure BDA0004013299660000082
式中：T表示惯性参数；s表示拉普拉斯频域变换算子。
惯性参数T的取值范围需满足公式(9),即可保证电压外环的稳定性：
Figure BDA0004013299660000083
逆变器输出电压在dq旋转坐标系下的表达式如公式(9)(10)所示：
Figure BDA0004013299660000084
Figure BDA0004013299660000085
式中：ud为输出电压的d轴分量；uq为输出电压的q轴分量；iLd为逆变器输出电流的d轴分量；iLq为逆变器输出电流的q轴分量；iod为电网侧电流的d轴分量；ioq为电网侧电流的q轴分量；ω为电网角频率；
综合考虑公式(3)—(5)和公式(8)—(10)，得到图2所示的电压外环控制框图。
根据图2所示的电压外环控制框图，分别得到d轴的状态变量方程和q轴的状态变量方程，如公式(11)和公式(12)所示：
Figure BDA0004013299660000091
Figure BDA0004013299660000092
上式中：u′d1表示输出电压参考值的d轴分量的导数，i′Ld表示输出电流d轴分量的导数，u′q1表示输出电压参考值q轴分量的导数，i′Lq表示输出电流q轴分量的导数，u'd表示输出电压d轴分量的导数，u'q表示输出电压q轴分量的导数,
Figure BDA0004013299660000093
表示输出电压参考值d轴分量，
Figure BDA0004013299660000094
表示输出电压参考值q轴分量。
以d轴状态分量为例，构造李雅普诺夫能量函数V(x)如公式(13)所示：
Figure BDA0004013299660000095
其中：P为3阶正定矩阵。显然V(ud1,iLd,ud)≥0恒成立，而且当且仅当ud1＝iLd＝ud＝0时V(ud1,iLd,ud)＝0。因此根据李雅普诺夫稳定性定理，只要找到具体的正定矩阵P，使得
Figure BDA0004013299660000096
其中，
Figure BDA0004013299660000097
表示李雅普诺夫能量函数的导数，则该系统在平衡点(0,0,0)处渐进稳定。
根据式(13)解得当
Figure BDA0004013299660000098
为正定矩阵时，
Figure BDA0004013299660000099
恒成立；
因此，只要满足公式(14),即可保证电压外环的稳定性：
Figure BDA00040132996600000910
而由于电压外环具有惯性环节，可以为下垂控制提供足够的惯性，因此，该下垂控制器可以同时满足系统的稳定性和惯性。
(4)通过仿真验证所提的下垂控制器既能满足输出电压和频率按照下垂控制曲线变化，又能保证系统的稳定性时惯性，则验证通过。
实施例3
本发明又提供了一个实施例，是一种改进的基于李雅普诺夫方程的逆变器下垂控制策略，如图1所示，图1是本发明的控制系统基本结构。控制系统具有参考值生成环节、电压外环、电流内环三个环节。参考值生成环节包括参考电压和参考频率的计算环节，并将生成的电压参考值传递给电压外环。
如图2和图2所示，图2是本发明电压外环d轴控制框图，图3是本发明电压外环q轴控制框图。所示电压环，包括一阶惯性环节和比例积分控制器，并将生成的电流参考值传递给电流内环；电流内环为比例控制器，将生成的逆变器电压参考信号输出给逆变器的功率开关元件。
本发明工作时，其具体步骤如下：
步骤1.明确以包含电流内环和电压外环双环系统为基本控制结构的三相并网逆变器；根据三相并网逆变器如图1所示的基本结构及控制结构，依次依据实施例2中的公式(1)和公式(2)设计三相并网逆变器的电流内环控制器；依据公式(3)(4)(5)设计电压外环控制器的控制器参数，保证电流内环跟踪的快速性和电压外环跟踪的精确性。
步骤2.利用实施例2中的公式(6)和公式(7)计算出电压外环控制器的参考电压Uref和参考角频率ωref。
步骤3.利用实施例2中的公式(14)中的关系确定公式(8)中惯性参数T的取值。
步骤4.验证该发明是否满足要求。
在Matlab/Simulink电磁暂态仿真软件中，建立如图1所示的三相并网逆变器模型和控制系统，根据步骤1-3所述的步骤设计各个控制环节的参数，并通过仿真验证所提的下垂控制器既能满足输出电压和频率按照下垂控制曲线变化，又能保证系统的稳定性时惯性，则验证通过。
实施例4
如图所示，本实施例又提供了一种改进的基于李雅普诺夫方程的逆变器下垂控制系统，用于实现如本发明任一实施例所述的控制策略的步骤。如图1所示，图1是本发明的控制系统基本结构示意图。
本发明系统包括：三相桥式逆变电路1，输出滤波器2，隔离变压器3，电网4，电流内环控制器5，电压外环控制器6，下垂控制器7，直流电压源8，逆变器调制信号9及电压电流信号10。
本发明具体是由电网4依次与隔离变压器3、输出滤波器2、三相桥式逆变电路1相连接，连接方式为强电连接构成。
其中，虚拟硬件共包括五个模块，各个模块连接顺序分别为：电压电流信号10→下垂控制器7→电压外环控制器6→电流内环控制器5→逆变器调制信号9，最终逆变器调制信号9传输到三相桥式逆变电路1中，通过三相桥式逆变电路1最终生成实际电压。更具体的，是由所述电压电流信号10的一端与输出滤波器2相连接，电压电流信号10的另一端依次与下垂控制器7、电压外环控制器6、电流内环控制器5、逆变器调制信号9的一端相连接，逆变器调制信号9的另一端与三相桥式逆变电路1相连接，最终将逆变器调制信号9输出到三相桥式逆变电路1中，连接方式为弱电信号连接。
所述三相桥式逆变电路1的两端分别与直流电压源8和输出滤波器2相连接，用以将直流电压源8输出的直流电逆变成交流电。
所述输出滤波器2的两端分别与三相桥式逆变电路1和隔离变压器3相连接，用以滤除三相桥式逆变电路1生成的高频谐波，提升并网电流的电能质量。
所述隔离变压器3的两端分别与输出滤波器2和电网4相连接，用以隔离直流电网和交流电网，并减小电网4暂态波动对三相桥式逆变电路1的冲击。
所述电网4的一端与隔离变压器3相连接，为逆变器提供电压参考值。
所述电流内环控制器5：是根据电流内环参考值生成逆变器调制信号的控制模块，电流内环控制器5的两端分别与电压外环控制器6和逆变器调制信号9相连接，作用是根据电压参考值生成逆变器调制信号9，提供给三相桥式逆变电路1电压调制信号。
所述电压外环控制器6的两端分别与下垂控制器7和电流内环控制器5相连接，电压外环控制器6是根据电压外环参考值生成电流内环参考值的控制模块，作用是提供给电压外环控制器6电压信号参考值
所述下垂控制器7的两端分别与电压电流信号10和电压外环控制器6相连接，是根据下垂控制方程生成电压参考信号的控制模块，作用是提供给电压外环控制器6电压信号参考值。
所述直流电压源8与三相桥式逆变电路1相连接，为三相桥式逆变电路1提供直流电压。
所述逆变器调制信号9的两端分别与电流内环控制器5和三相桥式逆变电路1相连接，作用是根据电流内环控制器5生成的参考电压按比例放大到三相桥式逆变电路1中，最终生成实际电压。
所述电压电流信号10是由硬件电路采样来的信号，与下垂控制器7相连接，作用是提供给后续控制模块下垂控制器7、电压外环控制器6、电流内环控制器5所需的控制信号。
实施例5
本实施例又提供了一种改进的基于李雅普诺夫方程的逆变器下垂控制装置，包括：
电压电流信号模块，用于提供给后续控制模块下垂控制器、电压外环控制器、电流内环控制器所需的控制信号。
下垂控制模块，用于提供给电压外环控制器电压信号参考值。
电压外环控制模块，用于根据电压外环参考值生成电流内环参考值的控制模块，作用是提供给电压外环控制器电压信号参考值。
电流内环控制模块，用于根据电流内环参考值生成逆变器调制信号，根据电压参考值生成逆变器调制信号，提供给三相桥式逆变电路1电压调制信号。
逆变器调制信号模块，用于根据电流内环控制模块生成的参考电压按比例放大到三相桥式逆变电路中，最终生成实际电压。
本实施例的所述制装置采用如本发明任一实施例所述的控制策略，其具有如本发明任一实施例所述的所述控制策略的全部有益效果。
实施例6
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明任一实施例所述的任意一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略的步骤。
实施例7
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明任一实施例所述的任意一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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 (10)

1.一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略，其特征是：包括：
三相并网逆变器以包含电流内环和电压外环的双环控制三相逆变系统为基本控制结构；
在双环控制的基础上，依据下垂控制环节计算出电压外环控制器的参考电压和参考频率的生成环节，实现三相并网逆变器的下垂控制器设计；
依据李雅普诺夫方程的稳定性，确定电压外环中惯性环节的参数；
通过仿真验证下垂控制器是否满足输出电压和频率按照下垂控制曲线变化。
2.根据权利要求1所述的一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略，其特征是：所述电压控制外环在控制并网逆变器输出的交流电压幅值和频率的同时，生成电流内环的参考值；所述电流内环用于保证逆变器输出电流的电能质量，同时限制逆变器输出电流的幅值。
3.根据权利要求1所述的一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略，其特征是：所述确定电压外环中惯性环节的参数，是根据分布式发电系统对惯性的需求，在电压外环中添加一阶惯性环节，并依据李雅普诺夫方程计算出满足三相并网系统渐进稳定性的惯性环节参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略，其特征是：所述三相并网逆变器包含电流内环控制器、电压外环控制器和下垂控制器；
电流内环控制器采用两相静止坐标系下的比例控制，表达式为Gin(s)，公式为：
Gin(s)＝K            (1)
式中：K为电流内环控制器的比例系数；
电流内环控制器的比例系数K的计算公式为：
Figure FDA0004013299650000011
式中：fn为电流内环自振荡频率，fn∈(400Hz-1000Hz)；Udc为逆变器直流侧电压；Lg为输出滤波器逆变器侧电感；Lf为输出滤波器电网侧电感；
电压外环控制器采用三相旋转坐标系下的比例积分控制，采用比例积分控制环节为Gkp(s),表达式如下：
Figure FDA0004013299650000012
式中：Kp为比例积分控制环节的比例系数；Ki为比例积分控制环节的积分系数；s为拉普拉斯频域变换算子；
电压外环控制器的比例系数Kp的计算公式如下：
Figure FDA0004013299650000021
式中：fn1为电压外环自振荡频率，fn1∈(80Hz-200Hz)；C为直流电容容值；
电压外环的积分系数Ki如下：
Figure FDA0004013299650000022
5.根据权利要求1所述的一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略，其特征是：所述在双环控制的基础上，依据下垂控制环节计算出电压外环控制器的参考电压和参考频率的生成环节，实现三相并网逆变器的下垂控制器设计；包括：测量逆变器输出的瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q，计算出电压外环控制器的参考电压Uref和参考角频率ωref：
Uref＝UN-mP           (6)
ωref＝ωN-nQ             (7)
式中：m为电压下垂系数；n为角频率下垂系数；UN为电网额定电压；ωN为电网额定角频率，ωn＝100πrad/s。
6.根据权利要求1所述的一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略，其特征是：所述依据李雅普诺夫方程的稳定性，确定电压外环中惯性环节的参数；包括：在电压外环中添加一阶惯性环节，一阶惯性环节传递函数G(s)的表达式如下：
Figure FDA0004013299650000023
式中：T为惯性参数；s为拉普拉斯频域变换算子；
惯性参数T的取值范围需满足下式：
Figure FDA0004013299650000024
逆变器输出电压在dq旋转坐标系下的表达式如下：
Figure FDA0004013299650000025
Figure FDA0004013299650000031
式中：ud为输出电压的d轴分量；uq为输出电压的q轴分量；iLd为逆变器输出电流的d轴分量；iLq为逆变器输出电流的q轴分量；iod为电网侧电流的d轴分量；ioq为电网侧电流的q轴分量；ω为电网角频率；
得到电压外环中惯性环节的参数；
d轴的状态变量方程和q轴的状态变量方程，如下：
Figure FDA0004013299650000032
Figure FDA0004013299650000033
上式中：u′d1为输出电压参考值的d轴分量的导数，i′Ld为输出电流d轴分量的导数，u′q1为输出电压参考值q轴分量的导数，i′Lq为输出电流q轴分量的导数，u'd为输出电压d轴分量的导数，u'q为输出电压q轴分量的导数,
Figure FDA0004013299650000034
为输出电压参考值d轴分量，
Figure FDA0004013299650000035
为输出电压参考值q轴分量；
以d轴状态分量，构造李雅普诺夫能量函数V(x)如下式所示：
Figure FDA0004013299650000036
其中：P为3阶正定矩阵，V(ud1,iLd,ud)≥0恒成立，当且仅当ud1＝iLd＝ud＝0时V(ud1,iLd,ud)＝0，根据李雅普诺夫稳定性定理，找到具体的正定矩阵P，使得
Figure FDA0004013299650000037
表示李雅普诺夫能量函数的导数，则该系统在平衡点(0,0,0)处渐进稳定；
根据式(13)解得当
Figure FDA0004013299650000038
为正定矩阵时，
Figure FDA0004013299650000039
恒成立；
满足下式,即可保证电压外环的稳定性：
Figure FDA0004013299650000041
因此，该下垂控制器同时满足系统的稳定性和惯性。
7.一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制系统，其特征是：由电网依次与隔离变压器、输出滤波器、三相桥式逆变电路通过强电连接方式进行连接；输出滤波器的一端与电压电流信号相连接，电压电流信号的另一端依次与下垂控制器、电压外环控制器、电流内环控制器、逆变器调制信号的一端相连接，逆变器调制信号的另一端与三相桥式逆变电路相连接，最终将逆变器调制信号通过弱电信号连接方式输出到三相桥式逆变电路中；三相桥式逆变电路的一端与直流电压源相连接，用以将直流电压源输出的直流电逆变成交流电。
8.一种改进的基于李雅普诺夫方程的逆变器下垂控制装置，其特征是：包括：
电压电流信号模块，用于提供给后续控制模块下垂控制器、电压外环控制器、电流内环控制器所需的控制信号；
下垂控制模块，用于提供给电压外环控制器电压信号参考值；
电压外环控制模块，用于根据电压外环参考值生成电流内环参考值的控制模块，作用是提供给电压外环控制器电压信号参考值；
电流内环控制模块，用于根据电流内环参考值生成逆变器调制信号，根据电压参考值生成逆变器调制信号，提供给三相桥式逆变电路电压调制信号；
逆变器调制信号模块，用于根据电流内环控制模块生成的参考电压按比例放大到三相桥式逆变电路中，最终生成实际电压。
9.一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6中任一权利要求所述的一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略的步骤。
10.一种计算机存储介质，其特征是：所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一权利要求所述的一种基于李雅普诺夫方程的三相并网逆变器下垂控制策略的步骤。
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