一种低压微电网中并联逆变器的改进自适应下垂控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种低压微电网中并联逆变器的改进自适应下垂控制方法，所述方法包括下列步骤：引入虚拟复阻抗使得并联逆变器的等效输出阻抗呈感性，得到下垂控制方程；引入功率与下垂系数的一次函数项，取代下垂控制方程中的下垂系数，得到自适应下垂控制方程；考虑由于引出虚拟复阻抗带来的电压跌落，得到改进自适应下垂控制方程，通过改进自适应下垂控制方法实现并联逆变器的改进自适应下垂控制。与现有技术相比，本发明具有动态响应快、稳定性好以及实现并联逆变器负载均分和输出电压质量的折中等优点。
【专利说明】
-种低压微电网中并联逆变器的改进自适应下垂控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及微电网领域，尤其是设及一种低压微电网中并联逆变器的改进自适应 下垂控制方法。
【背景技术】
[0002] 伴随分布式能源的发展，配电网侧对供电质量、供电可靠性，系统容量等有较高的 要求。而多个逆变器并联可W增大系统功率，组成微电网后，可W为用户提供高质量的电 能，增加系统的供电可靠性。逆变器并联技术，分为有联络线W及无互联线控制方式。有联 络线方式，主要通过检测系统中各个并联模块的信息，由上位机发出指令完成并联。其主要 缺点是通信线路易出现延迟，若通信线路发生故障，则微电网系统将面临擁痕。下垂控制属 于无互联线方式，而并联逆变器的控制符合下垂输出特性，因此能够根据有功-频率下垂曲 线和无功-电压下垂曲线去模拟大电网中同步发电机的外特性。
[0003] 经对现有文献的检索发现，陈杰于2013年在"北京交通大学"发表论文"城轨列车 辅助供电系统高品质波形控制及无互联线并联关键技术研究"引出虚拟复阻抗，使低压微 电网中并联逆变器的输出阻抗等效为感性，但没解决电压精度的问题。
[0004] 孙孝峰，杨雅麟，赵巍，沈虹，谭广军.于2014年在"电网技术"发表论文"微电网逆 变器自适应下垂控制策略"提出了自适应下垂控制策略，不足之处是负载均分和输出电压 质量的固有矛盾难W折中考虑。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对上述问题提供一种低压微电网中并联逆变器的改进自适应 下垂控制方法。
[0006] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现：
[0007] -种低压微电网中并联逆变器的改进自适应下垂控制方法，所述方法包括下列步 骤：
[000引1)引入虚拟复阻抗使得并联逆变器的等效输出阻抗呈感性，得到下垂控制方程；
[0009] 2)引入功率与下垂系数的一次函数项，取代下垂控制方程中的下垂系数，得到自 适应下垂控制方程；
[0010] 3)考虑引入虚拟复阻抗带来的电压跌落，得到改进自适应下垂控制方程，通过改 进自适应下垂控制方法实现并联逆变器的改进自适应下垂控制。
[0011] 所述下垂控制方程为：
[0012]
[OOU]其中，Wi和Ei分别为逆变器输出的电压角频率和幅值，WO和Eo分别为额定电压角频 率和幅值，Pi和化分别为逆变器输出的有功功率和无功功率，m为有功-频率下垂曲线的下垂 系数，n为无功-电压下垂曲线的下垂系数。
[0014] 所述功率与下垂系数的一次函数项包括有功功率与下垂系数的一次函数项和无 功功率与下垂系数的一次函数项。
[0015] 所述自适应下垂控制方程为：
[0016]
[0017]其中，虹为有功功率与下垂系数的一次函数项，m为无功功率与下垂系数的一次函 数项。
[001引所述mi满足；
[0022] 其中，Po和舶分别为额定有功功率和无功功率。[0023] 所述改进自适应下垂控制方程具体为：
[0019]
[0020]
[0021]
[0024]
[0025] 其中，R和X分别为引入虚拟复阻抗后逆变器的等效输出阻抗的电阻和电感;Uo为 逆变器的等效输出电压。
[0026] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0027] (1)增加了电压跌落补偿，解决了引入虚拟复阻抗后的电压跌落问题，实现了并联 逆变器负载均分和输出电压的折中考虑。
[0028] (2)引入功率与下垂系数的一次函数项，解决了传统的下垂控制方法受限于固定 下垂参数。
[0029] (3)引入了虚拟复阻抗，使得并联逆变器的等效输出阻抗呈感性，使得并联逆变器 可W采用传统的下垂控制方法进行控制。
【附图说明】
[0030] 图1为实施例中并联逆变器的电路图；
[0031 ]图2为传统下垂控制的有功-频率下垂特性曲线图；
[0032] 图3为下垂控制原理图；
[0033] 图4为引入虚拟复阻抗后等效电路图；
[0034] 图5为引入虚拟复阻抗前后的逆变器等效输出阻抗波特图；
[0035] 图6为m取不同数值时，有功功率与频率的下垂特性曲线；
[0036] 图7为本实施例中的仿真波形图，其中，（7a)为并联后负载突增的A相动态电流波 形图，（7b)为IKW负载下逆变器并联瞬间有功均分波形图，（7c)为并联后负载突增的A相动 态电流波形图，（7d)为负载突变时并联逆变器输出电压波形图；
[0037] 图8为采用改进下垂控制算法后实验波形，其中，（8a)为并联逆变器负载均分电流 波形，（8b)为并联逆变器负载突增时输出动态电流波形。
[0038] 图9为本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例W本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0040] 如图9所示，本发明提供了一种低压微电网中并联逆变器的改进自适应下垂控制 方法，该方法包括下列步骤：
[0041] 1)引入虚拟复阻抗：
[0042] 传统=环下垂控制中逆变器输出电压表达式为：
[0043] Uo = G(S)Uref-Io(S)Z(S)
[0044] 公式中G(S)描述的是受控电压源对输出电压Uref指令的跟踪性能，Z(S)等效为逆 变器输出阻抗，由两部分构成:虚拟阻抗Zd(S) W及电压电流闭环等效的输出阻抗Zo^s)。当 虚拟阻抗取值为纯感性时，即Zd(s) = sL。引入虚拟阻抗后，等效电路图如图4所示，在低频 段，等效输出阻抗Z(S)呈感性，根据传统下垂公式的下垂特性，能够实现P、Q的解禪。在高频 开关频率谐波段，等效输出阻抗呈阻性。如图5所示，由电流流过虚拟阻抗后的压降UD模拟 出串联虚拟阻抗上的压降，由下垂特性得出输出电压指令护后，将UD减去，最终得出修正之 后的输出端逆变器电压给定指令:Uref = E^邮；因而，引入虚拟复阻抗后，使得并联逆变器的 等效输出阻抗呈感性，得到下垂控制方程：
[0045]
[0046] 其中，Wi和Ei分别为逆变器输出的电压角频率和幅值，WO和Eo分别为额定电压角频 率和幅值，Pi和化分别为逆变器输出的有功功率和无功功率，m为有功-频率下垂曲线的下垂 系数，n为无功-电压下垂曲线的下垂系数，传统下垂控制的有功-频率下垂特性曲线如图2 所示，传统的下垂控制原理图如图3所示；
[0047] 2)引入功率与下垂系数的一次函数项，即有功功率与下垂系数的一次函数项和无 功功率与下垂系数的一次函数项，取代下垂控制方程中的下垂系数，得到自适应下垂控制 方程：
[004引
[0049] 其中，虹为有功功率与下垂系数的一次函数项，m为无功功率与下垂系数的一次函 数项。
[0050] m、n则根据传统的下垂控制计算，电压最小值一般取Uref的90%-95%，频率的波动 度一般控制在2%之内。所增加的一次函数相在mi、m数值基础上取值。将下垂系数mi取在 0.43m/P〇与0.68m/P〇之间，如图6所不;m取在0.43n/Q〇与0.68n/Q〇之间。即虹满足：
[0化1 ]
[0化2]
[0化3]
[0054] 其中，Po和舶分别为额定有功功率和无功功率；
[0055] 3)补偿由于引出虚拟复阻抗带来的电压跌落，
[0056] 在引入虚拟阻抗反馈后，电压幅值的下垂量必然增大，系统的输出电压精度将下 降；另外在并联逆变器中的负载发生突变时，参考电压或下垂系数需要较大改变才能实现 各台逆变器的功率均分。因此从兼顾逆变器并联时的负载均分性能W及控制电压精度两方 面控制要求来看，需要补偿由于采用虚拟阻抗带来的电压降，将传统的固定下垂系数设计 为动态可变，因而可W得到改进自适应下垂控制方程：
[0化7]
[005引其中，R和X分别为引入虚拟复阻抗后逆变器的等效输出阻抗的电阻和电感;Uo为 逆变器的等效输出电压。
[0化9] 实施例1
[0060] WSimulink作为仿真平台，将两台S相逆变器共接在同一段交流母线上，其等效 数学模型图如图1所示。并联逆变器的主电路主要参数为:输入直流电压为700V，输出电压 220V/50HZ，单台逆变器的额定有功功率为1.7KW，额定无功功率为500Var，滤波电感 3.14mL，滤波电容为lOOuF，功率滤波器的转折频率为20rad/s。取一组下垂系数m为 0.00004、n为0.0012。仿真波形图如图7所示，（7a)和（7b)中，在两台并联逆变器稳定运行 后，在t为0.06s时刻，突然增加公共负载至2.服W，可W看出改进下垂控制算法引入动态调 整系数后，电流波形变化很平缓，两台逆变器的输出电流均由IA快速上升到2A时，并联逆变 器表现出了较好的负载均分和动态性能。（7c)中，在t为0.18s时刻，启动逆变器1带IKW负 载，在t为0.195s时刻，启动逆变器2开始工作，可W看出逆变器并联瞬间存在环流，但经过 约1/4工频周期后，两台逆变器输出功率趋于一致，间接说明改进下垂控制算法可W将并联 逆变器的频率控制趋于一致，实现负载均分。并且在逆变器2并联瞬间，冲击很小，进入稳定 运行状态很平缓。（7d)是在并联逆变器平稳运行后，在0.22s时刻突增阻性负载由0.5KW到 化W，可W看出并联逆变器输出电压幅值不会跌落，稳定性能很好。说明改进下垂控制算法 对引入虚拟阻抗后造成的电压降落补偿效果较好。
[0061] 实施例2
[0062] W两台1 . 7KW的S相两电平逆变器并联作为实验平台。控制系统使用 TMS320FM2812控制忍片，开关频率设为12.SKHz，实验中加入1 Q的阻性线路阻抗，模拟传统 低压电力线路上的阻抗。实验参数与仿真一致。可得到并联逆变器稳定运行时的负载电流 均分波形，在0.06s时刻负载突增时并联逆变器电流的动态实验波形。实验波形如图8所示， 说明所采用改进下垂控制算法，在两台逆变器并联时能较好的实现负载功率均分，并且在 负载突变时，输出电流的动态性能较好。验证了改进控制算法的有效性。
【主权项】
1. 一种低压微电网中并联逆变器的改进自适应下垂控制方法，其特征在于，所述方法 包括下列步骤： 1) 引入虚拟复阻抗使得并联逆变器的等效输出阻抗呈感性，得到下垂控制方程； 2) 引入功率与下垂系数的一次函数项，取代下垂控制方程中的下垂系数，得到自适应 下垂控制方程； 3) 考虑引入虚拟复阻抗带来的电压跌落，得到改进自适应下垂控制方程，通过改进自 适应下垂控制方法实现并联逆变器的改进自适应下垂控制。2. 根据权利要求1所述的低压微电网中并联逆变器的改进自适应下垂控制方法，其特 征在于，所述下垂控制方程为：其中，W1和El分别为逆变器输出的电压角频率和幅值，W0和Eo分别为额定电压角频率和 幅值，Pi和化分别为逆变器输出的有功功率和无功功率，m为有功-频率下垂曲线的下垂系 数，η为无功-电压下垂曲线的下垂系数。3. 根据权利要求2所述的低压微电网中并联逆变器的改进自适应下垂控制方法，其特 征在于，所述功率与下垂系数的一次函数项包括有功功率与下垂系数的一次函数项和无功 功率与下垂系数的一次函数项。4. 根据权利要求3所述的低压微电网中并联逆变器的改进自适应下垂控制方法，其特 征在于，所述自适应下垂控制方程为：其中，mi为有功功率与下垂系数的一次函数项，m为无功功率与下垂系数的一次函数 项。5. 根据权利要求4所述的低压微电网中并联逆变器的改进自适应下垂控制方法，其特 征在于，所述mi满足：其中，Po和舶分别为额定有功功率和无功功率。6. 根据权利要求4所述的低压微电网中并联逆变器的改进自适应下垂控制方法，其特 征在于，所述改进自适应下垂控制方程具体为：其中，R和X分别为引入虚拟复阻抗后逆变器的等效输出阻抗的电阻和电感;Uo为逆变器 的等效输出电压。
【文档编号】H02J3/38GK106099983SQ201610605870
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月28日 公开号201610605870.0, CN 106099983 A, CN 106099983A, CN 201610605870, CN-A-106099983, CN106099983 A, CN106099983A, CN201610605870, CN201610605870.0
【发明人】陈坤, 曹以龙, 赵乐, 孔亚非
【申请人】上海电力学院