串联型分布式能源系统的反下垂控制方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种串联型分布式能源系统的反下垂控制方法、装置及系统，该装置包括反下垂功率控制模块和电压电流双闭环控制模块，反下垂功率控制模块获取输出电流和LC滤波器的电容电压，计算分布式发电单元的功率因数；利用功率因数和反下垂功率控制系数，计算分布式发电单元的角频率，生成分布式发电单元的瞬时电压参考值，输出至电压电流双闭环控制模块；电压电流双闭环控制模块将分布式发电单元的瞬时电压参考和LC滤波器的电容电压的差值与闭环控制传递函数相乘，得到内部闭环控制器的参考电流，将内部闭环控制器的参考电流和分布式发电单元的输出电流的差值与内部闭环比例系数相乘，得到分布式发电单元PWM控制的参考电压。

Antidroop Control Method, Device and System of Series Distributed Energy System

The invention discloses an anti-droop control method, device and system of a series distributed energy system, which comprises an anti-droop power control module and a double closed-loop voltage and current control module. The anti-droop power control module obtains output current and capacitance voltage of LC filter, calculates power factor of a distributed power generation unit, and uses power factor and anti-droop power control system. The angular frequency of the distributed generation unit is calculated, and the instantaneous voltage reference value of the distributed generation unit is generated, which is output to the voltage and current double closed-loop control module. The voltage and current double closed-loop control module multiplies the instantaneous voltage reference value of the distributed generation unit and the difference between the capacitance voltage of the LC filter and the closed-loop control transfer function to obtain the reference current of the internal closed-loop controller. The difference between the reference current of the internal closed-loop controller and the output current of the distributed generation unit is multiplied by the proportional coefficient of the internal closed-loop, and the reference voltage of the PWM control of the distributed generation unit is obtained.

【技术实现步骤摘要】
串联型分布式能源系统的反下垂控制方法、装置及系统
本公开涉及新能源发电
，具体涉及一种串联型分布式能源系统的反下垂控制方法、装置及系统。
技术介绍
基于可再生能源和分布式发电的分布式发电系统日益大规模接入现代社会电力系统。多个分布式发电单元如光伏电池板、储能电池，并联可以形成自治孤岛运行的并联型分布式发电系统，分布式发电单元间需要合理负荷功率分配避免单个分布式发电单元过载。基于有功功率-频率下垂和和无功功率-电压幅值下垂原理的分布式功率控制方法已经被广泛研究。这种方法通过模拟下垂控制同步发电机的输出特性行为去获得功率分配。随着多电平级联H桥功率变换器技术的快速发展，多个基于H桥功率变换技术的分布式发电单元组成串联型分布式发电系统具有很多优势。这种串联型分布式发电结构能够通过低压功率模块串联集成中压电力系统，避免了分布式发电单元在直流侧的大容量串联以及大功率DC/DC变换器的投资，每个分布式发电单元具有独立的有功无功功率控制，无需闭环线电流检测及跟踪控制，能够提高分布式发电系统在并网和离网运行情况下的灵活性、可靠性和经济性。目前缺乏对串联型分布式发电系统在自治孤岛模式下运行的控制方法研究。因此，如何无需分布式发电单元相互通讯就能够自动准确分配负荷功率的串联型分布式能源系统的反下垂控制方法，仍是待解决的技术问题。
技术实现思路
针对的问题，本公开提供了一种串联型分布式能源系统的反下垂控制方法、装置及系统，采用功率因数-频率反下垂控制原理，无需分布式发电单元相互通讯就能够自动准确分配负荷功率，而且功率分配的准确性对线路阻抗的变化不敏感，更具工程实用性和灵活性，能够提高分布式发电系统在并网和离网运行情况下的灵活性、可靠性和经济性。本公开所采用的技术方案是：一种串联型分布式能源系统的反下垂控制装置，该装置包括：反下垂功率控制模块，被配置为获取分布式发电单元的输出电流和LC滤波器的电容电压，采用低通滤波器计算分布式发电单元的功率因数；利用功率因数和反下垂功率控制系数，计算分布式发电单元的角频率，对分布式发电单元的角频率求积分，并计算该积分值的余弦值与额定电压幅值的乘积，生成分布式发电单元的瞬时电压参考值，输出至电压电流双闭环控制模块；电压电流双闭环控制模块，被配置为接收反下垂功率控制模块发送的分布式发电单元的瞬时电压参考值，将分布式发电单元的瞬时电压参考和LC滤波器的电容电压的差值与闭环控制传递函数相乘，得到内部闭环控制器的参考电流，将内部闭环控制器的参考电流和分布式发电单元的输出电流的差值与内部闭环比例系数相乘，得到分布式发电单元PWM控制的参考电压，输出至分布式发电单元的直流侧。进一步的，所述电压电流双闭环控制模块包括外环电压控制模块和内环电流控制模块，其中：所述外环电压控制模块，被配置为接收反下垂功率控制模块发送的分布式发电单元的瞬时电压参考值，将分布式发电单元的瞬时电压参考值与LC滤波器的电容电压做差，并将该差值与闭环控制传递函数相乘，得到内部闭环控制器的参考电流，输出至内环电流控制模块；所述内环电流控制模块，被配置为将内部闭环控制器的参考电流与分布式发电单元的输出电流做差，并将该差值与内部闭环比例系数相乘，得到分布式发电单元PWM控制的参考电压，输出至分布式发电单元的直流侧。通过上述的技术方案，采用反下垂功率控制模块，并结合外部电压闭环和内部电流闭环控制模块，实现串联分布式发电单元间有功和无功功率的合理准确分配，无需分布式发电单元之间相互通讯，功率分配的准确性对线路阻抗的变化不敏感，降低了控制系统投资，提高了分布式发电单元即插即用的灵活性和系统运行的可靠性，避免了分布式发电单元在直流侧大容量串联以及大功率DC/DC变换器的投资，能够提高分布式发电系统在并网和离网运行情况下的灵活性、可靠性和经济性。一种串联型分布式能源系统的反下垂控制方法，基于如上所述的串联型分布式能源系统的反下垂控制装置实现，该方法包括以下步骤：获取分布式发电单元的输出电流和LC滤波器的电容电压；采用低通滤波器计算分布式发电单元的功率因数；根据反下垂功率控制系数和分布式发电单元的功率因数，计算分布式发电单元的角频率；采用外环电压控制方法对分布式发电单元的角频率进行处理，得到内部闭环控制器的参考电流；采用内环电流控制方法对内部闭环控制器的参考电流进行处理，得到分布式发电单元PWM控制的参考电压，输出至分布式发电单元的直流侧。通过上述的技术方案，采用反下垂功率因数控制原理，结合电压闭环和电流闭环控制方法，实现串联分布式发电单元间有功和无功功率的合理准确分配，无需分布式发电单元之间相互通讯，而且功率分配的准确性对线路阻抗的变化不敏感，能够实现并网运行和孤岛自治运行，更具工程实用性和灵活性进一步的，所述分布式发电单元的功率因数的计算方法为：利用分布式发电单元的输出电流IO和LC滤波器的电容电压VC，计算分布式发电单元的截止频率ωcut；采用低通滤波器对分布式发电单元的截止频率ωcut进行处理，将处理结果与分布式发电单元的功率因数角的余弦值相乘，得到分布式发电单元的功率因数PFLPF。进一步的，所述分布式发电单元的角频率的计算方法为：获取反下垂功率控制系数DPF和分布式发电单元的额定频率ω*；计算分布式发电单元的功率因数PFLPF与反下垂功率控制系数DPF乘积，并将该乘积与分布式发电单元的额定频率ω*求和，得到分布式发电单元的角频率ωDG。进一步的，所述采用外环电压控制方法对分布式发电单元的角频率进行处理，得到内部闭环控制器的参考电流的步骤包括：获取电网电压Vgrid，将电网电压Vgrid与分布式发电单元的串联数量N相比，得到分布式发电单元的额定电压幅值E；计算分布式发电单元的角频率ωDG相对于时间t的积分值，并将该积分值的余弦值与分布式发电单元的额定电压幅值相乘，得到分布式发电单元的瞬时电压参考值；计算分布式发电单元的瞬时电压参考值与LC滤波器的电容电压的差值，并将该差值与闭环控制传递函数相乘，得到内部闭环控制器的参考电流。进一步的，所述闭环控制传递函数为：其中，K为闭环控制传递函数，kp表示控制器比例增益，ki,h表示控制器在谐波次数h上的增益，ωc代表谐振控制器的截止频率，s为拉普拉斯算子，ω*为额定角频率，ω*＝2π·50＝100π。进一步的，所述采用内环电流控制方法对内部闭环控制器的参考电流进行处理，得到分布式发电单元PWM控制的参考电压的步骤包括：计算内部闭环控制器的参考电流与分布式发电单元的输出电流的差值，并将该差值与内部闭环比例系数相乘，得到分布式发电单元PWM控制的参考电压。一种串联型分布式能源系统，所述串联型分布式能源系统包括多个串联的分布式发电单元，每个分布式发电单元分别连接有如上所述的反下垂控制装置。本公开的有益效果是：(1)本公开采用反下垂功率因数控制原理，结合电压闭环和电流闭环控制方法，实现串联分布式发电单元间有功和无功功率的合理准确分配，无需分布式发电单元之间相互通讯就能够自动准确分配负荷功率，而且功率分配的准确性对线路阻抗的变化不敏感，能够实现并网运行和孤岛自治运行，更具工程实用性和灵活性；(2)本公开避免了分布式发电单元在直流侧的大容量串联以及大功率DC/DC变换器的投资，能够提高分布式发电系统在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联型分布式能源系统的反下垂控制装置，其特征在于，包括：反下垂功率控制模块，被配置为获取分布式发电单元的输出电流和LC滤波器的电容电压，采用低通滤波器计算分布式发电单元的功率因数；利用功率因数和反下垂功率控制系数，计算分布式发电单元的角频率，对分布式发电单元的角频率求积分，并计算该积分值的余弦值与额定电压幅值的乘积，生成分布式发电单元的瞬时电压参考值，输出至电压电流双闭环控制模块；电压电流双闭环控制模块，被配置为接收反下垂功率控制模块发送的分布式发电单元的瞬时电压参考值，将分布式发电单元的瞬时电压参考和LC滤波器的电容电压的差值与闭环控制传递函数相乘，得到内部闭环控制器的参考电流，将内部闭环控制器的参考电流和分布式发电单元的输出电流的差值与内部闭环比例系数相乘，得到分布式发电单元PWM控制的参考电压，输出至分布式发电单元的直流侧。

【技术特征摘要】
1.一种串联型分布式能源系统的反下垂控制装置，其特征在于，包括：反下垂功率控制模块，被配置为获取分布式发电单元的输出电流和LC滤波器的电容电压，采用低通滤波器计算分布式发电单元的功率因数；利用功率因数和反下垂功率控制系数，计算分布式发电单元的角频率，对分布式发电单元的角频率求积分，并计算该积分值的余弦值与额定电压幅值的乘积，生成分布式发电单元的瞬时电压参考值，输出至电压电流双闭环控制模块；电压电流双闭环控制模块，被配置为接收反下垂功率控制模块发送的分布式发电单元的瞬时电压参考值，将分布式发电单元的瞬时电压参考和LC滤波器的电容电压的差值与闭环控制传递函数相乘，得到内部闭环控制器的参考电流，将内部闭环控制器的参考电流和分布式发电单元的输出电流的差值与内部闭环比例系数相乘，得到分布式发电单元PWM控制的参考电压，输出至分布式发电单元的直流侧。2.根据权利要求1所述的串联型分布式能源系统的反下垂控制装置，其特征在于，所述电压电流双闭环控制模块包括外环电压控制模块和内环电流控制模块，其中：所述外环电压控制模块，被配置为接收反下垂功率控制模块发送的分布式发电单元的瞬时电压参考值，将分布式发电单元的瞬时电压参考值与LC滤波器的电容电压做差，并将该差值与闭环控制传递函数相乘，得到内部闭环控制器的参考电流，输出至内环电流控制模块；所述内环电流控制模块，被配置为将内部闭环控制器的参考电流与分布式发电单元的输出电流做差，并将该差值与内部闭环比例系数相乘，得到分布式发电单元PWM控制的参考电压，输出至分布式发电单元的直流侧。3.一种串联型分布式能源系统的反下垂控制方法，基于权利要求1-2中任一项所述的串联型分布式能源系统的反下垂控制装置实现，其特征在于，包括以下步骤：获取分布式发电单元的输出电流和LC滤波器的电容电压；采用低通滤波器计算分布式发电单元的功率因数；根据反下垂功率控制系数和分布式发电单元的功率因数，计算分布式发电单元的角频率；采用外环电压控制方法对分布式发电单元的角频率进行处理，得到内部闭环控制器的参考电流；采用内环电流控制方法对内部闭环控制器的参考电流进行处理，得到分布式发电单元PWM控制的参考电压，输出至分布式发电单元的直流侧。4.根据权利要求3所述的串联型分布式能源系统的反下垂控制方法，其特征在于，所述分布式...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东，李峰，张爱群，卞峰，戎道建，郑开辉，许鲁忠，魏姗姗，颜勇，马俊迪，朱国梁，杨林林，刘建文，陈书祥，李燕，王永彬，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司德州供电公司，国网山东综合能源服务有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37