一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法，适应于微电网的并网和孤岛双模式运行，在微电网并网运行时，在下垂控制的基础上加入了虚拟阻抗控制，在无需电压传感器的情况下控制系统精度和稳定性不受电网谐波的影响；在微电网孤岛运行时，通过进一步改进虚拟阻抗和加入主动阻尼法，从而抑制了非线性负载及LCL滤波环节造成的谐波干扰，同时避免了滤波器共振的问题。通过本发明专利技术提出的控制方法，降低了系统成本和控制系统的计算负担，提高了谐波干扰情况下控制系统的精确性和稳定性，对于分布式发电及微电网的进一步推广有着重要的意义。

Method for controlling AC sensor of distributed power supply based on virtual impedance

The invention discloses a communication method based on distributed power control sensor virtual impedance, running in grid and island dual mode adapted to the micro grid, the grid connected operation, based on droop control is added to the virtual impedance control, control precision and stability of the system is not affected by the harmonics without voltage under the condition of the sensor; in the microgrid, by further improving the virtual impedance and adding active damping method, thereby suppressing harmonic interference caused by nonlinear load and LCL filter, while avoiding the filter resonance problem. The control method of the present invention, reduce the computational burden of the cost of the system and control system, to improve the accuracy and stability of harmonic disturbances of the control system, is of great significance for the further promotion of distributed generation and micro grid.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分布式电源控制的
，尤其涉及一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法。
技术介绍
一般认为，分布式发电DG(Distribute Generation)指满足用户特定的需要、支持现有的配电网经济运行或者同时满足这两方面要求，在用户现场或靠近用户现场配置的功率为小型，与环境兼容的发电机组，由此提出了微电网的概念，微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。以往，微电网中的分布式电源输出电流或电压通过锁相环与外部电网电压实现同步，在这种控制策略下需要精确地测量分布式电源并网点处的电压，通过交流电压传感器检测电压的同步相位角，但是，采用交流电压采样成本高，且分布式电源控制系统的运算负担大；若采用无交流电压传感器控制策略可以有效降低交流电压的测量和锁相环，同时降低分布式电源控制系统的计算负担。在现有技术中，已经存在无需电压传感器的控制策略，申请号为CN201010109338.2的专利提出了无交流电压传感器并网逆变器的直接功率控制方法。但是，上述专利文献所述的无交流电压传感器并网逆变器的直接功率控制方法，存在以下不足之处：该专利的控制方法本质上是利用了间接获得电网电压和相位的算法，且算法复杂，计算工作量大；此外，该专利提到的方法对于电网谐波干扰较为敏感，如果电网中接入谐波畸变率较大的负载时，系统控制的精确性和稳定性都会受到影响。同时，分布式电源越来越重视适应微电网并网和孤岛的双模式运行的需要，在孤岛运行模式下，微网内的分布式电源需要提供电压支撑并抵制非线性负载谐波的影响。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法，有力解决了微电网在并网和孤岛双模式运行下采用交流电压传感器及锁相环成本高，控制系统运算量大并且交流电压计算精度受电网或者负载谐波的影响的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法，包括以下步骤：(1)：分布式电源的功率控制环节：通过有功功率-频率和无功功率-电压幅值的控制环节获得系统当前周期的基准频率fref和基准电压幅值Eref，再经正弦信号发生器得到基准电压(2)：电压控制环节：首先检测分布式电源的输出电流I1，采用基于虚拟阻抗的控制策略，得到PWM参考电压(3)：通过当前周期步骤(1)中的基准电压和步骤(2)中的输出电流I1计算下一周期的分布式电源输出有功功率PDG和无功功率QDG，用于下一周期步骤(1)中的有功功率-频率和无功功率-电压幅值的控制环节的计算。所述步骤(1)中，具体步骤包括：(1-1):在微电网并网运行模式下，分布式电源的功率控制环节通过有功功率-频率和无功功率-电压幅值的下垂控制可以获得系统当前周期的基准频率fref和基准电压幅值Eref：fref＝DP(Pref-PDG)其中，Pref和Qref为有功功率和无功功率的参考值，根据分布式电源的容量进行设置；DP为有功功率-频率的比例系数；Dq和Ki为无功功率-电压幅值的比例系数和积分系数；PDG和QDG为分布式电源输出的实时的有功功率和无功功率；fref和Eref为基准电压的频率和幅值，经正弦信号发生器产生基准电压(1-2)：在微电网孤岛运行模式下，分布式电源功率控制环节通过有功功率-频率和无功功率-电压幅值的下垂控制可以获得系统当前周期的基准频率fref和基准电压幅值Eref：fref＝DP·PDGEref＝Dq·QDG其中，DP为有功功率-频率的比例系数；Dq为无功功率-电压幅值的比例系数；PDG和QDG为分布式电源输出的实时的有功功率和无功功率；fref和Eref为基准电压的频率和幅值，经正弦信号发生器产生基准电压所述步骤(2)中，采用基于虚拟阻抗的控制策略的具体步骤包括：(2-1)在微电网并网运行模式下，分布式电源的电压控制环节采用虚拟阻抗控制策略，通过谐振谐波电流观测器来获取特定次数的谐波，通过在分布式电源输出侧串联虚拟电阻来计算PWM参考电压：其中，I1为输出电流，h为谐波的次数，Rv,h为h次谐波上的虚拟电阻，ωc为截止频率，ωo为输出电压频率，ωo＝2π·50＝100πrad/s；(2-2)在微电网孤岛运行模式下，分布式电源的电压控制环节采用虚拟阻抗控制，虚拟阻抗产生的电压压降为式中Rv,h为谐波次数为h的虚拟电阻，Lv,h为谐波次数为h的虚拟电抗。为避免LCL滤波器的共振问题，利用主动阻尼理论来产生一个合适的高频增益RAD为高频时的主动阻尼，ωHPF为高通滤波器的截止频率，I1为当前周期的输出电流。最终，经改进后的PWM参考电压为：所述步骤(3)中，PDG和QDG为分布式电源输出的有功功率和无功功率，其计算公式为：其中，和I1_delay分别为上一个计算周期的基准电压和输出电流。本专利技术的有益效果为：(1)该分布式电源控制方法可适用于微电网的并网运行方式和孤岛运行方式。微电网并网运行时，在电网谐波比较严重情况下仍然可以精确计算电压幅值和相位，实现能够实现负荷在分布式电源之间合理分配；在微电网孤岛运行模式下，能够提供精确的电压支撑并抵制非线性负载谐波的影响。(2)分布式电源控制系统无需交流电压采样，可以省去交流电压检测部分和锁相环，降低了成本、减小了控制系统的运算负担。(3)分布式电源电压控制环节采用虚拟阻抗控制，在物理特性上相当于在分布式电源输出谐波频段上串联了适当阻抗，使得分布式电源具有很好的抗谐波干扰能力，保证了控制系统的稳定性和准确性。(4)在孤岛运行时，通过进一步改进虚拟阻抗和加入主动阻尼法，从而抑制了负载及LCL滤波环节造成的干扰，以及避免了滤波器共振的问题。附图说明图1为含多分布式电源的微电网结构示意图；图2(a)为微电网并网模式下单个分布式电源电路图；图2(b)为微电网并网模式下单个分布式电源控制系统结构框图；图3(a)为微电网孤岛模式下两个分布式电源电路图；图3(b)为微电网孤岛模式下两个分布式电源控制系统结构框图；图4(a)为微电网并网模式下分布式电源的仿真波形图；图4(b)为微电网并网模式下未加入虚拟阻抗分布式电源的仿真波形图；图4(c)为微电网并网模式下加入虚拟阻抗分布式电源的仿真波形图；图5(a)为微电网孤岛模式下分布式电源的仿真波形图；图5(b)为微电网孤岛模式下未加入虚拟阻抗分布式电源的仿真波形图；图5(c)为微电网孤岛模式下加入虚拟阻抗分布式电源的仿真波形图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。含多分布式电源的微电网结构如图1所示，当静态开关闭合时，微电网并网运行，微电网向大电网馈电；当大电网出现故障时，静态开关断开，微电网独立运行，通过分布式电源向微电网内的负荷供电。然而，在向微电网内负荷供电时，非线性负荷会产生谐波，影响控制系统的电能质量，严重时会影响系统的稳定性。因此需要一种控制方法，适应在微电网的并网和孤岛双模式下运行，无需交流电压传感器并且交流电压计算精度不受电网或者负载谐波的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法，其特征是：包括以下步骤：(1)：分布式电源的功率控制环节：通过有功功率‑频率和无功功率‑电压幅值的控制环节可以获得系统当前周期的基准频率fref和基准电压幅值Eref，再经正弦信号发生器可得基准电压(2)：电压控制环节：首先检测分布式电源输出电流I1，采用基于虚拟阻抗的控制策略，得到PWM参考电压(3)：通过当前周期的基准电压和输出电流I1计算下一周期的分布式电源输出有功功率PDG和无功功率QDG，用于下一周期的步骤(1)中的有功功率‑频率和无功功率‑电压幅值的控制环节。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法，其特征是：包括以下步骤：(1)：分布式电源的功率控制环节：通过有功功率-频率和无功功率-电压幅值的控制环节可以获得系统当前周期的基准频率fref和基准电压幅值Eref，再经正弦信号发生器可得基准电压(2)：电压控制环节：首先检测分布式电源输出电流I1，采用基于虚拟阻抗的控制策略，得到PWM参考电压(3)：通过当前周期的基准电压和输出电流I1计算下一周期的分布式电源输出有功功率PDG和无功功率QDG，用于下一周期的步骤(1)中的有功功率-频率和无功功率-电压幅值的控制环节。2.如权利要求1所述的一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法，其特征是：所述步骤(1)中的分布式电源功率控制环节包括微电网并网运行模式与微电网孤岛模式。3.如权利要求2所述的一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法，其特征是：在微电网并网运行模式下，分布式电源的功率控制环节通过有功功率-频率和无功功率-电压幅值的下垂控制可以获得系统当前周期的基准频率fref和基准电压幅值Eref：fref＝DP(Pref-PDG) E r e f = ( D q + K i s ) ( Q r e f - Q D G ) ]]>其中，Pref和Qref为有功功率和无功功率的参考值，根据分布式电源的容量进行设置；DP为有功功率-频率的比例系数；Dq和Ki为无功功率-电压幅值的比例系数和积分系数；PDG和QDG为分布式电源输出的实时的有功功率和无功功率；fref和Eref为基准电压的频率和幅值，经正弦信号发生器产生基准电压 V r e f * = E r e f s i n ( 2 πf r e f · t ) . ]]>4.如权利要求2所述的一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法，其特征是：在微电网孤岛运行模式下，分布式电源功率控制环节通过有功功率-频率和无功功率-电压幅值的下垂控制可以获得系统当前周期的基准频率fref和基准电压幅值Eref：fref＝DP·PDGEref＝Dq·QDG其中，DP为有功功率-频率的比例系数；Dq为无功功率-电压幅值的比例系数；PDG和QDG为分布式电源输出的实时的有功功率和无功功率；fref和Eref为基准电压的频率和幅值，经正弦信号发生器产生基准电压 V r e f * = E r e f s i n ( 2 πf r e f · t ) . ]]>5.如权利要求1所述的一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法，其特征是：在微电网并网运行模式下，分布式电源的电压控制环节采用虚拟阻抗控制策略，通过谐振谐波电流观测器来获取特定次数的谐波，通过在分布式电源输出侧串联虚拟电阻来计算PWM参考电压： V P W M * = V r e f * - Σ h = 3 , ....11 R v , h · 2 ω c s s 2 + 2 ω c s + ( h · ω o ) 2 · I 1 ]]>其中，I1为输出电流，h为谐波的次数，Rv,h为h次谐波上的虚拟电阻，ωc为截止频率，ωo为输出电压频率，ωo＝2π·50＝100πrad/s。6.如权利要求1所述的一种基于虚拟阻抗的分布式电源无交流传感器控制方法，其特征是：在微电网孤岛运行模式下，分布式电源的电压控制环节采用虚拟阻抗控制，虚拟阻抗产生的电压压降为 V V I * = Σ h = 1 , ....11 R v , h · ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞琪，王伟，王庆平，徐明，李超英，李笋，吴观斌，孙树敏，程艳，赵鹏，任俊杰，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，山东鲁能智能技术有限公司，山东中实易通集团有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东;37