一种基于电流下垂算法的逆变器并联组网控制装置及方法制造方法及图纸

一种基于电流下垂算法的逆变器并联组网控制装置及方法，涉及微电网、储能中以电力电子为接口的逆变器并联组网协调的控制，该装置及方法所基于的电流下垂控制器包括三相电流的解耦变换、一阶惯性环节与下垂控制环节；通过有功电流对频率下垂控制和无功电流对电压下垂控制实现对系统的稳定控制。本发明专利技术的有益效果在于：本发明专利技术采用电流下垂控制，相对于传统功率下垂控制而言，控制起来更加简单方便，可避免电压发生突变，从而避免电流无穷大的情况，提高系统控制精度，更有利于系统的数字化实现，提高系统的稳定性。

A Parallel Inverter Networking Control Device and Method Based on Current Drop Algorithms

A control device and method of parallel inverters networking based on current sag arithmetic involves the coordinated control of parallel inverters networking in microgrid and energy storage. The current sag controller based on this device and method includes three-phase current decoupling transformation, first-order inertia link and sag control link; frequency sag control and reactive power control are realized by active current. Current to voltage sag control to achieve stable control of the system. The beneficial effect of the invention is that the current droop control is adopted, which is more simple and convenient than the traditional power droop control, avoids the sudden change of voltage, avoids the situation of infinite current, improves the control accuracy of the system, is more conducive to the digital realization of the system and improves the stability of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电流下垂算法的逆变器并联组网控制装置及方法
本专利技术涉及微电网、储能中以电力电子为接口的逆变器并联组网协调控制方法，提出了一种基于电流下垂算法的逆变器并联组网控制方法。
技术介绍
能源安全问题、供应紧张及传统化石能源的大量消耗所带来的环境问题，使得研究和利用清洁可再生能源的微电网、储能等技术成为各国关注的焦点。其中，逆变电源并联组网技术是提高微电网电源供电可靠性和扩大供电容量的重要手段，也是维持微电网功率平衡及电压频率稳定的基础。下垂控制是一种逆变电源无互联线并联控制技术，通过模拟电力系统同步发电机外特性(频率和电压下垂特性)对逆变器进行控制，从而实现有功和无功负荷在并联逆变器间的均匀分配。传统功率下垂控制算法是当逆变器并联运行时，通过输出电压相位(频率)和幅值的下垂算法，使各逆变器输出电压的频率和幅值随输出有功和无功的增加(减少)而下降(上升)，最终各并联逆变器输出电压频率和幅值会达到一个新的平衡，从而实现负载电流均分和功率均分。但传统功率下垂算法是通过测量逆变器输出端的有功功率和无功功率，使其近似为输出到负载上的功率来进行控制的，忽略了线路上损耗的功率，其下垂系数对于系统的稳定性有很大的影响,并且当输出电压幅值与额定值相差较远时(例如出现短路情况),容易造成很大的电流。此外，传功功率下垂算法是以牺牲控制精度和响应速度来实现多台逆变器并机运行的。因此有必要细化影响输出电压幅值和相位的各个因素，并对传统的功率下垂算法加以改进。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种相对于传统功率下垂控制而言，具有使用方便、提高系统控制精度、并能避免电流无穷大的情况的基于电流下垂算法的逆变器并联组网控制装置及方法。本专利技术所提供的一种基于电流下垂算法的逆变器并联组网控制装置通过检测逆变器的输出电流，计算出有功电流和无功电流，实现对逆变器并联组网的控制，所述下垂控制器包括三相电流的解耦变换部件、一阶惯性环节部件与下垂控制部件。本专利技术还提供了基于上述装置控制逆变器并联组网的方法所述方法通过基于电流的下垂控制器接收电流信号，在所述下垂控制器中经过三相电流的解耦变换环节、一阶惯性环节与下垂控制环节后输出电压与频率的参考值。进一步地，所述的三相电流的解耦变换环节具体为：在三相对称系统中，电流的解耦控制表示为：式中，id为直轴电流分量，iq为交轴电流分量，T3s2r为解耦系数，iaf、ibf、icf分别为待解耦的电流信号的A、B、C相。进一步地，在所述一阶惯性环节中，根据频率对有功电流、电压对无功电流的下垂方程获得引入一阶惯性环节后的下垂方程，具体地，频率对有功电流，电压对无功电流的下垂方程为：f-f0＝-ka(Ia-Ia0)u-u0＝-kre(Ire-Ire0)式中，ka为有功电流的下垂系数；kre为无功电流的下垂系数；Ia0与Ire0分别为在初始设定频率f0与初始设定电压u0时对应的有功电流与无功电流的输出；Ia与Ire为系统输出的有功电流与无功电流；引入一阶惯性环节后，频率对有功电流、电压对无功电流的下垂方程为：式中，τc为一阶惯性时间常数；ka与kre分别表示频率对有功电流，电压对无功电流的下垂控制系数；id0、iq0分别为与初始频率f0与初始电压u0设定点对应的有功电流及无功电流；令：则得一阶惯性环节在连续域的表达式:其中M为系统的一阶惯性常数，D为系统的阻尼系数。进一步地，将一阶惯性环节应用于数字化控制系统设计中时，需进行离散化处理。进一步地，利用双线性变换对一阶惯性环节进行所述的离散化处理，离散化处理后的一阶惯性环节在z域的表达式如下：式中，fs表示采样频率；f(z)表示离散化后系统的输出频率；id(z)表示离散化后系统的输出电流；进一步地，所述的下垂控制环节具体为：有功电流对频率下垂控制特性公式为：式中，ka为有功电流的下垂系数,Δf为当前频率与初始设定频率f0之间的差值，Iamax为系统输出的有功电流的最大值；当有功电流大于零时，组网单元工作在逆变状态；当有功电流小于零时，系统工作在整流状态；无论逆变器工作在哪种状态，多台逆变器并联组网时的有功功率均按“通信机制”中基于下垂控制的多台逆变器并联运行的有功功率分配规则进行分配；无功电流对电压下垂控制特性公式为：式中，kre为有功电流的下垂系数,Δu为当前电压与初始电压u0之间的差值，Iremax为系统输出的无功电流的最大值；当无功电流大于零时，组网单元向电网提供无功功率，对外呈现电容特性；当无功电流小于零时，系统从电网吸收功率，对外呈现出电感特性；无论逆变器工作在哪种状态，多台逆变器并联组网时的无功功率均按“通信机制”中基于下垂控制的多台逆变器并联运行的无功功率分配规则进行分配。本专利技术的有益效果在于：1)电流下垂控制起来更加简单方便，只需检测逆变器输出电流进而计算出有功电流和无功电流即可实现控制；2)电流下垂控制不受输出端电压的影响，因其是对电流进行控制，因此可避免电压发生突变(如短路产生时)，电流将为无穷大的情况；3)电流下垂控制更加精确，通过控制逆变器输出端的电流，从而间接控制输出到负载的功率。在三相同步旋转坐标系下，以电压为基准坐标系，即电压交轴分量uq＝0时，直轴电流分量id与交轴电流分量iq将分别对应着系统的有功电流分量Ia与无功电流分量Ire，这样采用电流下垂控制策略，能简化数字化控制器的计算过程，提高系统控制精度，更有利于系统的数字化实现；4)电流下垂控制更加稳定，只要电流下垂系数在电压幅值和频率波动允许的范围内取值，系统都能够保持稳定，其取值会影响系统的动态性能。附图说明图1为输电线路功率传输模型；图2为两台逆变器并联组网时的功率分配关系图；图3为基于电流下垂算法的组网逆变器基本控制框图；图4为一阶惯性环节实现控制框图；图5为下垂控制特性示意图；图中：X：传输线路感抗；送端电流；us：送端电压；δ：传输功角；Φ：电感电流超前送端电压的角度；Ps：送端有功功率；ur：受端电压；受端复功率；送端复功率；Pr：受端有功功率；Qr：受端无功功率；Qs：送端无功功率；ikf：经滤波后电感输出电流(k＝a,b,c)；τc：一阶惯性时间常数；id：d轴电流分量；iq：q轴电流分量；idf：经一阶惯性环节滤波后的d轴电流分量；iqf：经一阶惯性环节滤波后的q轴分量；具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术还有其它不同的实施方式，各种实施方式中的细节可以在不偏离本专利技术的情况下进行各种明显的改进。因此，附图和说明书是要阐释实质问题而非限制性的。如图1所示为输电线路功率传输模型，此模型是同步发电机并联运行的理论基础。输电线路传输的有功功率和无功功率取决于送端和受端电压的幅值和相角。利用戴维南等效电路，可得到有功功率对频率，无功功率对电压的基本下垂控制方程，也是逆变器并联组网时频率与电压控制的基础。如图2所示为两台逆变器并联组网时的功率分配关系图。以两台逆变器并联组网的有功功率分配为例，设两台组网逆变器的频率对有功功率的下垂系数分别为kp1、kp2，在初始设定频率f0处输出的有功功率分别为P10和P20。当负载增加ΔPL时，两台组网逆变器均增加各自的有功功率输出，使系统运行在新的频率点f1，此刻每台逆变器增加的输出功率为ΔP1与ΔP2，经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电流下垂算法的逆变器并联组网控制装置，其特征在于，所述装置通过检测逆变器的输出电流，计算出有功电流和无功电流，实现对逆变器并联组网的控制，所述下垂控制器包括三相电流的解耦变换部件、一阶惯性环节部件与下垂控制部件。

【技术特征摘要】
1.一种基于电流下垂算法的逆变器并联组网控制装置，其特征在于，所述装置通过检测逆变器的输出电流，计算出有功电流和无功电流，实现对逆变器并联组网的控制，所述下垂控制器包括三相电流的解耦变换部件、一阶惯性环节部件与下垂控制部件。2.一种基于如权利要求1所述的装置控制逆变器并联组网的方法，其特征在于，所述方法通过基于电流的下垂控制器接收电流信号，在所述下垂控制器中经过三相电流的解耦变换环节、一阶惯性环节与下垂控制环节后输出电压与频率的参考值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的三相电流的解耦变换环节具体为：在三相对称系统中，电流的解耦控制表示为：式中，id为直轴电流分量，iq为交轴电流分量，T3s2r为解耦系数，iaf、ibf、icf分别为待解耦的电流信号的A、B、C相。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：在所述一阶惯性环节中，根据频率对有功电流、电压对无功电流的下垂方程获得引入一阶惯性环节后的下垂方程，具体地，频率对有功电流，电压对无功电流的下垂方程为：f-f0＝-ka(Ia-Ia0)u-u0＝-kre(Ire-Ire0)式中，ka为有功电流的下垂系数；kre为无功电流的下垂系数；Ia0与Ire0分别为在初始设定频率f0与初始设定电压u0时对应的有功电流与无功电流的输出；Ia与Ire为系统输出的有功电流与无功电流；引入一阶惯性环节后，频率对有功电流、电压对无功电流的下垂方程为：式中，τc为一阶惯性时间常数；ka与kre分别表示频率对有功电流，电压对无功电流的下垂控制系数；id0、iq0分别为与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仕城，范越，伍春生，李春来，龙欢，杨立滨，李正曦，李延和，杨军，宋锐，甘嘉田，张真，肖明，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司电力科学研究院，北京索英电气技术有限公司，国网青海省电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：青海,63