【技术实现步骤摘要】
并联逆变器之间不平衡和谐波功率的分配控制方法及装置
本专利技术涉及电网功率协调控制技术，特别涉及一种孤岛微电网中在多个并联逆变器之间均分负载不平衡和谐波功率的控制方法及装置。
技术介绍
随着环境问题和能源危机的日益加深，新能源发电得到了越来越多的关注和应用。微电网(简称微网)是由一定区域内的可再生能源(如光伏和风电等)、储能系统和分散的负载协调工作，共同构成的智能供电系统。这种智能供电系统使电能的利用更加可靠，更加灵活。大多数情况下，微网通过电力电子接口设备，例如逆变器，与母线相连接。因此，并联逆变器间的协调控制是决定微网是否能够稳定高效运行的关键因素之一。正常情况下，微网工作在并网状态下，根据控制指令向电网注入或吸收功率；当电网发生故障时，微网应该能够转为孤岛工作状态，维持重要负载的供电不受影响。对孤岛微网而言，实现负载功率在所有并联逆变器之间按照其容量均匀分配可以防止逆变器过载，有利于微网的可靠运行。目前广泛采用的下垂控制可以不依赖通讯线实现负载有功功率和无功功率的均分，但却不能实现不平衡和谐波功率的均分。针对该问题，已有部分学者提出解决方案，如，将逆变器控制成基波负序频率和谐波频率下的电导，以调节不平衡和谐波功率的分配；也有文献提出通过添加虚拟阻抗控制器或者二次控制器实现不平衡和谐波功率均分。但是现有方法大多存在均分精度差，依赖互联通讯线，需要测量线路阻抗，或者基于集中控制器等弊端，限制了其推广和应用。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的一个或多个问题，本专利技术提供一种并联逆变器之间不平衡和谐波功率的分配的控制方法及装置。根据本专利技术的第一方面，...
【技术保护点】
1.一种在并联的多个逆变器之间分配不平衡和谐波功率的方法，其中所述多个逆变器处于孤岛工作状态，其特征在于，通过在每个逆变器中分别注入一交流小信号来控制分配不平衡和谐波功率，给定所述交流小信号的幅值为Ess
【技术特征摘要】
1.一种在并联的多个逆变器之间分配不平衡和谐波功率的方法，其中所述多个逆变器处于孤岛工作状态，其特征在于，通过在每个逆变器中分别注入一交流小信号来控制分配不平衡和谐波功率，给定所述交流小信号的幅值为Ess*，该方法还包括以下步骤：步骤1，采样每个逆变器的输出电压和输出电流，并根据所述输出电流提取电流基波正序分量、电流基波负序分量、至少一电流主要次谐波分量和所述交流小信号的电流分量；步骤2，根据所述逆变器的输出电压和所述电流基波正序分量计算所述逆变器的有功功率P和无功功率Q，根据所述电流基波负序分量和所述至少一电流主要次谐波分量计算不平衡和谐波功率QUH；步骤3，根据所述逆变器的有功功率P和无功功率Q计算基波正序参考电压的频率和幅值，步骤4，根据不平衡和谐波功率QUH计算所述交流小信号的频率参考值ωss*；步骤5，根据所述交流小信号的幅值Ess*、所述交流小信号的频率参考值ωss*和所述交流小信号的电流分量计算所述交流小信号产生的有功功率Pss；步骤6，根据所述交流小信号产生的有功功率Pss计算虚拟阻抗Lv；步骤7，根据所述虚拟阻抗Lv、所述电流基波负序分量、所述至少一电流主要次谐波分量和所述基波正序参考电压的频率计算所述虚拟阻抗的电压降落；步骤8，根据所述基波正序参考电压的频率和幅值、所述虚拟阻抗的电压降落、所述交流小信号的幅值和所述交流小信号的频率参考值ωss*生成总参考电压；以及步骤9，使逆变器的输出电压跟踪所述总参考电压。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤11：采样所述逆变器输出电压的三相电压va、vb和vc，采样所述逆变器输出电流的三相电流ia、ib和ic，通过Clarke变换矩阵变换到两相静止αβ坐标系下，分别得到所述三相电压在两相静止αβ坐标系下的分量vα和vβ和所述三相电流在两相静止αβ坐标系下的分量iα和iβ；步骤12：根据所述三相电流在两相静止αβ坐标系下的分量iα和iβ提取两相静止αβ坐标系下的所述电流基波正序分量i1α+和i1β+、所述电流基波负序分量i1α-和i1β-、所述电流主要次谐波分量ihα和ihβ和所述交流小信号的电流分量issα+和issβ+；所述步骤2包括：步骤21：根据两相静止αβ坐标系下的所述输出电压vα和vβ和两相静止αβ坐标系下的所述电流基波正序分量i1α+和i1β+计算所述有功功率P和所述无功功率Q；步骤22：根据两相静止αβ坐标系下的所述电流基波负序分量的i1α-和i1β-和所述电流主要次谐波分量ihα和ihβ计算所述不平衡和谐波功率QUH；以及所述步骤5中包括：步骤51：根据所述交流小信号的幅值Ess*、所述交流小信号的频率参考值ωss*和两相静止αβ坐标系下的所述交流小信号的电流分量issα+和issβ+计算所述交流小信号的有功功率Pss。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤21中，根据两相静止αβ坐标系下的所述输出电压vα和vβ和两相静止αβ坐标系下的所述电流基波正序分量i1α+和i1β+，采用下列公式计算所述有功功率P和所述无功功率Q：其中，τ表示低通滤波器的时间常数；所述步骤22中，根据两相静止αβ坐标系下的所述电流基波负序分量i1α-和i1β-和所述电流主要次谐波分量ihα和ihβ，采用下式公式计算所述不平衡和谐波功率QUH：其中，E*表示基波正序参考电压的幅值，h表示谐波次数；所述步骤51包括：步骤511：根据所述交流小信号的幅值Ess*和所述交流小信号的频率参考值ωss*，计算两相静止αβ坐标系下的所述交流小信号参考电压v*ssα和v*ssβ：步骤512：根据两相静止αβ坐标系下的所述交流小信号参考电压v*ssα和v*ssβ和所述交流小信号的电流分量issα+和issβ+，采用下式公式计算所述交流小信号产生的有功功率Pss：其中，τ表示低通滤波器的时间常数。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中包括：步骤31：根据所述逆变器的有功功率P和无功功率Q，计算基波正序参考电压的频率ω*和基波正序参考电压的幅值E*：ω*＝ω0-kp(P-P0)E*＝E0-kq(Q-Q0)其中，P0和Q0分别是所述逆变器的有功功率和无功功率的额定值，ω0和E0分别是所述逆变器的额定频率和额定电压，kp、kq分别是第一、第二下垂系数且皆为正数；所述步骤4包括：步骤41：根据所述不平衡和谐波功率QUH，计算所述交流小信号的频率参考值ωss*：ωs*s＝ωss0+kssQUH其中ωss0是所述交流小信号的频率基准值，kss是第三下垂系数；以及所述步骤6中，根据所述交流小信号的有功功率Pss，采用下列公式计算虚拟阻抗Lv：Lv＝Lv0+kLPss其中Lv0表示虚拟阻抗的基准值，kL表示第四下垂系数。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述交流小信号的频率基准值ωss0与所述电流基波正序分量、所述电流基波负序分量、所述电流主要次谐波分量的频率不同。6.如权利要求4所述的方法，其中，当各台逆变器1，2…n的容量S1，S2…Sn相同时，每台逆变器的所述第三下垂系数相同，当各台逆变器容量S1，S2…Sn不相同时，按照下式进行设计：kss1S1＝kss2S2＝…＝kssnSn其中，kss1，..kssn分别是逆变器1，2…n的所述第三下垂系数。7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤7中包括：步骤71：根据所述虚拟阻抗Lv、所述电流基波负序分量和所述基波正序参考电压的频率计算虚拟阻抗的电压降落的基波负序分量；步骤72：根据所述虚拟阻抗Lv、所述电流主要次谐波分量和所述基波正序参考电压的频率计算虚拟阻抗的电压降落的主要次谐波分量；步骤73：根据所述虚拟阻抗负序分量的电压降落和所述虚拟阻抗主要次谐波分量的电压降落计算所述虚拟阻抗的电压降落。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述交流小信号的幅值E*ss小于等于3V。9.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一电流主要次谐波分量的数量是多个。10.如权利要求9所述的方法，其中，所述至少一电流主要次谐波分量包括第一电流主要次谐波分量和第二电流主要次谐波分量，且根据所述电流基波负序分量、所述第一电流主要次谐波分量和所述第二电流主要次谐波分量计算所述不平衡和谐波功率QUH。11.一种在并联的多个逆变器之间分配不平衡功率的方法，其中所述多个逆变器处于孤岛工作状态，其特征在于，通过在每个逆变器中分别注入一交流小信号来控制分配不平衡功率，给定所述交流小信号的幅值为Ess*，该方法还包括以下步骤：步骤1，采样每个逆变器的输出电压和输出电流，并根据所述输出电流提取电流基波正序分量、电流基波负序分量和所述交流小信号的电流分量；步骤2，根据所述逆变器的输出电压和所述电流基波正序分量计算所述逆变器的有功功率P和无功功率Q，根据所述电流基波负序分量计算不平衡功率QU；步骤3，根据所述逆变器的有功功率P和无功功率Q计算基波正序参考电压的频率和幅值；步骤4，根据不平衡功率QU计算所述交流小信号的频率参考值ωss*；步骤5，根据所述交流小信号的幅值Ess*、所述交流小信号的频率参考值ωss*和所述交流小信号的电流分量计算所述交流小信号产生的有功功率Pss；步骤6，根据所述交流小信号产生的有功功率Pss计算虚拟阻抗Lv；步骤7，根据所述虚拟阻抗Lv、所述电流基波负序分量和所述基波正序参考电压的频率计算所述虚拟阻抗的电压降落；步骤8，根据所述基波正序参考电压的频率和幅值、所述虚拟阻抗的电压降落、所述交流小信号的幅值和所述交流小信号的频率参考值ωss*生成总参考电压；以及步骤9，使逆变器的输出电压跟踪所述总参考电压。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤11：采样所述逆变器输出电压的三相电压va、vb和vc，采样所述逆变器输出电流的三相电流ia、ib和ic，通过Clarke变换矩阵变换到两相静止αβ坐标系下，分别得到所述三相电压在两相静止αβ坐标系下的分量vα和vβ和所述三相电流在两相静止αβ坐标系下的分量iα和iβ；步骤12：根据所述三相电流在两相静止αβ坐标系下的分量iα和iβ提取两相静止αβ坐标系下的所述电流基波正序分量i1α+和i1β+、所述电流基波负序分量i1α-和i1β-和所述交流小信号的电流分量issα+和issβ+；所述步骤2包括：步骤21：根据两相静止αβ坐标系下的所述输出电压vα和vβ和两相静止αβ坐标系下的所述电流基波正序分量i1α+和i1β+计算所述有功功率P和所述无功功率Q；步骤22：根据两相静止αβ坐标系下的所述电流基波负序分量的i1α-和i1β-计算所述不平衡功率QU；以及所述步骤5中包括：步骤51：根据所述交流小信号的幅值Ess*、所述交流小信号的频率参考值ωss*和两相静止αβ坐标系下的所述交流小信号的电流分量issα+和issβ+计算所述交流小信号的有功功率Pss。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤21中，根据两相静止αβ坐标系下的所述输出电压vα和vβ和两相静止αβ坐标系下的所述电流基波正序分量i1α+和i1β+，采用下列公式计算所述有功功率P和所述无功功率Q：其中，τ表示低通滤波器的时间常数；所述步骤22中，根据两相静止αβ坐标系下的所述电流基波负序分量i1α-和i1β-，采用下式公式计算所述不平衡功率QU：其中，E*表示基波正序参考电压的幅值；所述步骤51包括：步骤511：根据所述交流小信号的幅值Ess*和所述交流小信号的频率参考值ωss*，计算两相静止αβ坐标系下的所述交流小信号参考电压v*ssα和v*ssβ：步骤512：根据两相静止αβ坐标系下的所述交流小信号参考电压v*ssα和v*ssβ和所述交流小信号的电流分量issα+和issβ+，采用下式公式计算所述交流小信号产生的有功功率Pss：其中，τ表示低通滤波器的时间常数。14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤3中包括：步骤31：根据所述逆变器的有功功率P和无功功率Q，计算基波正序参考电压的频率ω*和基波正序参考电压的幅值E*：ω*＝ω0-kp(P-P0)E*＝E0-kq(Q-Q0)其中，P0和Q0分别是所述逆变器的有功功率和无功功率的额定值，ω0和E0分别是所述逆变器的额定频率和额定电压，kp、kq分别是第一、第二下垂系数且皆为正数；所述步骤4包括：步骤41：根据所述不平衡功率QU，计算所述交流小信号的频率参考值ωss*：其中ωss0是所述交流小信号的频率基准值，kss是第三下垂系数；以及所述步骤6中，根据所述交流小信号的有功功率Pss，采用下列公式计算虚拟阻抗Lv：Lv＝Lv0+kLPss其中Lv0表示虚拟阻抗的基准值，kL表示第四下垂系数。15.如权利要求14所述的方法，其中，所述交流小信号的频率基准值ωss0与所述电流基波正序分量、所述电流基波负序分量的频率不同。16.如权利要求14所述的方法，其中，当各台逆变器1，2…n的容量S1，S2…Sn相同时，每台逆变器的第三下垂系数相同，当各台逆变器容量S1，S2…Sn不相同时，按照下式进行设计：kss1S1＝kss2S2＝…＝kssnSn其中，kss1，..kssn分别是逆变器1，2…n的第三下垂系数。17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步骤7中包括：步骤71：根据所述虚拟阻抗Lv、所述电流基波负序分量和所述基波正序参考电压的频率计算虚拟阻抗的电压降落的基波负序分量；步骤73：根据所述虚拟阻抗负序分量的电压降落计算所述虚拟阻抗的电压降落。18.如权利要求11所述的方法，其中，所述交流小信号的幅值E*ss小于等于3V。19.一种在并联的多个逆变器之间分配谐波功率的方法，其中所述多个逆变器处于孤岛工作状态，其特征在于，通过在每个逆变器中分别注入一交流小信号来控制分配谐波功率，给定所述交流小信号的幅值为Ess*，该方法还包括以下步骤：步骤1，采样每个逆变器的输出电压和输出电流，并根据所述输出电流提取电流基波正序分量、至少一电流主要次谐波分量和所述交流小信号的电流分量；步骤2，根据所述逆变器的输出电压和所述电流基波正序分量计算所述逆变器的有功功率P和无功功率Q，根据所述至少一电流主要次谐波分量计算谐波功率QH；步骤3，根据所述逆变器的有功功率P和无功功率Q计算基波正序参考电压的频率和幅值；步骤4，根据谐波功率QH计算所述交流小信号的频率参考值ωss*；步骤5，根据所述交流小信号的幅值Ess*、所述交流小信号的频率参考值ωss*和所述交流小信号的电流分量计算所述交流小信号产生的有功功率Pss；步骤6，根据所述交流小信号产生的有功功率Pss计算虚拟阻抗Lv；步骤7，根据所述虚拟阻抗Lv、所述至少一电流主要次谐波分量和所述基波正序参考电压的频率计算所述虚拟阻抗的电压降落；步骤8，根据所述基波正序参考电压的频率和幅值、所述虚拟阻抗的电压降落、所述交流小信号的幅值和所述交流小信号的频率参考值ωss*生成总参考电压；以及步骤9，使逆变器的输出电压跟踪所述总参考电压。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤11：采样所述逆变器输出电压的三相电压va、vb和vc，采样所述逆变器输出电流的三相电流ia、ib和ic，通过Clarke变换矩阵变换到两相静止αβ坐标系下，分别得到所述三相电压在两相静止αβ坐标系下的分量vα和vβ和所述三相电流在两相静止αβ坐标系下的分量iα和iβ；步骤12：根据所述三相电流在两相静止αβ坐标系下的分量iα和iβ提取两相静止αβ坐标系下的所述电流基波正序分量i1α+和i1β+、所述电流主要次谐波分量ihα和ihβ和所述交流小信号的电流分量issα+和issβ+；所述步骤2包括：步骤21：根据两相静止αβ坐标系下的所述输出电压vα和vβ和两相静止αβ坐标系下的所述电流基波正序分量i1α+和i1β+计算所述有功功率P和所述无功功率Q；步骤22：根据两相静止αβ坐标系下的所述电流主要次谐波分量ihα和ihβ计算所述谐波功率QH；以及所述步骤5中包括：步骤51：根据所述交流小信号的幅值Ess*、所述交流小信号的频率参考值ωss*和两相静止αβ坐标系下的所述交流小信号的电流分量issα+和issβ+计算所述交流小信号的有功功率Pss。21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述步骤21中，根据两相静止αβ坐标系下的所述输出电压vα和vβ和两相静止αβ坐标系下的所述电流基波正序分量i1α+和i1β+，采用下列公式计算所述有功功率P和所述无功功率Q：其中，τ表示低通滤波器的时间常数；所述步骤22中，根据两相静止αβ坐标系下的所述电流主要次谐波分量ihα和ihβ，采用下式公式计算所述谐波功率QH：其中，E*表示基波正序参考电压的幅值，h表示谐波次数；所述步骤51包括：步骤511：根据所述交流小信号的幅值Ess*和所述交流小信号的频率参考值ωss*，计算两相静止αβ坐标系下的所述交流小信号参考电压v*ssα和v*ssβ：步骤512：根据两相静止αβ坐标系下的所述交流小信号参考电压v*ssα和v*ssβ和所述交流小信号的电流分量issα+和issβ+，采用下式公式计算所述交流小信号产生的有功功率Pss：其中，τ表示低通滤波器的时间常数。22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述步骤3中包括：步骤31：根据所述逆变器的有功功率P和无功功率Q，计算基波正序参考电压的频率ω*和基波正序参考电压的幅值E*：ω*＝ω0-kp(P-P0)E*＝E0-kq(Q-Q0)其中，P0和Q0分别是所述逆变器的有功功率和无功功率的额定值，ω0和E0分别是所述逆变器的额定频率和额定电压，kp、kq分别是第一、第二下垂系数且皆为正数；所述步骤4包括：步骤41：根据所述谐波功率QH，计算所述交流小信号的频率参考值ωss*：其中ωss0是所述交流小信号的频率基准值，kss是第三下垂系数；以及所述步骤6中，根据所述交流小信号的有功功率Pss，采用下列公式计算虚拟阻抗Lv：Lv＝Lv0+kLPss其中Lv0表示虚拟阻抗的基准值，kL表示第四下垂系数。23.如权利要求22所述的方法，其中，所述交流小信号的频率基准值ωss0与所述电流基波正序分量、所述电流主要次谐波分量的频率不同。24.如权利要求22所述的方法，其中，当各台逆变器1，2…n的容量S1，S2…Sn相同时，每台逆变器的第三下垂系数相同，当各台逆变器容量S1，S2…Sn不相同时，按照下式进行设计：kss1S1＝kss2S2＝…＝kssnSn其中，kss1，..kssn分别是逆变器1，2…n的第三下垂系数。25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述步骤7中包括：步骤72：根据所述虚拟阻抗Lv、所述电流主要次谐波分量和所述基波正序参考电压的频率计算虚拟阻抗的电压降落的主要次谐波分量；步骤73：根据所述虚拟阻抗主要次谐波分量的电压降落计算所述虚拟阻抗的电压降落。26.如权利要求19所述的方法，其中，所述交流小信号的幅值E*ss小于等于3V。27.如权利要求19所述的方法，其中，所述至少一电流主要次谐波分量的数量是多个。28.如权利要求27所述的方法，其中，所述至少一电流主要次谐波分量包括第一电流主要次谐波分量和第二电流主要次谐波分量，且根据所述第一电流主要次谐波分量和所述第二电流主要次谐波分量计算所述谐波功率QH。29.一种在并联的多个逆变器之间分配不平衡和谐波功率的控制装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘进军，刘宝谨，武腾，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31
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