应用至微电网的微源逆变器的下垂控制方法及系统技术方案

本公开提出了应用至微电网的微源逆变器的下垂控制方法及系统，包括：功率计算模块、下垂特性控制模块，参考电压合成模块，被配置为：将得到的频率与电压幅值指令值合成为三相电压指令；电压电流双闭环控制模块，被配置为：选择微源逆变器的滤波电容反馈电流作为内环控制器的控制量，对d轴、q轴实现解耦，在控制矢量中，加入电流的交叉补偿，并引入母线电压作为电压前馈；对d轴和q轴母线电压进行解耦，采用PI控制器对解耦后的电压控制；对电流电压采用双闭环控制后得到的变量再次经过派克反变换后得到相应的控制信号，控制微源逆变器开关管的动作。为使能量密度大的蓄电池补偿波动平缓的功率分量并为系统提供稳定的电压和频率。

Droop control method and system of micro source inverter applied to micro grid

【技术实现步骤摘要】
应用至微电网的微源逆变器的下垂控制方法及系统
本公开涉及配电网控制
，特别是涉及应用至微电网的微源逆变器的下垂控制方法及系统。
技术介绍
配电网中包含多种微电源，其各自特点不同，发电原理不同。若利用风力资源与太阳光资源在时间上自然互补的特点，将风力发电与光伏发电同时投入系统中，可以天然弥补单独供电时的间歇，进而使系统自然具备一定程度的可靠供电性能。关于包含风光发电及复合储能的微电网在运行时需要微源逆变器，但是关于微源逆变器如何控制是需要解决的技术问题。
技术实现思路
本说明书实施方式的目的是提供应用至微电网的微源逆变器的下垂控制方法，能够控制组网运行时的稳定性。本说明书实施方式提供应用至微电网的微源逆变器的下垂控制方法，通过以下技术方案实现：包括：将采集到的微源逆变器输出的电压电流信号经派克变换后计算逆变微电源输出到母线的瞬时功率；瞬时功率经低通滤波处理后得到相应的平均功率；选用有功-频率(P-f)和无功-电压(Q-v)的下垂控制特性，得到母线电压频率和幅值的指令值；将得到的频率与电压幅值指令值合成为三相电压指令；对三相电压指令进行派克变换，得到dq坐标系下的电压指令，从而作为电压环的电压参考；选择微源逆变器的滤波电容反馈电流作为内环控制器的控制量，对d轴、q轴实现解耦，在控制矢量中，加入电流的交叉补偿，并引入母线电压作为电压前馈；对d轴和q轴母线电压进行解耦，采用PI控制器对解耦后的电压控制；对电流电压采用双闭环控制后得到的变量再次经过派克反变换后得到相应的控制信号，控制微源逆变器开关管的动作。本说明书实施方式提供应用至微电网的微源逆变器的下垂控制系统，通过以下技术方案实现：包括：功率计算模块，被配置为：将采集到的微源逆变器输出的电压电流信号经派克变换后计算逆变微电源输出到母线的瞬时功率；瞬时功率经低通滤波处理后得到相应的平均功率；下垂特性控制模块，被配置为：选用有功-频率(P-f)和无功-电压(Q-v)的下垂控制特性，得到母线电压频率和幅值的指令值；参考电压合成模块，被配置为：将得到的频率与电压幅值指令值合成为三相电压指令；对三相电压指令进行派克变换，得到dq坐标系下的电压指令，从而作为电压环的电压参考；电压电流双闭环控制模块，被配置为：选择微源逆变器的滤波电容反馈电流作为内环控制器的控制量，对d轴、q轴实现解耦，在控制矢量中，加入电流的交叉补偿，并引入母线电压作为电压前馈；对d轴和q轴母线电压进行解耦，采用PI控制器对解耦后的电压控制；对电流电压采用双闭环控制后得到的变量再次经过派克反变换后得到相应的控制信号，控制微源逆变器开关管的动作。与现有技术相比，本公开的有益效果是：本公开将微电源逆变器具体地应用到包含风光发电及复合储能的微电网中。对应能量管理对复合储能的能量分配原则，为使能量密度大的蓄电池补偿波动平缓的功率分量并为系统提供稳定的电压和频率，对其接口逆变器采用下垂控制。当微电网中的分布式电源采用Droop控制策略时，其输出可以按照预先给定的p-f和Q-U特性进行自主调节，无主从之分，因而可以实现对等控制。这种控制策略的优点是易于实现分布式电源的即插即用；同时，在微电网进行运行模式切换时，可以保持控制策略不变。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例子的三相电压型逆变器主电路图；图2为本公开实施例子的下垂控制原理图；图3为本公开实施例子的P-f、Q-v下垂特性曲线图；图4(a)为本公开实施例子的iCd电流内环结构框图；图4(b)为本公开实施例子的无vod与iod扰动时的iCd电流内环简化结构图；图5为本公开实施例子的vod电压外环结构框图；图6为本公开实施例子的电压电流双环控制系统结构图；图7为本公开实施例子的Z(s)频域响应曲线；图8为本公开实施例子的参数修正后Z(s)频域响应曲线；图9(a)为本公开实施例子的微源输出的有功、无功功率曲线；图9(b)为本公开实施例子的系统母线电压及频率曲线。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。由于蓄电池能量密度大，在与超级电容器构成的复合储能中担任补偿波动平缓的功率分量，可以为系统提供稳定的电压和频率的作用，因此对蓄电池逆变器可采用下垂控制的方法。实施例子一该实施例子公开了应用至微电网的微源逆变器的下垂控制系统，参见附图2所示，包括：功率计算模块、下垂特性控制模块、参考电压合成模块及电压电流双闭环控制模块。ma,mb,mc为得到的三相交流调制信号。在具体实施例子中，三相电压型逆变器作为微源的接口逆变器，其主电路参见附图1所示，图中，VDC为直流侧输入电压源，代表各类微电源的端口输出电压；Lf与Cf构成LC滤波器；Z为负载；vA、vB、vC为逆变器的桥臂中点电压；voa、vob、voc为逆变器经滤波之后的输出电压，也即为负载电压；iLa、iLb、iLc为流经滤波电感的电流；iCa、iCb、iCc为流经滤波电容的电流；ioa、iob、ioc为滤波之后的输出电流。具体控制系统中，功率计算模块，此模块将采集到的电压电流信号(为逆变器经滤波后的输出电压和输出电流)经派克变换(满足恒功率变换的派克变换)后按照下式计算逆变微电源输出到母线的瞬时功率,派克变换基于瞬时无功理论，将瞬时功率进行派克变换；恒功率变换：其中，vod,voq为派克变换后得到的d-q轴瞬时电压，iod,ioq为派克变换后得到的d-q轴瞬时电流。p,q为三相电路瞬时有功功率和瞬时无功功率。瞬时功率经低通滤波器后得到相应的平均功率，作为下垂特性模块的输入量。具体控制系统中，下垂特性控制模块，下垂特性控制器主要用于得到母线电压频率和幅值的指令值，选用有功-频率(P-f)和无功-电压(Q-v)的下垂控制特性，即式中，a为有功下垂特性系数，b为有无功下垂特性系数，P、Q分别为逆变器输出至母线处的有功和无功功率，fn为系统的额定频率，vnm为微电源空载时的电压幅值，Pn为额定频率下微电源的输出有功。fref,vref为频率与电压幅值指令值。下垂特性曲线如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.应用至微电网的微源逆变器的下垂控制系统，其特征是，包括：/n功率计算模块，被配置为：将采集到的微源逆变器输出的电压电流信号经派克变换后计算逆变微电源输出到母线的瞬时功率；/n瞬时功率经低通滤波处理后得到相应的平均功率，作为下垂特性模块的输入量；/n下垂特性控制模块，被配置为：选用有功-频率(P-f)和无功-电压(Q-v)的下垂控制特性，得到母线电压频率和幅值的指令值；/n参考电压合成模块，被配置为：将得到的频率与电压幅值指令值合成为三相电压指令；/n对三相电压指令进行派克变换，得到dq坐标系下的电压指令，从而作为电压环的电压参考；/n电压电流双闭环控制模块，被配置为：选择微源逆变器的滤波电容反馈电流作为内环控制器的控制量，对d轴、q轴实现解耦，在控制矢量中，加入电流的交叉补偿，并引入母线电压作为电压前馈；/n对d轴和q轴母线电压进行解耦，采用PI控制器对解耦后的电压控制；/n对电流电压采用双闭环控制后得到的变量再次经过派克反变换后得到相应的控制信号，控制微源逆变器开关管的动作。/n

【技术特征摘要】
1.应用至微电网的微源逆变器的下垂控制系统，其特征是，包括：
功率计算模块，被配置为：将采集到的微源逆变器输出的电压电流信号经派克变换后计算逆变微电源输出到母线的瞬时功率；
瞬时功率经低通滤波处理后得到相应的平均功率，作为下垂特性模块的输入量；
下垂特性控制模块，被配置为：选用有功-频率(P-f)和无功-电压(Q-v)的下垂控制特性，得到母线电压频率和幅值的指令值；
参考电压合成模块，被配置为：将得到的频率与电压幅值指令值合成为三相电压指令；
对三相电压指令进行派克变换，得到dq坐标系下的电压指令，从而作为电压环的电压参考；
电压电流双闭环控制模块，被配置为：选择微源逆变器的滤波电容反馈电流作为内环控制器的控制量，对d轴、q轴实现解耦，在控制矢量中，加入电流的交叉补偿，并引入母线电压作为电压前馈；
对d轴和q轴母线电压进行解耦，采用PI控制器对解耦后的电压控制；
对电流电压采用双闭环控制后得到的变量再次经过派克反变换后得到相应的控制信号，控制微源逆变器开关管的动作。


2.如权利要求1所述的应用至微电网的微源逆变器的下垂控制系统，其特征是，计算逆变微电源输出到母线的瞬时功率公式为：
p＝vodiod+voqioq
q＝voqiod-vodioq
其中，vod,voq为派克变换后得到的d-q轴瞬时电压，iod,ioq为派克变换后得到的d-q轴瞬时电流。


3.如权利要求1所述的应用至微电网的微源逆变器的下垂控制系统，其特征是，选用有功-频率(P-f)和无功-电压(Q-v)的下垂控制特性，即
fref＝fn-a(P-Pn)
vref＝vnm-bQ
式中，a为有功下垂特性系数，b为有无功下垂特性系数，P、Q分别为逆变器输出至母线处的有功和无功功率，fn为系统的额定频率，vnm为微电源空载时的电压幅值，Pn为额定频率下微电源的输出有功，frefvref为频率与电压幅值指令值。


4.如权利要求1所述的应用至微电网的微源逆变器的下垂控制系统，其特征是，将得到的频率与电压幅值指令值合成为三相电压指令，具体计算过程如下：






由此...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐刚，许磊，刘宗杰，张海，谢允红，韩建伟，张西鲁，尚鹏，赵磊，秦昆，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司济宁供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37