逆变器的动态有功功率控制方法技术

本发明专利技术公开一种逆变器的动态有功功率控制方法，经过检测偏移的参考频率Δｆ，当偏移的参考频率Δｆ的绝对值大于设定值时，对Δｆ进行比例积分，比例积分的输出值为有功功率δＰ，将δＰ叠加到Ｐ０，叠加后产生新的设定功率Ｐ１，当偏移的频率为零，即系统的参考频率达到５０Ｈｚ时，停止此比例积分环节，这时逆变器输出的有功功率等于负载所需的有功功率，系统的频率恢复至５０Ｈｚ；本发明专利技术通过动态地移动系统中所设定的逆变器下垂曲线，使微网工作模式切换和微网孤岛运行模式以及无互联线ＵＰＳ并联系统中负载大幅变化时导致严重偏移的频率得到恢复，并使得其它逆变器电源在回到额定工作点附近的情况下功率均分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及UPS并联供电系统及分布式发电和微网系统领域，特别是一种逆变器的动态有功功率控制方法。
技术介绍
在微网的孤岛运行状态下，对于有逆变器接口的电源，在无互联信号线的情况下， 一般采用下垂控制进行功率的分配。在这种逆变器控制技术下，当微网由与主网联网模式 切换至孤岛模式，或在孤岛模式下负载变化幅度过大时，系统的频率会有大的偏移，这种偏 移不但可能使用户设备稳定性下降，并且使同并联的其它逆变器接口电源大幅偏离额定功 率。因此这种频率偏移会导致电网稳定性的降低。 近年来用户对电的需求量越来越大，原有的UPS系统可能已不能满足现有的用户 用电，这是就有UPS并联问题，同样，UPS无互联线并联后，在负载大幅变动时，会使得供电 频率发生变化，对系统的稳定性产生影响。
技术实现思路
为了解决微网工作模式切换和微网孤岛运行模式下负载大幅变化以及无互联线 UPS并联系统中负载大幅变化时，对频率产生的严重偏移从而导致系统的稳定性降低的问 题，本专利技术的目的是提供一种，通过动态地移动系统中所 设定的逆变器下垂曲线，使得系统频率恢复，并使其它逆变器电源在回到额定工作点附近 的情况下功率均分。 本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现的 ，逆变器的输出有功功率P与参考频率f构成P-f 下垂曲线，下垂曲线的斜率为-kp;当逆变器的输出有功功率P等于逆变器的设定有功功率 P。时，参考频率f为50Hz，该下垂曲线经过(P。，50Hz)这一状态；在多逆变器无互联线并联 系统中，各逆变器的输出电压在稳态时总处于相同频率，当负载所需的有功功率变化时，各 台逆变器按比例地分担变化的有功功率，系统的频率较50Hz有相应地偏移，其特征在于， 所述的控制方法包括以下步骤 步骤一 )检测逆变器的输出有功功率P，将其和逆变器的设定功率P。做差，得到偏 移的有功功率AP，偏移的有功功率AP乘以下垂曲线斜率-kp，得到偏移的参考频率Af， 步骤二)当偏移的参考频率Af的绝对值大于设定值时，对Af进行比例积分，比 例积分的输出值为有功功率SP; 步骤三)将S P叠加到P。，叠加后产生新的设定有功功率P工； 步骤四)当新的设定功率P工与输出有功功率P相等时，偏移的参考频率Af为零， 即系统的参考频率达到50Hz时，停止对Af的比例积分，这时下垂曲线从原先的经过(P。， 50Hz)这一状态，至现在的经过(Pp50Hz)这一状态，而下垂曲线的斜率-kp保持不变，这时 逆变器输出的有功功率等于负载所需的有功功率，系统的频率恢复至50Hz。 本专利技术的进一步技术方案是，所述的P-f下垂曲线表达式为f-f。 =_kp，其中f。为逆变器输出电压的额定频率，即50Hz， P。为逆变器的设定有 功功率，-kp为下垂曲线的斜率。 本专利技术由于在负载大幅变化时调整其中一台逆变器原有下垂曲线的位置，保证了 多逆变器无互联线并联系统，如微网系统和UPS并联系统的频率可以保持在一个设定的范 围，从而提高了系统的稳定性，并且使得其它发电设备的输出功率总在额定功率附近，且按 比例分配输出的有功功率，提高了其它发电设备的运行效率。附图说明 图1为通过传输线的有功与无功功率示意图； 图2为P-f与Q-U下垂特性示意图； 其中图2A为P-f下垂特性示意图；图2B为Q_U下垂特性示意图； 图3为动态有功功率控制示意图； 其中图3A为原理图；图3B为工作框图； 图4为开关的控制框图； 图5为控制器H(s)对Af的作用示意图； 图6为传统P-f下垂控制的仿真结果图； 图7为采用动态有功控制的仿真结果图。 对于如图1所示的输电线，从A点流入的有功功率PA和无功功率QA可由下式表 示 尸,，WsinS (1) 么=1 、 /r~~^ (2) 其中，仏和U2分别表示A点和B点电压的有效值，9表示传输线两端的电压相差， f表示电压频率，L表示传输线的等效电感。 在一般的线路长度下，传输线两端的电压相差e很小，因此有sine " e，cos e " l，则上式可等效为<formula>formula see original document page 4</formula> 式(3) (4)说明了在纯感性传输线下，传输的有功功率的大小由端电压相位差9 决定，而无功功率的大小则由端电压的幅值差决定。而对频率的控制可以自动地控制相角。 因此，如果负载消耗的有功功率和无功功率确定的话，微网中逆变器电源的电压频率和幅 值就被确定了 。通过上述结论，我们可以得到传统的P-f和Q-U下垂特性 f-f。 =-kp(P-P0) (5) U-U。 = _kq(Q-Q。) (6) 其中f。和U。分别为逆变器输出电压的额定频率和幅度。P和Q表示逆变器实际输出的有功功率和无功功率。而P。和Q。则分别为逆变器输出的额定有功功率和额定无功功 率。kp和k,为下垂曲线中的斜率。逆变器输出电压功率的下垂特性参见图2A和图2B所 示。图2A表示当逆变器的输出有功功率为P。时，逆变器输出电压频率为f。，当输出有功功 率P小于(或大于)P。时，逆变器输出电压频率f增大(或减小)，f的值可通过式(5)求 得。图2B表示当逆变器的输出无功功率为Q。时，逆变器输出电压幅度为U。，当输出无功功 率Q小于(或大于)Q。是，逆变器输出电压幅度U增大(或减小)，U的值可通过式(6)求 得。 如图3所示，当频率上升或下降到设定的阈值时，如50. 0 ±0. 2Hz，通过改变P-f下 垂曲线的位置，则可以使频率重新回到50. 0Hz。如图3A所示，在初始状态，逆变器和负载的 P-f曲线分别为曲线a和L。，当负载突增时，负载的P-f曲线变为L"所以逆变器的工作点 开始从A向C移动。但当工作点移动至B点时，出于对系统稳定性的考虑，系统频率不能再 降低。这时P-f曲线开始由a向a' 、a〃 、 a〃 '…移动，在这期间，工作点由B向D移动。 当下垂曲线由a移至b的同时，逆变器的工作点也由B点到达D点，这样最终的P-f曲线形 成，并且系统的频率重新回到了 50.0Hz。在此之后，当负载再发生变化时，只要不使得频率 变动再次超过阈值，逆变器之间仍由传统的方式分配功率。 这种动态能量管理的控制框图由图3B所示。当I Af I达到阈值时，开关S闭合。 通过调节A f可以使得50Hz下设定的有功功率由P。变为P"即P。+ S P，这样就改变了 P-f 曲线的位置，AP表示在新的P-f曲线下实际有功功率和50Hz下设定的有功功率之间的偏 差P_(P。+ S P)。实际有功功率和最终的曲线可由下式表示 f-f。 = -kp (7) 微网的运行是由分布式发电(DG)，分布式储能(DS)，连网开关，以及系统控制构成。其中，分布式发电和分布式储能都需要通过逆变器才能与微网连接。 在分布式储能技术中，储能能力可分为中长期能量需要和短期能量需要。由于这种新型动态有功管理的特性，逆变器需要在较大范围内调节其输出功率和较大的能量密度。因此这种控制策略可应用于微网中提供中长期能量的分布式储能系统。在分布式发电系统中，其输出功率由自然环境决定，但当由负载下降所需要动态有功管理时，分布式发电系统仍可参与，其多余的能量可提供至与之相连或相近的储能系统。 在本文档来自技高网...

【技术保护点】
逆变器的动态有功功率控制方法，逆变器的输出有功功率Ｐ与参考频率ｆ构成Ｐ－ｆ下垂曲线，下垂曲线的斜率为－ｋ↓［ｐ］；当逆变器的输出有功功率Ｐ等于逆变器的设定有功功率Ｐ↓［０］时，参考频率ｆ为５０Ｈｚ，该下垂曲线经过（Ｐ↓［０］，５０Ｈｚ）这一状态；在多逆变器无互联线并联系统中，各逆变器的输出电压在稳态时总处于相同频率，当负载所需的有功功率变化时，各台逆变器按比例地分担变化的有功功率，系统的频率较５０Ｈｚ有相应地偏移，其特征在于，所述的控制方法包括以下步骤：步骤一）检测逆变器的输出有功功率Ｐ，将其和逆变器输出的设定有功功率Ｐ↓［０］做差，得到偏移的有功功率ΔＰ，偏移的有功功率ΔＰ乘以下垂曲线斜率－ｋ↓［ｐ］，得到偏移的参考频率Δｆ，步骤二）当偏移的参考频率Δｆ的绝对值大于设定值时，对Δｆ进行比例积分，比例积分的输出值为有功功率δＰ；步骤三）将δＰ叠加到Ｐ↓［０］，叠加后产生新的设定有功功率Ｐ↓［１］；步骤四）当新的设定功率Ｐ↓［１］与输出有功功率Ｐ相等时，偏移的参考频率Δｆ为零，即系统的参考频率达到５０Ｈｚ时，停止对Δｆ的比例积分，这时下垂曲线从原先的经过（Ｐ↓［０］，５０Ｈｚ）这一状态，至现在的经过（Ｐ↓［１］，５０Ｈｚ）这一状态，而下垂曲线的斜率－ｋ↓［ｐ］保持不变，这时逆变器输出的有功功率等于负载所需的有功功率，系统的频率恢复至５０Ｈｚ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘进军，张轩，刘婷，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]