母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂品椒ㄅc下垂控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂品椒ㄅc下垂控制器，利用下垂控制的變換器輸出有功功率和無功功率，結(jié)合下垂控制的阻抗參數(shù)計算母線電壓；計算所得母線電壓與母線電壓額定值進(jìn)行比較，得到母線電壓偏差；采用比例控制器對母線電壓偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)并將補(bǔ)償量疊加到下垂控制U?Q輸出的電壓幅值。本發(fā)明方法無需互聯(lián)通信，節(jié)省了在母線處額外安裝電壓測量裝置以及通信系統(tǒng)的投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
【專利說明】
母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂品椒ㄅc下垂控制器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及分布式發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂品?法。
【背景技術(shù)】
[0002] 包含分布式發(fā)電系統(tǒng)的微電網(wǎng)在運(yùn)行模式上具有較大的靈活性，可W并網(wǎng)運(yùn)行也 可W孤島運(yùn)行。當(dāng)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時，微電網(wǎng)內(nèi)的分布式發(fā)電系統(tǒng)需要承擔(dān)起負(fù)荷的電能 需求。下垂控制作為微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時分布式電源的一種重要控制方式，可W合理控制各 分布式電源間的功率輸出而得到廣泛應(yīng)用。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中還有增加虛擬阻抗控制的下垂控制方式。通過在控制指令中疊加虛擬 阻抗控制的指令，從而為了獲得更好的控制特性，
[0004] 電壓-無功功率下垂控制使得輸出電壓幅值隨著負(fù)荷無功需求的增加而不斷下 降，并且功率傳輸會在線路阻抗上產(chǎn)生壓價，容易引起母線電壓低于微電網(wǎng)允許的最低電 壓，造成微電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，影響微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的正常運(yùn)行。
[0005] 通常，為了解決上述問題，借鑒大電網(wǎng)二次電壓調(diào)整的方法，可W利用通信系統(tǒng)將 電壓調(diào)整指令發(fā)送到各分布式電源進(jìn)行控制，W保證母線電壓偏差維持在允許范圍內(nèi)。
[0006] 但是，利用通訊系統(tǒng)的調(diào)壓方法，需要在母線處額外安裝測量裝置并且需要額外 的通信系統(tǒng)W實現(xiàn)測量信號和控制指令的通訊，大大增加了微電網(wǎng)的建設(shè)成本;并且該控 制方法依賴于通訊系統(tǒng)的對測量信號和控制指令的實時和準(zhǔn)確通訊，從而降低了整個系統(tǒng) 的可靠性。因此，微電網(wǎng)需要一種無需借助通信，而實現(xiàn)母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)目刂品?法，W降低微電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資和運(yùn)行維護(hù)成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂品椒?，用W解決的為 了保證母線電壓偏差維持所帶來的成本和穩(wěn)定性問題。
[000引為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0009] 母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂品椒?，步驟如下：
[0010] 步驟1:提取分布式發(fā)電系統(tǒng)下垂控制本地控制所需變換器的輸出的有功功率Pdg 和無功功率化G;
[0011] 步驟2:利用有功功率Pdg和無功功率化G，結(jié)合下垂控制本地控制器所需參數(shù)等效 阻抗，計算產(chǎn)生的等效阻抗電壓降向量戸&dp_e ;
[0012]
[OOU] 其中，內(nèi)^ 6為等效阻抗壓降的向量，么￥<1,心和8￥<1,心分別為等效阻抗壓降向量 的實部和虛部，Vrev為調(diào)整后的電壓指令幅值，Re和姑分別為下垂控制本地控制器所需的等 效阻抗和等效電抗；
[0014]步驟3:根據(jù)所得的等效阻抗壓降，計算母線電壓偏差的補(bǔ)償量；
[001引步驟4:將母線電壓偏差的補(bǔ)償量疊加到下垂控制U-Q控制輸出的電壓幅值，得到 調(diào)整后的電壓指令幅值Vrev = VDG+SVrev;將調(diào)整后的電壓指令幅值和下垂控審化-P控制輸出 的角頻率合成下垂控制器輸出電壓參考量;Vdg為調(diào)整前的電壓指令的幅值；
[0016] 步驟5:電壓參考量用于變流器的電壓參考值生成，W對變流器進(jìn)行PWM控制。
[0017] 進(jìn)一步的，根據(jù)等效阻抗壓降，計算母線電壓偏差的補(bǔ)償量的過程為：
[001引計算母線電壓向量
[0019] 計算母線電壓幅值
[0020] 計算母線電壓偏差：A Vbus = Vo-Vbus;
[002。 計算補(bǔ)償量:SVrev=G(S) A Vbus=Kp(Vo-Vbus),其中，Kp為比例控制器系數(shù)。
[0022] 進(jìn)一步的，所述電壓參考量疊加虛擬阻抗控制產(chǎn)生的電壓指令生成所述變流器的 電壓參考值。
[0023] 本發(fā)明還提供了一種母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂破?，包括?br>[0024] 模塊1:提取分布式發(fā)電系統(tǒng)下垂控制本地控制所需變換器的輸出的有功功率Pdg 和無功功率化G;
[0025] 模塊2:利用有功功率Pdg和無功功率化G，結(jié)合下垂控制本地控制器所需參數(shù)等效 阻抗，計算產(chǎn)生的等效阻抗電壓降向量1^^1^。。_6 :
[0026]
[0027] 其中兩b〇p_E為等效阻抗壓降的向量，A ￥虹心和8￥虹心￡分別為等效阻抗壓降向量 的實部和虛部，Vrev為調(diào)整后的電壓指令幅值，Re和姑分別為下垂控制本地控制器所需的等 效阻抗和等效電抗；
[0028] 模塊3:根據(jù)所得的等效阻抗壓降，計算母線電壓偏差的補(bǔ)償量；
[0029] 模塊4:將母線電壓偏差的補(bǔ)償量疊加到下垂控制U-Q控制輸出的電壓幅值，得到 調(diào)整后的電壓指令幅值Vrev = VDG+SVrev;將調(diào)整后的電壓指令幅值和下垂控審化-P控制輸出 的角頻率合成下垂控制器輸出電壓參考量;Vdg為調(diào)整前的電壓指令的幅值；
[0030] 模塊5:電壓參考量用于變流器的電壓參考值生成，W對變流器進(jìn)行PWM控制。
[0031] 進(jìn)一步的，根據(jù)等效阻抗壓降，計算母線電壓偏差的補(bǔ)償量還包括如下模塊：
[0032] 計算母線電壓向量的模塊
[0033] 計算母線電壓幅值的模塊
[0034] 計算母線電壓偏差的模塊：A Vbus = V日-Vbus;
[0035] 計算補(bǔ)償量的模塊:SVrev=G(S) A Vbus=Kp(Vo-Vbus)，其中，Kp為比例控制器系數(shù)。
[0036] 進(jìn)一步的，所述電壓參考量疊加虛擬阻抗控制產(chǎn)生的電壓指令生成所述變流器的 電壓參考值。
[0037] 本發(fā)明方法無需互聯(lián)通信，僅利用下垂控制器本地控制參數(shù)實現(xiàn)母線電壓偏差補(bǔ) 償，使母線電壓在系統(tǒng)允許范圍內(nèi)，保證了母線電能質(zhì)量，節(jié)省了在母線處額外安裝電壓測 量裝置W及通信系統(tǒng)的投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
【附圖說明】
[0038] 圖1是母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)膸摂M阻抗控制的下垂控制方法控制結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0040] 如圖1為一種母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)膸摂M阻抗控制的下垂控制方法，該方法 主要包括=部分:主體為傳統(tǒng)的下垂控制部分，還包括虛擬阻抗控制部分和母線電壓偏差 控制部分。
[0041] 實際上，下垂控制部分和虛擬阻抗控制部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。下面對運(yùn)兩部分進(jìn) 行簡要的介紹。
[0042] 在單相系統(tǒng)中，分布式電源變換器本地測量的輸出電壓和輸出電流通過延時1/4 周期轉(zhuǎn)換為郵坐標(biāo)系下的變量。在郵坐標(biāo)系下，分布式電源輸出的有功功率和無功功率可 由下列公式計算得到：
[0043]
[0044]
[0045] 其中，分別為a0坐標(biāo)系下分布式電源的輸出電壓分量，i〇_a和i〇_e分別為a 0坐標(biāo)系下的分布式電源的輸出電流分量，《LPF為低通濾波器的截止頻率。
[0046] 式（1)和(2)計算所得的有功功率和無功功率，經(jīng)過下垂控制策略，即f-P和V-Q下 垂控制，分別得到電壓指令的角頻率《〇(；和幅值Vdg,經(jīng)過電壓指令合成生成電壓參考量 Vrevo
[0047] 虛擬阻抗控制部分，利用郵坐標(biāo)系下的分布式電源的輸出電流分量，經(jīng)過相應(yīng)的 控制器，產(chǎn)生VV指令，VV指令與下垂控制產(chǎn)生的Vrev疊加，用于生成變流器(通常為電壓外環(huán)） 的參考值Vref,參考值Vref與直流母線電壓反饋的偏差送入電壓外環(huán)，經(jīng)電流內(nèi)環(huán)，最終生成 PWM控制脈沖，控制變流器的各開關(guān)管。
[004引本發(fā)明的主要貢獻(xiàn)在于，增加了母線電壓偏差自動補(bǔ)償控制，而且該母線電壓偏 差自動補(bǔ)償控制不依賴于任何通信系統(tǒng)，僅依靠本地變流器的控制器完成，即通過等效阻 抗計算出母線電壓偏差，具體方式如下：
[0049]本發(fā)明的母線電壓偏差自動補(bǔ)償策略中，式（1)和(2)計算所得的有功功率和無功 功率，一方面用于傳統(tǒng)的下垂控制W產(chǎn)生分布式電源變換器輸出電壓指令的幅值和相角 (即角頻率）；另一方面用來計算等效阻抗上的壓降。W補(bǔ)償后的電壓向量為參考向量，結(jié)合 計算所得的有功功率Pdg和無功功率化G，等效阻抗產(chǎn)生的電壓降向量可由下列公式計算得 到：
[0050] 巧）
[0化。其中，內(nèi)>心為等效阻抗壓降的向量，A ￥虹。。_￡和8￥虹心￡分別為等效阻抗壓降向量 的實部和虛部，Vrev為調(diào)整后的電壓指令幅值。Re和姑分別為下垂控制本地控制器所需的等 效阻抗和等效電抗。
[0052] 母線電壓向量可由下列公式計算得到：
[0053]
(4)
[0054] 進(jìn)而，母線電壓幅值可由下列公式計算得到：
[0055]
巧）
[0056] 為了減少母線電壓偏差，母線電壓偏差自動補(bǔ)償控制策略采用比例調(diào)節(jié)器產(chǎn)生補(bǔ) 償量。
[0057] SVrev=G(S) (Vo-Vbus) =Kp(Vo-Vbus) (6)
[005引其中，G(S)為比例控制器的傳遞函數(shù)，Vo和Vbus分別為母線電壓的額定值和計算所 得值，Kp為補(bǔ)償系數(shù)。
[0059] 引入母線電壓偏差補(bǔ)償后，上述下垂控制的電壓指令的幅值Vdg需要根據(jù)補(bǔ)償量進(jìn) 行調(diào)整，調(diào)整為Vrev:
[0060] Vrev = VdG+5 Vrev (7)
[0061] 將補(bǔ)償后的電壓指令的幅值和下垂控制f-p控制輸出的角頻率ODG合成下垂控制 器輸出電壓參考量：
[006^ Vrev = VrevSin(tdt)
[0063] 從W上實施方式可W看出，本發(fā)明的關(guān)鍵在于將下垂控制的電壓指令幅值Vdg需要 根據(jù)補(bǔ)償量進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整為Vrev;而補(bǔ)償量是依據(jù)公式(3)、（4)、巧）、（6)、（7)得到，其中公 式(4)、（5)、（6)、（7)皆是在公式(3)基礎(chǔ)上按照一般處理過程得到的，公式(6)可^選擇采 用或者不采用。另外Vrev;還作為前饋量，加入了公式(3)的計算，使電壓偏差能夠根據(jù)電壓 指令幅值的大小動態(tài)變化。公式(3)中的等效阻抗和等效電抗，在系統(tǒng)阻抗電抗給定的情況 下，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)比例關(guān)系能夠計算得到。
[0064] 上述補(bǔ)償策略根據(jù)分布式電源輸出功率實時計算電壓偏差，并通過比例控制器動 態(tài)調(diào)整補(bǔ)償量，從而動態(tài)調(diào)整電壓指令W減少母線電壓偏差。
[0065] 作為其他實施方式，本發(fā)明還可W應(yīng)用于不帶有虛擬阻抗控制的下垂控制方法。
[0066] 需要指出，上面的實施方式是W單相系統(tǒng)為例說明的，對于S相系統(tǒng)，該控制策略 同樣適用。
[0067] 綜上，本發(fā)明的下垂控制方法的關(guān)鍵步驟為：
[0068] 步驟1:提取分布式發(fā)電系統(tǒng)下垂控制本地控制所需變換器的輸出的有功功率Pdg 和無功功率化G;
[0069] 步驟2:利用有功功率Pdg和無功功率化G，結(jié)合下垂控制本地控制器所需參數(shù)等效 阻抗，計算產(chǎn)生的等效阻抗電壓降向量民kop_E,:;
[0070]
[007。 其中，內(nèi)E為等效阻抗壓降的向量，A ￥<1^。_￡和8￥<1^。_￡分別為等效阻抗壓降向量 的實部和虛部，Vrev為調(diào)整后的電壓指令幅值，Re和姑分別為下垂控制本地控制器所需的等 效阻抗和等效電抗；
[0072] 步驟3:根據(jù)所得的等效阻抗壓降，計算母線電壓偏差的補(bǔ)償量；
[0073] 步驟4:將母線電壓偏差的補(bǔ)償量疊加到下垂控制U-Q控制輸出的電壓幅值，得到 調(diào)整后的電壓指令幅值Vrev = VDG+SVrev;將調(diào)整后的電壓指令幅值和下垂控審化-P控制輸出 的角頻率合成下垂控制器輸出電壓參考量；
[0074] 步驟5:電壓參考量用于變流器的電壓參考值生成，W對變流器進(jìn)行PWM控制。
[0075] 依照上述下垂控制方法編制的程序，運(yùn)行于分布式電源的下垂控制器中，構(gòu)成一 種新的下垂控制器，該下垂控制器包括如下模塊：
[0076] 模塊1:提取分布式發(fā)電系統(tǒng)下垂控制本地控制所需變換器的輸出的有功功率Pdg 和無功功率化G;
[0077] 模塊2:利用有功功率Pdg和無功功率化G，結(jié)合下垂控制本地控制器所需參數(shù)等效 阻抗，計算產(chǎn)生的等效阻抗電壓降向量:
[007引
[0079] 其中京A心為等效阻抗壓降的向量，AVdr。p_E和SVdr。p_E分別為等效阻抗壓降向量 的實部和虛部，Vrev為調(diào)整后的電壓指令幅值，Re和姑分別為下垂控制本地控制器所需的等 效阻抗和等效電抗；
[0080] 模塊3:根據(jù)所得的等效阻抗壓降，計算母線電壓偏差的補(bǔ)償量；
[0081] 模塊4:將母線電壓偏差的補(bǔ)償量疊加到下垂控制U-Q控制輸出的電壓幅值，得到 調(diào)整后的電壓指令幅值Vrev = VDG+SVrev;將調(diào)整后的電壓指令幅值和下垂控審化-P控制輸出 的角頻率合成下垂控制器輸出電壓參考量；
[0082] 模塊5:電壓參考量用于變流器的電壓參考值生成，W對變流器進(jìn)行PWM控制。
[0083] 上述模塊為與上述方法步驟相對應(yīng)的程序進(jìn)程或代碼，為軟件功能模塊。
[0084] W上給出了本發(fā)明設(shè)及的【具體實施方式】，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。 在本發(fā)明給出的思路下，采用對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技 術(shù)手段進(jìn)行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實現(xiàn) 的發(fā)明目的也基本相同，運(yùn)樣形成的技術(shù)方案是對上述實施例進(jìn)行微調(diào)形成的，運(yùn)種技術(shù) 方案仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂品椒?，其特征在于，步驟如下： 步驟1:提取分布式發(fā)電系統(tǒng)下垂控制本地控制所需變換器的輸出的有功功率Pdg和無 功功率化G; 步驟2:利用有功功率時G和無功功率化G，結(jié)合下垂控制本地控制器所需參數(shù)等效阻抗， 計算產(chǎn)生的等效阻抗電壓降向量F'&wj ;其中，戸為等效阻抗壓降的向量，AVdrup_E和SVdrup_E分別為等效阻抗壓降向量的實 部和虛部，Vrev為調(diào)整后的電壓指令幅值，Re和姑分別為下垂控制本地控制器所需的等效阻 抗和等效電抗； 步驟3:根據(jù)所得的等效阻抗壓降，計算母線電壓偏差的補(bǔ)償量； 步驟4:將母線電壓偏差的補(bǔ)償量疊加到下垂控制U-Q控制輸出的電壓幅值，得到調(diào)整 后的電壓指令幅值Vrev = VDG+SVrev;將調(diào)整后的電壓指令幅值和下垂控制f-P控制輸出的角 頻率合成下垂控制器輸出電壓參考量;Vdg為調(diào)整前的電壓指令的幅值； 步驟5:電壓參考量用于變流器的電壓參考值生成，W對變流器進(jìn)行PWM控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂品椒?，其特征在于，根?jù)等 效阻抗壓降，計算母線電壓偏差的補(bǔ)償量的過程為：計算母線電壓偏差：AVbus = V〇-Vbus; 計算補(bǔ)償量:SVrev = G(S)AVBus = Kp(V〇-VBus)，其中，Κρ為比例控制器系數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂品椒?，其特征在于，所述?壓參考量疊加虛擬阻抗控制產(chǎn)生的電壓指令生成所述變流器的電壓參考值。4. 母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂破?，其特征在于，包括?模塊1:提取分布式發(fā)電系統(tǒng)下垂控制本地控制所需變換器的輸出的有功功率Pdg和無 功功率化G; 模塊2:利用有功功率時G和無功功率化G，結(jié)合下垂控制本地控制器所需參數(shù)等效阻抗， 計算產(chǎn)生的等效阻抗電壓降向量民kw E ;其中，為等效阻抗壓降的向量，AVdr。p_E和δVdr。p_E分別為等效阻抗壓降向量的實 部和虛部，Vrev為調(diào)整后的電壓指令幅值，Re和姑分別為下垂控制本地控制器所需的等效阻 抗和等效電抗； 模塊3:根據(jù)所得的等效阻抗壓降，計算母線電壓偏差的補(bǔ)償量； 模塊4:將母線電壓偏差的補(bǔ)償量疊加到下垂控制U-Q控制輸出的電壓幅值，得到調(diào)整 后的電壓指令幅值Vrev = VDG+SVrev;將調(diào)整后的電壓指令幅值和下垂控制f-P控制輸出的角 頻率合成下垂控制器輸出電壓參考量;Vdg為調(diào)整前的電壓指令的幅值； 模塊5:電壓參考量用于變流器的電壓參考值生成，W對變流器進(jìn)行PWM控制。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂破?，其特征在于，根?jù)等效 阻抗壓降，計算母線電壓偏差的補(bǔ)償量還包括如下模塊：計算補(bǔ)償量的模塊:SVrev = G(S)AVBus = Kp(V〇-VBus)，其中，Κρ為比例控制器系數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的母線電壓偏差自動補(bǔ)償?shù)南麓箍刂破?，其特征在于，所述電?參考量疊加虛擬阻抗控制產(chǎn)生的電壓指令生成所述變流器的電壓參考值。
【文檔編號】H02J3/12GK106099935SQ201610434989
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】李獻(xiàn)偉, 毋炳鑫, 高峰, 丁廣乾, 謝衛(wèi)華, 劉德貴, 許丹, 王雷濤
【申請人】許繼集團(tuán)有限公司, 國家電網(wǎng)公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司