DQZHAN技術(shù)訊：發(fā)明**｜一種微電網(wǎng)功率下垂控制方法
摘要
本發(fā)明公開了一種微電網(wǎng)功率下垂控制方法，構(gòu)建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng);采集逆變器輸出的三相電壓和三相電流瞬時值，通過dq變換為直流量，經(jīng)過功率計算得到實(shí)時的有功功率和無功功率值;在下垂控制器中給定有功和無功功率參考值，其中無功功率參考值為0，計算得到參考電壓的幅值和相角值;將參考電壓與實(shí)際電壓作差得到誤差電壓值，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出后作為電流信號參考值，再與實(shí)際電流作差得到誤差電流值，并輸入到PI調(diào)節(jié)器中;將調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)制信號經(jīng)過SVPWM調(diào)制生成PWM脈沖波，使三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)下垂控制并網(wǎng)運(yùn)行時無功功率不可控問題，不存在有功功率和無功功率的耦合，實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)輸出。
1 .一種微電網(wǎng)功率下垂控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
步驟1，構(gòu)建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng);
步驟2，采集三相并網(wǎng)逆變器輸出的三相電壓和三相電流瞬時值，通過dq變換轉(zhuǎn)換為直
流量，經(jīng)過功率計算得到實(shí)時的有功功率和無功功率值;
步驟3，在下垂控制器中給定有功和無功功率參考值，其中無功功率參考值為0，將實(shí)際有功功率與參考有功功率的差值乘以下垂系數(shù)，再與額定頻率作差得到頻率值，將實(shí)際無功功率與參考無功功率的差值經(jīng)比例積分(PI)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，再與額定電壓作差得到參考電壓值;
步驟4，將參考電壓與實(shí)際電壓作差得到誤差電壓值，誤差電壓值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出后作為電流信號參考值，電流信號參考值再與實(shí)際電流作差得到誤差電流值，誤差電流值輸入到比例積分調(diào)節(jié)器(PI)中，PI調(diào)節(jié)器輸出為調(diào)制信號;
步驟5，將PI調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)制信號經(jīng)過SVPWM調(diào)制生成PWM脈沖波，從而控制三相全橋逆變器功率管的開通和關(guān)斷，使三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微電網(wǎng)功率下垂控制方法，其特征在于，所述步驟1中構(gòu)建P-ω和Q-0下垂控制器的算法如下：
有功功率公式為ω=ω0-kp(P-P0) (1);
無功功率公式為U=U0-GPI(Q-Q0) (2);
式中，U和ω分別為逆變器輸出電壓幅值及頻率;P和Q分別為輸出有功功率及無功功率;U0和ω0分別為額定電壓幅值及頻率;P0和Q0分別為額定有功功率及無功功率;kp為有功功率下垂系數(shù);GPI為引入的PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)。
3 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微電網(wǎng)功率下垂控制方法，其特征在于：將傳統(tǒng)控制策略中的無功功率下垂系數(shù)部分修改為一個PI調(diào)節(jié)器，并網(wǎng)運(yùn)行時，修改后的無功功率緊緊跟隨給定參考功率值，**控制為0，即逆變器不輸出無功功率。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電網(wǎng)控制領(lǐng)域，尤其是一種微電網(wǎng)功率下垂控制方法。
背景技術(shù)
隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，由分布式電源組成的微網(wǎng)越來越受到國內(nèi)外學(xué)者們的關(guān)注。微網(wǎng)的運(yùn)行模式主要分為并網(wǎng)和孤島兩種，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)/孤島雙模式運(yùn)行是真正體現(xiàn)其靈活性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其運(yùn)行控制具有更高的挑戰(zhàn)性。微電網(wǎng)運(yùn)行控制方法主要分為三類，主從控制、對等控制和分層控制。下垂控制屬于對等控制方法，其在不改變系統(tǒng)現(xiàn)有控制和保護(hù)策略的情況下，隨時可將分布式電源接入微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn) “ 即插即用”，故微電網(wǎng)多采用下垂控制方法。
對于線路阻抗主要呈感性的逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)，傳統(tǒng)的下垂控制存在孤島運(yùn)行時無功功率不能**控制，并網(wǎng)運(yùn)行時導(dǎo)致無功功率處于不可控狀態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種**控制無功功率、對電壓幅值進(jìn)行有效調(diào)節(jié)的微電網(wǎng)功率下垂控制方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案，本發(fā)明所述方法包括以下步驟：
步驟1，構(gòu)建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng);
步驟2，采集三相并網(wǎng)逆變器輸出的三相電壓和三相電流瞬時值，通過dq變換轉(zhuǎn)換為直流量，經(jīng)過功率計算得到實(shí)時的有功功率和無功功率值;
步驟3，在下垂控制器中給定有功和無功功率參考值，其中無功功率參考值為0。將實(shí)際有功功率與參考有功功率的差值乘以下垂系數(shù)，再與額定頻率作差得到頻率值，將實(shí)際無功功率與參考無功功率的差值經(jīng)比例積分(PI)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，再與額定電壓作差得到參考電壓值;
步驟4，參考電壓與實(shí)際電壓作差得到誤差電壓值，誤差電壓值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出后作為電流信號參考值，電流信號參考值再與實(shí)際電流作差得到誤差電流值，誤差電流值輸入到PI調(diào)節(jié)器中，PI調(diào)節(jié)器輸出為調(diào)制信號
步驟5，將PI調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)制信號經(jīng)過SVPWM調(diào)制生成PWM脈沖波，從而控制三相全橋逆變器功率管的開通和關(guān)斷，使三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電。
進(jìn)一步的，所述步驟1中構(gòu)建P-ω和Q-0下垂控制器的算法如下：
有功功率公式為ω=ω0-kp(P-P0) (1);
無功功率公式為U=U0-GPI(Q-Q0) (2);式中，U和ω分別為逆變器輸出電壓幅值及頻率;P和Q分別為輸出有功功率及無功功率;U0和ω0分別為額定電壓幅值及頻率;P0和Q0分別為額定有功功率及無功功率;kp為有功功率下垂系數(shù);GPI為引入的PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù);
進(jìn)一步的，本發(fā)明方法將傳統(tǒng)控制策略中的無功功率下垂系數(shù)部分修改為一個PI調(diào)節(jié)器，并網(wǎng)運(yùn)行時，修改后的無功功率緊緊跟隨給定參考功率值，可**控制為0，即逆變器不輸出無功功率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、有功功率仍采用類發(fā)電機(jī)的下垂方式進(jìn)行控制且不受線路阻抗的影響，保留了原有控制算法的優(yōu)點(diǎn);
2、無功功率被**控制為0，同時可完成對電壓幅值的調(diào)節(jié);
3、本控制算法不存在有功功率和無功功率的耦合，實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)輸出;
4、本控制算法能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立和并網(wǎng)雙模式控制，只需要加入預(yù)同步環(huán)節(jié)即可，簡化了系統(tǒng)不同模式不同算法的復(fù)雜度。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
如圖1所示的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖中，本發(fā)明所述方法包括以下步驟：
步驟1，構(gòu)建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)，如圖1所示，逆變器輸出電壓和電流經(jīng)測量采集后由功率計算環(huán)節(jié)得出平均有功和無功功率，經(jīng)下垂控制環(huán)節(jié)得到輸出相應(yīng)輸出電壓頻率和幅值指令值，經(jīng)電壓合成環(huán)節(jié)獲得參考電壓，*后通過電壓電流雙閉環(huán)控制產(chǎn)生控制信號。為使輸出阻抗呈現(xiàn)感性，增加虛擬阻抗環(huán)節(jié)。
構(gòu)建P-ω和Q-0下垂控制器的算法如下：
有功功率公式為ω=ω0-kp(P-P0) (1);
無功功率公式為U=U0-GPI(Q-Q0) (2);
式中，U和ω分別為逆變器輸出電壓幅值及頻率;P和Q分別為輸出有功功率及無功功率;U0和ω0分別為額定電壓幅值及頻率;P0和Q0分別為額定有功功率及無功功率;kp為有功功率下垂系數(shù);GPI為引入的PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù);
步驟2，采集三相并網(wǎng)逆變器輸出的三相電壓和三相電流瞬時值，通過dq變換轉(zhuǎn)換為直流量，經(jīng)過功率計算得到實(shí)時的有功功率和無功功率值;
步驟3，在下垂控制器中給定有功和無功功率參考值，其中無功功率參考值為0。將實(shí)際有功功率與參考有功功率的差值乘以下垂系數(shù)，再與額定頻率作差得到頻率值，將實(shí)際無功功率與參考無功功率的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，再與額定電壓作差得到參考電壓值，
如圖2所示;
步驟4，將參考電壓與實(shí)際電壓作差得到誤差電壓值，誤差電壓值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出后作為電流信號參考值，電流信號參考值再與實(shí)際電流作差得到誤差電流值，誤差電流值輸入到PI調(diào)節(jié)器中，PI調(diào)節(jié)器輸出為調(diào)制信號;
步驟5，將PI調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)制信號經(jīng)過SVPWM調(diào)制生成PWM脈沖波，從而控制三相全橋逆變器功率管的開通和關(guān)斷，使三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電。
本發(fā)明算法將傳統(tǒng)控制策略中的無功功率下垂系數(shù)部分修改為一個PI調(diào)節(jié)器，并網(wǎng)運(yùn)行時，修改后的無功功率緊緊跟隨給定參考功率值，可**控制為0，即逆變器不輸出無功功率。
實(shí)施例1：并網(wǎng)逆變器直流側(cè)電壓700V;電網(wǎng)相電壓峰值為311V;下垂控制器額定有功功率為2kW，額定無功功率為0;負(fù)載有功功率為3kW，無功功率分別取0、1kVar進(jìn)行驗(yàn)證。仿真結(jié)果如圖3、4所示。圖3a為傳統(tǒng)控制策略下本地負(fù)載無功功率Q=0時的波形圖，圖3b為傳統(tǒng)控制策略下本地負(fù)載無功功率Q=1000var時的波形圖。圖4a為本發(fā)明控制策略下本地負(fù)載無功功率Q=0時的波形圖，圖4b為本發(fā)明控制策略下本地負(fù)載無功功率Q=1000var時的波形圖。對比圖3和圖4可以看出，采用傳統(tǒng)控制策略有功功率被控制在額定值，而無功功率處于不可控狀態(tài)。采用本發(fā)明提出的控制策略可將無功功率**控制為0，同時消除了有功功率和無功功率的耦合，實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)輸出。
以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
