DQZHAN技術訊：發明**｜一種微電網功率下垂控制方法
摘要
本發明公開了一種微電網功率下垂控制方法，構建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網逆變器系統;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，經過功率計算得到實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;將參考電壓與實際電壓作差得到誤差電壓值，經PI調節器輸出后作為電流信號參考值，再與實際電流作差得到誤差電流值，并輸入到PI調節器中;將調節器輸出的調制信號經過SVPWM調制生成PWM脈沖波，使三相并網逆變系統并網發電。本發明解決了傳統下垂控制并網運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，實現了功率因數輸出。
1 .一種微電網功率下垂控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
步驟1，構建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網逆變器系統;
步驟2，采集三相并網逆變器輸出的三相電壓和三相電流瞬時值，通過dq變換轉換為直
流量，經過功率計算得到實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，將實際有功功率與參考有功功率的差值乘以下垂系數，再與額定頻率作差得到頻率值，將實際無功功率與參考無功功率的差值經比例積分(PI)調節器調節，再與額定電壓作差得到參考電壓值;
步驟4，將參考電壓與實際電壓作差得到誤差電壓值，誤差電壓值經PI調節器輸出后作為電流信號參考值，電流信號參考值再與實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節器(PI)中，PI調節器輸出為調制信號;
步驟5，將PI調節器輸出的調制信號經過SVPWM調制生成PWM脈沖波，從而控制三相全橋逆變器功率管的開通和關斷，使三相并網逆變系統并網發電。
2.根據權利要求1所述的一種微電網功率下垂控制方法，其特征在于，所述步驟1中構建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;GPI為引入的PI調節器傳遞函數。
3 .根據權利要求1所述的一種微電網功率下垂控制方法，其特征在于：將傳統控制策略中的無功功率下垂系數部分修改為一個PI調節器，并網運行時，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。
技術領域
本發明涉及電網控制領域，尤其是一種微電網功率下垂控制方法。
背景技術
隨著智能電網的不斷發展，由分布式電源組成的微網越來越受到國內外學者們的關注。微網的運行模式主要分為并網和孤島兩種，實現并網/孤島雙模式運行是真正體現其靈活性的關鍵環節，其運行控制具有更高的挑戰性。微電網運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，其在不改變系統現有控制和保護策略的情況下，隨時可將分布式電源接入微網，實現 “ 即插即用”，故微電網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系統，傳統的下垂控制存在孤島運行時無功功率不能**控制，并網運行時導致無功功率處于不可控狀態。
發明內容
本發明目的在于提供一種**控制無功功率、對電壓幅值進行有效調節的微電網功率下垂控制方法。
為實現上述目的，采用了以下技術方案，本發明所述方法包括以下步驟：
步驟1，構建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網逆變器系統;
步驟2，采集三相并網逆變器輸出的三相電壓和三相電流瞬時值，通過dq變換轉換為直流量，經過功率計算得到實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。將實際有功功率與參考有功功率的差值乘以下垂系數，再與額定頻率作差得到頻率值，將實際無功功率與參考無功功率的差值經比例積分(PI)調節器調節，再與額定電壓作差得到參考電壓值;
步驟4，參考電壓與實際電壓作差得到誤差電壓值，誤差電壓值經PI調節器輸出后作為電流信號參考值，電流信號參考值再與實際電流作差得到誤差電流值，誤差電流值輸入到PI調節器中，PI調節器輸出為調制信號
步驟5，將PI調節器輸出的調制信號經過SVPWM調制生成PWM脈沖波，從而控制三相全橋逆變器功率管的開通和關斷，使三相并網逆變系統并網發電。
進一步的，所述步驟1中構建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;GPI為引入的PI調節器傳遞函數;
進一步的，本發明方法將傳統控制策略中的無功功率下垂系數部分修改為一個PI調節器，并網運行時，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。
與現有技術相比，本發明具有如下優點：
1、有功功率仍采用類發電機的下垂方式進行控制且不受線路阻抗的影響，保留了原有控制算法的優點;
2、無功功率被**控制為0，同時可完成對電壓幅值的調節;
3、本控制算法不存在有功功率和無功功率的耦合，實現了功率因數輸出;
4、本控制算法能夠實現獨立和并網雙模式控制，只需要加入預同步環節即可，簡化了系統不同模式不同算法的復雜度。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步說明：
如圖1所示的本發明的結構簡圖中，本發明所述方法包括以下步驟：
步驟1，構建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并網逆變器系統，如圖1所示，逆變器輸出電壓和電流經測量采集后由功率計算環節得出平均有功和無功功率，經下垂控制環節得到輸出相應輸出電壓頻率和幅值指令值，經電壓合成環節獲得參考電壓，*后通過電壓電流雙閉環控制產生控制信號。為使輸出阻抗呈現感性，增加虛擬阻抗環節。
構建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;GPI為引入的PI調節器傳遞函數;
步驟2，采集三相并網逆變器輸出的三相電壓和三相電流瞬時值，通過dq變換轉換為直流量，經過功率計算得到實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。將實際有功功率與參考有功功率的差值乘以下垂系數，再與額定頻率作差得到頻率值，將實際無功功率與參考無功功率的差值經PI調節器調節，再與額定電壓作差得到參考電壓值，
如圖2所示;
步驟4，將參考電壓與實際電壓作差得到誤差電壓值，誤差電壓值經PI調節器輸出后作為電流信號參考值，電流信號參考值再與實際電流作差得到誤差電流值，誤差電流值輸入到PI調節器中，PI調節器輸出為調制信號;
步驟5，將PI調節器輸出的調制信號經過SVPWM調制生成PWM脈沖波，從而控制三相全橋逆變器功率管的開通和關斷，使三相并網逆變系統并網發電。
本發明算法將傳統控制策略中的無功功率下垂系數部分修改為一個PI調節器，并網運行時，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。
實施例1：并網逆變器直流側電壓700V;電網相電壓峰值為311V;下垂控制器額定有功功率為2kW，額定無功功率為0;負載有功功率為3kW，無功功率分別取0、1kVar進行驗證。仿真結果如圖3、4所示。圖3a為傳統控制策略下本地負載無功功率Q=0時的波形圖，圖3b為傳統控制策略下本地負載無功功率Q=1000var時的波形圖。圖4a為本發明控制策略下本地負載無功功率Q=0時的波形圖，圖4b為本發明控制策略下本地負載無功功率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。采用本發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，實現了功率因數輸出。
以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。
