一种基于逆变器等效阻抗的电压动态补偿方法与流程

本发明涉及电压动态补偿技术，尤其是涉及一种基于逆变器等效阻抗的电压动态补偿方法。

背景技术：

微电网系统中，分布式电源与储能装置相互配合，为本地负载提供电能。逆变器作为能量转换装置，起着至关重要的作用。当电网侧波动超出一定范围时，微电网要脱离主电网独立运行，进入到孤岛运行模式。此时需要稳定逆变器输出电压的幅值与频率，提高电能质量，保障本地负载的正常运行。而由于分布式电源容量有限，不能等同于大电网视为无穷大系统。逆变器重载时，随着负载功率的实时变化，输出电压难以保持稳定。且现有的方案一般忽略线路阻抗和逆变器等效输出阻抗，加剧了负载两端电压跌落，影响正常供电，还存在以下不足：

1、电压控制型逆变器可以等效为可控电压源与等效阻抗串联的形式，当工作在离网模式时，由p-f下垂曲线可知，负载无功功率发生变化，会引起逆变器输出电压的频率相应变化；

2、逆变器工作在孤岛模式下，尤其是重载运行时，忽略逆变器内部输出阻抗的影响会造成电压补偿的不精确。

鉴于以上原因，需要一种方便快捷，准确度高的新型电压补偿技术。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于逆变器等效阻抗的电压动态补偿方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于逆变器等效阻抗的电压动态补偿方法，该方法根据逆变器等效阻抗，在负载变化时对逆变器输出电压进行动态补偿，具体包括：

输出电压幅值补偿步骤，根据负载有功功率、负载无功功率及电压幅值基准值生成输出电压幅值调节值；

输出电压频率补偿步骤，根据负载两端电压及电压频率基准值生成输出电压频率调节值；

逆变器控制步骤，根据所述输出电压幅值调节值和输出电压频率调节值控制逆变器工作，实现电压动态补偿。

所述输出电压幅值补偿步骤具体为：

101)根据负载有功功率和负载无功功率获得逆变器等效阻抗上的压降信号；

102)将所述压降信号依次经比例控制器和低通滤波器获得输出电压幅值差值信号；

103)将所述输出电压幅值差值信号与电压幅值基准值叠加生成输出电压幅值调节值。

所述输出电压幅值调节值v1^*的表达式为：

其中，veq为等效阻抗两端电压。

所述输出电压频率补偿步骤具体为：

201)对负载两端电压进行二次广义积分，生成电压正交分量；

202)根据所述电压正交分量及电压频率基准值，采用反馈方式生成输出电压频率调节值。

所述输出电压频率调节值满足以下表达式：

其中，ωco为电压频率基准值，kmu2为频率调控参数，为并网运行时电网与逆变器输出电压之间的相角差值，vfil为负载两端电压，kf为低通滤波器参数。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)能够结合逆变器自身特点，有效应对负载跳变带来的电压波动；

2)相比传统的电压频率二次调节，本发明能够做到快速平稳，只需要一个环节便能保持电压频率的稳定；

3)电压幅值补偿中利用了电力系统中经典电力传输线电压降落计算方法，测量环节少，且不需要过多参数设计，适应性更强；

4)考虑了等效输出阻抗的影响，电压补偿更精确；

5)本发明相对一般的补偿方法而言，能够做到响应及时、稳定性高，有效保障整个微网系统的正常运行。

附图说明

图1为微电网孤岛运行模式等效电路图；

图2为微电网孤岛运行模式下的电压向量图；

图3为本发明输出电压幅值补偿的控制框图；

图4为本发明输出电压频率补偿的控制框图；

图5为应用本发明后的负载突变时电压波形图；

图6为未应用本发明的负载突变时电压波形图；

图7为应用本发明后的负载突变时频率波形图；

图8为未应用本发明的负载突变时频率波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供一种基于逆变器等效阻抗的电压动态补偿方法，该方法根据逆变器等效阻抗，在负载变化时对逆变器输出电压进行动态补偿，具体包括：输出电压幅值补偿步骤，根据负载有功功率、负载无功功率及电压幅值基准值生成输出电压幅值调节值；输出电压频率补偿步骤，根据负载两端电压及电压频率基准值生成输出电压频率调节值；逆变器控制步骤，根据所述输出电压幅值调节值和输出电压频率调节值控制逆变器工作，实现电压动态补偿。

本发明补偿方法基于电压控制型逆变器，参考了电力系统分析中传输线电压降落计算方法，建立起压降与功率损耗关系公式，设计了一套输出电压幅值补偿方案。在频率方面，由逆变器等效阻抗产生的相角差引起的频率缺额可以通过补偿调频轴保持实时平稳。本方法能够根据负载端电压实际情况，实时调整逆变器输出电压幅值与频率，且把逆变器等效阻抗造成的影响考虑在内。

电压控制型逆变器孤岛运行时可以等效为图1所示电路，其中等效电动势可表示为：

其中电压幅值eco表示电压幅值基准值，kmu1表示幅值调控参数，θi表示输出等效电压相位角，v1^*表示输出电压幅值调节值，可以看出其取值与v1^*轴取值呈线性相关。

输出电压角频率可表示为：

其中，ωco表示电压频率基准值，kmu2表示频率调控参数，kf为低通滤波器参数，表示输出电压频率调节值，表示并网运行时电网与逆变器输出电压之间的相角差值，孤岛运行时为0。

可控等效输出阻抗：

其中，β表示前馈系数，gpwm表示逆变器放大系数，一般取1，α表示pi控制器比例系数，ts表示pi控制器积分时间常数。

为了方便逆变器输出有功功率与无功功率之间解耦，该等效阻抗一般调整为整体呈感性。分析图1电路图，可得到对应电压向量图如图2所示。

由图2中可以看出由于等效阻抗的存在，等效电动势电压vco不等于逆变器输出电压vfil。且借鉴电力系统分析中电力传输线电压降落与功率损耗关系公式，可知始端电压vco与末端电压vfil之间满足：

一般情况下横分量δveq较小可以忽略，从而起始端电压幅值为：

由上式分析可知，无论负载消耗有功功率或是无功功率，等效阻抗上都会存在相应的压降，因此需要建立相应的补偿控制策略。

由电力系统中发电机p-f下垂曲线可知，当负载无功功率发生变化时，系统内电压频率也会随之变动。目前的调节方法一般通过两次调整才能达到无差调节。该调整过程消耗时间较长且需要环节众多。由孤岛运行时逆变器的输出频率表达式(2)，等效阻抗的存在会引发相角差从而造成系统内频率下跌。

本方法建立的电压幅值补偿方案原理图如图3所示。输出电压幅值补偿步骤具体为：

101)根据负载有功功率和负载无功功率获得逆变器等效阻抗上的压降信号；

102)将所述压降信号依次经比例控制器和低通滤波器lpf获得输出电压幅值差值信号；

103)将所述输出电压幅值差值信号与电压幅值基准值叠加生成输出电压幅值调节值。

则幅值补偿方面，可得v1^*表达式：

上式中，取eco＝220，kmu1＝1，这样就确立了v1^*的反馈调节值，也即δv1^*，确保了在负载变动情况下动态调节等效电源的幅值，从而保持本地负载电压vfil幅值的稳定。这样的动态调整能够使负载在逆变器由并网运行模式向孤岛运行模式切换的过程中始终保持稳定。

频率补偿方案如图4所示，输出电压频率补偿步骤具体为：对负载两端电压进行二次广义积分，生成电压正交分量，根据所述电压正交分量及电压频率基准值，采用反馈方式生成输出电压频率调节值。

分析等效输出阻抗引起的相角差，根据式(2)对应关系调节v2*频率控制参考量，即可得到补偿值保持系统内电压频率的稳定。

带入化简可以得出调频轴的补偿量，其中，kv2表示频率补偿系数，代表由等效阻抗造成的相角差值，v2表示频率调节环初始值，表示频率调节环补偿值。

下面通过仿真验证所提的补偿策略的正确性。开始时，负载功率为p＝1000w，q＝500var。为了更好的验证动态补偿效果，于0.2s时，负载加倍，同时给出了未加补偿的电压效果图，如图5-图8所示。

由两组对比图对比可以看出，未加补偿环节的逆变器无法应对由负载变化带来的冲击，会造成幅值与频率的较大跌落。而本方法通过建立补偿环节，能够快速调整逆变器输出，保持整个系统内电压的稳定。有效保障了微网系统内电能质量的稳定。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。