一种微电网电压调控系统及方法与流程

本发明涉及微电网运行领域，特别涉及一种微电网电压调控系统及方法。

背景技术：

微电网作为分布式能源利用的主要形式，因其微型、清洁、自治、灵活等特点而备受人们的青睐。微电网中，分布式能源大多经过逆变器并入交流母线为用电设备供电，因此对逆变器的控制效果决定了微电网的电能质量。其中逆变器采用的控制方法一般为下垂控制，传统的逆变器下垂控制中的下垂系数固定不变，因而在孤岛微电网进行负载投切和功率调整时可能会造成逆变器输出电压的巨大变化，使得孤岛微电网逆变器电压的幅值与理想值之间产生较大偏差，对系统中的用电设备，尤其是敏感负荷，造成威胁，严重影响孤岛微电网逆变器中的电压质量。

为了解决这种电压偏差，研发人员提出了多台并联逆变器调压的方案，首先获取微电网中所有逆变器的运行数据，然后下发对每个逆变器的控制指令，以实现对逆变器的下垂控制，达到实时跟踪调节逆变器电压的较好动态特性。但是这种方法对系统通信的要求较高，系统的调节能力很容易受到通信时延的影响。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对系统通信能力要求较低的微电网电压调控系统及方法。其具体方案如下：

一种微电网电压调控系统，包括与多个逆变器一一对应的多个控制器，多个所述控制器相互连接，每个所述控制器均包括：

电压采样模块，用于获取对应的所述逆变器的输出电压；

差值计算模块，用于根据所述输出电压与参考电压确定电压差值；

延时确定模块，用于按照通信等待规则确定对应所述电压差值的等待时间；

延时触发模块，用于在所述等待时间内收到其他所述控制器发送的电压差值时将该电压差值确定为目标调压值，还用于在所述等待时间后将所在控制器中的电压差值确定为所述目标调压值并发送至其他所有所述控制器；

调压模块，用于根据所述目标调压值进行电压补偿，并触发所述电压采样模块，以更新当前输出电压、当前电压差值、当前等待时间。

优选的，任一所述延时触发模块包括：

计时器，用于从收到所述等待时间的信号时开始计时、并在达到所述等待时间时输出触发信号；

通讯电路，用于在收到所述触发信号时将所在控制器的电压差值发送至其他所有所述控制器，还用于接收其他所述控制器发送的电压差值；

逻辑电路，用于将收到所述触发信号前收到的其他所述控制器发送的电压差值作为目标调压值发送至所述调压模块，还用于在收到所述触发信号时将所在控制器中的电压差值作为所述目标调压值发送至所述调压模块。

优选的，所述通信等待规则具体为所述电压差值与所述等待时间正相关的通信等待规则。

优选的，所述通信等待规则具体为所述电压差值与所述等待时间线性正相关的通信等待规则。

优选的，所述调压模块具体用于：

根据所述目标调压值通过调整下垂控制曲线进行电压补偿。

优选的，所述微电网电压调控系统还包括：

电流采样模块，用于获取对应的所述逆变器的输出电流。

优选的，所述调压模块还包括：

电信号控制环和spwm调制模块。

相应的，本发明还公开了一种微电网电压调控方法，应用于微电网电压调控系统对应任一逆变器的控制器中，包括：

获取对应的所述逆变器的输出电压；

根据所述输出电压与参考电压确定电压差值；

按照通信等待规则确定对应所述电压差值的等待时间；

在所述等待时间内，收到其他所述控制器发送的电压差值时将该电压差值确定为目标调压值，以进行电压补偿，并再次执行所述获取对应的所述逆变器的输出电压的步骤，以更新当前输出电压、当前电压差值、当前等待时间；

在所述等待时间后，将所在控制器中的电压差值发送至其他所有所述控制器，并将该电压差值确定为所述目标调压值，以进行电压补偿。

本发明公开了一种微电网电压调控系统，包括与多个逆变器一一对应的多个控制器，多个所述控制器相互连接，每个所述控制器均包括：电压采样模块，用于获取对应的所述逆变器的输出电压；差值计算模块，用于根据所述输出电压与参考电压确定电压差值；延时确定模块，用于按照通信等待规则确定对应所述电压差值的等待时间；延时触发模块，用于在所述等待时间内收到其他所述控制器发送的电压差值时将该电压差值确定为目标调压值，还用于在所述等待时间后将所在控制器中的电压差值确定为所述目标调压值并发送至其他所有所述控制器；调压模块，用于根据所述目标调压值进行电压补偿，并触发所述电压采样模块，以更新当前输出电压、当前电压差值、当前等待时间。本发明中多个控制器之间相互连接成网，每个控制器通过通信等待规则确定等待时间，根据等待时间内收到的其他控制器的电压差值进行调压并更新输出电压、电压差值和等待时间，在到达等待时间后全网发送自己的电压差值使其他控制器调压，这种通信控制方式实现简单，适用性强，且对系统的通信速度和可靠性要求不高，极大降低了通信部分的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种微电网电压调控系统的结构示意图；

图2a为本发明实施例中一条下垂控制曲线的图像示意图；

图2b为本发明实施例中另一条下垂控制曲线的图像示意图；

图3为本发明实施例中一种电信号控制环的系统控制图；

图4为本发明实施例中一种具体的微电网电压调控系统的结构示意图；

图5为本发明实施例中一种微电网电压调控方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中研发人员提出了多台并联逆变器调压的方案，这种方法对系统通信的要求较高，系统的调节能力很容易受到通信时延的影响。本发明中多个控制器之间相互连接成网，每个控制器通过通信等待规则确定等待时间，根据等待时间内收到的其他控制器的电压差值进行调压并更新输出电压、电压差值和等待时间，在到达等待时间后全网发送自己的电压差值使其他控制器调压，这种通信控制方式实现简单，适用性强，且对系统的通信速度和可靠性要求不高，极大降低了通信部分的成本。

本发明实施例公开了一种微电网电压调控系统，包括与多个逆变器1一一对应的多个控制器2，多个控制器2相互连接，以包括两个控制器的图1为例，每个控制器2均包括：

电压采样模块21，用于获取对应的逆变器1的输出电压；

差值计算模块22，用于根据输出电压与参考电压确定电压差值；

延时确定模块23，用于按照通信等待规则确定对应电压差值的等待时间；

延时触发模块24，用于在等待时间内收到其他控制器2发送的电压差值时将该电压差值确定为目标调压值，还用于在等待时间后将所在控制器2中的电压差值确定为目标调压值并发送至其他所有控制器2；

调压模块25，用于根据目标调压值进行电压补偿，并触发电压采样模块21，以更新当前输出电压、当前电压差值、当前等待时间。

可以理解的是，调压模块25的动作条件有两种，一种是将等待时间内其他控制器2发送的电压差值作为目标调压值进行电压补偿，另一种是等待时间结束后将所在控制器2中差值计算模块22确定的电压差值作为目标调压值进行电压补偿；电压补偿后马上出发电压采样模块21更新所有的数据，也就是说，如果在等待时间内收到其他控制器2发送的电压差值，本地控制器2中调压模块25进行电压补偿后必须更新当前输出电压、当前电压差值、当前等待时间，延时触发模块24重新计时，以更新后的等待时间为准。

进一步的，调压模块25具体用于根据目标调压值通过调整下垂控制曲线进行电压补偿。

考虑到下垂控制曲线的应用，微电网电压调控系统还包括：

电流采样模块26，用于获取对应的逆变器的输出电流。

相应的，调压模块25还包括电信号控制环和spwm调制模块。

具体的，通过电压采样模块21和电流采样模块26分别获取所在逆变器1的输出电压ua、ub和uc、输出电流ia、ib和ic，对abc坐标系的输出电压ua、ub和uc、输出电流ia、ib和ic进行park变换得到dq坐标系下的电压ud和uq，以及dq坐标系下的电流id和iq。

此时调压模块25中电压补偿按照传统的逆变器下垂控制策略进行，利用发电机端电压的频率与有功功率、端电压的幅值与无功功率的关系进行调频调压，其中两条下垂控制曲线如图2a和图2b所示，其方程分别为：

ωn＝ω^*-mnpn，un＝u^*-nnqn；

其中ωn和un分别为目标频率和目标电压，ω^*和u^*分别为参考频率和参考电压，pn和qn分别为目标有功功率和目标无功功率，pmax和qmax分别为最大有功功率和最大无功功率，ωmin和umin分别为最小频率和最小电压。

进而利用目标率和目标电压，通过三角函数运算得到下垂控制电压，然后将功率下垂控制生成的电压及反馈信号发送到电信号控制环，参见图3所示，电信号控制环包括电压控制环和电流控制环两部分，随后将电信号控制环输出的信号发送到spwm调制模块生成spwm调制信号来控制所在逆变器1中开关管的通断。

本实施例中，只要延时触发模块24确定目标调压值，调压模块25就会进行电压补偿并触发电压采样模块21，在经过多次通信和电压补偿后，每一台逆变器1的输出电压都将补偿至参考电压值附近，从而提高逆变器1的电压质量。

本实施例中多个控制器之间相互连接成网，每个控制器通过通信等待规则确定等待时间，根据等待时间内收到的其他控制器的电压差值进行调压并更新输出电压、电压差值和等待时间，在到达等待时间后全网发送自己的电压差值使其他控制器调压，这种通信控制方式实现简单，适用性强，且对系统的通信速度和可靠性要求不高，极大降低了通信部分的成本。

本发明实施例公开了一种具体的一种微电网调压控制系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，参见图4所示，任一延时触发模块24包括：

计时器241，用于从收到等待时间的信号时开始计时、并在达到等待时间时输出触发信号；

通讯电路242，用于在收到触发信号时将所在控制器的电压差值发送至其他所有控制器2，还用于接收其他控制器2发送的电压差值；

逻辑电路243，用于将收到触发信号前收到的其他控制器2发送的电压差值作为目标调压值发送至调压模块25，还用于在收到触发信号时将所在控制器2中的电压差值作为目标调压值发送至调压模块25。

进一步的，通信等待规则具体为电压差值与等待时间正相关的通信等待规则。

也就是说，电压差值越小，确定的等待时间越短，电压差值越小，通信优先权越高，所有逆变器1首先确定的目标调压值为所有电压差值中最小的一个，所有逆变器1按照这个目标调压值进行电压补偿，并触发所在控制器2中电压采样模块21来更新其他数据，令计时器241重新开始计时；

进一步，通信等待规则具体为电压差值与等待时间线性正相关的通信等待规则。

本实施例中每个逆变器1的通信优先级别根据通信等待规则确定，调压优先级别按照通信优先级别确定，当某一控制器2在等待时间内未收到其他控制器2发送的电压差值，则此时该控制器2的通信优先级别、调压优先级别均为最高，调压模块25进行最后一次调压后对应逆变器1的实时输出电压、电压差值均已达到工程要求范围，即可停止对该逆变器的调压。

相应的，本发明实施例还公开了一种微电网电压调控方法，应用于微电网电压调控系统对应任一逆变器的控制器中，参见图5所示，包括：

s1：获取对应的逆变器的输出电压；

s2：根据输出电压与参考电压确定电压差值；

s3：按照通信等待规则确定对应电压差值的等待时间；

s4：在等待时间内，收到其他控制器发送的电压差值时将该电压差值确定为目标调压值，以进行电压补偿，并再次执行获取对应的逆变器的输出电压的步骤，以更新当前输出电压、当前电压差值、当前等待时间；

s5：在等待时间后，将所在控制器中的电压差值发送至其他所有控制器，并将该电压差值确定为目标调压值，以进行电压补偿。

本实施例中多个控制器之间相互连接成网，每个控制器通过通信等待规则确定等待时间，根据等待时间内收到的其他控制器的电压差值进行调压并更新输出电压、电压差值和等待时间，在到达等待时间后全网发送自己的电压差值使其他控制器调压，这种全网通信、重复多次调压的通信控制方式实现简单，适用性强，且对系统的通信速度和可靠性要求不高，极大降低了通信部分的成本。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种微电网电压调控系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。