一种低延时鲁棒功率下垂多环控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新能源分布式发电领域，特别是一种低延时鲁棒功率下垂多环控制方 法。
【背景技术】
[0002] 随着化石能源的短缺及所带来的环境污染，分布式（distributed generation，DG)新能源发电因具有污染小，输配电损耗低，能源利用率高等优势，得到全球 的广泛关注与应用。其中以逆变器为接口的DG单元构成的微电网，与大电网互为补充与支 撑，是提高供电系统安全性与灵活性的有效方法。但微电网在孤岛运行时，因逆变器不具备 类似同步发电机优良的外特性，将导致同种/不同容量等级逆变器的有功/无功功率难以 精确分配，逆变器间存在基波环流，从而引起微电网孤岛运行时支撑频率和电压的波动，影 响微电网高效稳定运行。因此，逆变器间的环流抑制和功率分配控制是亟需解决的问题。
[0003] 无互联线并联结构的功率/下垂控制是实现逆变器并联的主要控制方法，在策略 上模仿传统同步发电机的下垂特性，实现负荷功率精确分配，降低逆变器间基波环流。然 而，传统的下垂方法存在三方面的不足，难以实现功率精确分配和环流抑制：（1)功率计算 环节引起的控制滞后，将导致逆变器的输出功率跟踪负载变化的动态性能差，不利于并联 系统的稳定性、实时性及可靠性；(2)因等效连接阻抗（为线路阻抗与逆变器输出阻抗之 和）中阻性和感性成分不能忽略，输出有功与无功功率将存在耦合关系；(3)线路阻抗、逆 变器结构参数及控制器类型对逆变器的及功率精确分配影响很大。对此，"虚拟阻抗"方法 被引入到系统控制中，可将逆变器的输出阻抗设计呈阻性、感性或容性，不仅可以解除有功 与无功功率的耦合，而且能够降低逆变器功率控制对线路阻抗、结构与设计参数的敏感性， 最大限度地降低输出阻抗和线路阻抗差异对环流及功率分配的影响。但由于线路阻抗参数 漂移和采集误差等因素，精确设计逆变器等效输出阻抗是非常苛刻的条件，且虚拟阻抗设 计的好坏直接影响功率分配的精度，功率分配仍然对等效连接阻抗鲁棒性差。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种低延时鲁棒 功率下垂多环控制方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种低延时鲁棒功率下垂多 环控制方法，适用于多逆变器并联系统，所述多逆变器并联系统包括多个并联的逆变器；所 述逆变器包括直流储能电容、与所述直流储能电容连接的逆变电路、LC滤波电路、锁相环电 路、A/D采样电路、处理器、驱动保护电路，所述LC滤波器接入交流母线；所述所述A/D采样 电路输入端与所述LC滤波电路连接；所述处理器与所述驱动保护电路输入端、A/D采样电 路输出端、锁相环电路输出端连接；所述锁相环电路输入端与交流母线连接；所述驱动保 护电路驱动所述逆变电路；该方法为：
[0006] 1)设每个工频周期共有N个采样点，在每个工频周期中，A/D采样电路分别采样 各逆变器的输出电压i^GO、输出电流UGO与iCi(k)，并将输出电压U()i(k)和输出电流UG0送至处理器中进行处理，其中k为任一工频周期中的第k个采样点；
[0007] 2)将逆变器输出电压U()i(k)和输出电流ijk)相乘，得到逆变器瞬时输出功率 Pinv_i(k)；
[0008] 3)令估测的瞬时输出功率为灸^从），将㈨与Pinvi(k)相减得到误差 ei(k)；
[0009] 4)利用最小均方自适应方法，计算第k时刻估测的逆变器输出的有功功率和无功 功率为尔幻、0⑷，々⑷、&⑷汁算公式为：
【主权项】
1. 一种低延时鲁棒功率下垂多环控制方法，适用于多逆变器并联系统，所述多逆变器 并联系统包括多个并联的逆变器；所述逆变器包括直流储能电容、与所述直流储能电容连 接的逆变电路、LC滤波电路、锁相环电路、A/D采样电路、处理器、驱动保护电路，所述LC滤 波器接入交流母线；所述所述A/D采样电路输入端与所述LC滤波电路连接；所述处理器与 所述驱动保护电路输入端、A/D采样电路输出端、锁相环电路输出端连接；所述锁相环电路 输入端与交流母线连接；所述驱动保护电路驱动所述逆变电路，其特征在于，该方法为： 1) 设每个工频周期共有N个采样点，在每个工频周期中，A/D采样电路分别采样各逆变 器的输出电压U& (k)、输出电流U(k)与ia (k)，并将输出电压U& (k)和输出电流U(k)送 至处理器中进行处理，其中k为任一工频周期中的第k个采样点； 2) 将逆变器输出电压ujk)和输出电流ijk)相乘，得到逆变器瞬时输出功率pinv i(k); 3) 令估测的瞬时输出功率为氣(幻，将/々,,,(幻与pinvi(k)相减得到误差ei(k); 4) 利用最小均方自适应方法，计算第k时刻估测的逆变器输出的有功功率和无功功率 为/^)、0(.4)，々(A)、{)#)计算公式为：
其中，T为工频周期，《为交流母线电压的公共角频率；々(々-1)、么(々-1)分别为第 k_l时刻估测的逆变器输出的有功功率和无功功率；Up、U5分别为有功功率与无功功率控 制参数； 5) 将各逆变器的的输出有功功率？"1〇、无功功率％〇〇近似于估测的有功功率 月认-1)、有功功率4^-1):
6) 利用上述步骤1)_5)计算得到各逆变器的输出有功功率Pp无功功率仏，设计 0-/_/鲁棒下垂控制器，得到逆变器输出电压的有效值Ep角频率《 i;所述鲁棒下 垂控制器为：
其中，冗分别为第i台逆变器空载输出电压角频率和幅值参考值为第i台 逆变器输出电压的角频率；G为第i台逆变器空载输出电压幅值的变化率，n^rii为第i台 逆变器输出电压频率和幅值变换率的下垂控制系数，稳态时G设定为0 ;Psrt_jPQ分别 为第i台逆变器分配的有功功率和无功功率指定值； 7) 由逆变器空载输出电压的有效值Ep角频率％合成参考电压
8) 引入虚拟复阻抗&(8)，将参考电压 <减去线路电流与&(8)的乘积，得到LC滤波 电路电容电压参考值并设计各逆变器的等效输出阻抗R&与各逆变器的额定容量成比 例； 9) 将1^与逆变器输出电压幅值u&进行比例谐振调节，得到LC滤波电容电路的参考 值iri; 10) 将电容电路的参考值U与电容采样值iu进行比例调节，得到SPWM调制载波信号 Di； 11) 将SPWM调制波信号Di和三角载波进行双极性调制，得到全控型功率器件的占空比 信号，经驱动保护电路，驱动全控型功率器件的开通与关断。
2. 根据权利要求1所述的低延时鲁棒功率下垂多环控制方法，其特征在于，所述步骤 3) 中，估测的瞬时输出功率兵的计算公式为：
3. 根据权利要求1所述的低延时鲁棒功率下垂多环控制方法，其特征在于，所述步骤 4) 中，逆变器输出功率估测值与实际计算值存在以下关系：
上式中，s为拉普拉斯变化因子；yq= p= 2000。
4. 根据权利要求1所述的低延时鲁棒功率下垂多环控制方法，其特征在于，所述步骤 6)中，输出的有功功率与等效输出阻抗的关系为：
其中，队为交流母线电压。
5. 根据权利要求1?4之一所述的低延时鲁棒功率下垂多环控制方法，其特征在于，所 述步骤6)中，Psrt」的计算公式为：
其中，Ksrt为W的恢复增益，Py为第i台逆变器有功额定容量。
6. 根据权利要求5所述的低延时鲁棒功率下垂多环控制方法，其特征在于，
y_以指数函数exp(t)衰减至0。
7.根据权利要求5所述的低延时鲁棒功率下垂多环控制方法，其特征在于，
;其中Ps^(〇)为第i台逆变器设置的初始有功功率指令值， AUiJiax^5%UL〇
【专利摘要】本发明公开了一种低延时鲁棒功率下垂多环控制方法，包括低延时鲁棒下垂控制策略和基于虚拟复阻抗的电压电流双环。所述低延时鲁棒下垂控制策略包括：低延时快速功率计算方法、鲁棒下垂控制器和恢复机理。本发明方法针对低压微电网的多逆变器并联系统，用于提高逆变器输出功率对等效输出阻抗和线路阻抗的鲁棒性，解除线路阻抗与功率制衡关系，实现负荷功率按额定容量比精确分配，同时降低功率计算中引入的控制滞后，提高了系统的实时性与动态性。
【IPC分类】H02J3-46
【公开号】CN104578182
【申请号】CN201510013962
【发明人】罗安, 周乐明, 陈燕东, 陈智勇, 周小平, 李鸣慎, 匡慧敏
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月12日