一种DC/AC变换器的自动功率分配方法与流程

本发明涉及分布式电源控制领域，具体涉及一种DC/AC变换器的自动功率分配方法。

背景技术：

分布式电源系统是由分布式电源、负荷、储能系统和控制装置等组成的新的电网络拓扑系统，具有多种拓扑结构。随着分布式电源系统中直流负荷的不断增加，且光伏、储能系统等装置本身也为直流输出，交直流混合分布式电源系统成为分布式电源系统的发展趋势。DC/AC变换器作为连接交直流混合分布式电源系统中直流母线和交流母线的变换装置发挥着重要作用，随着分布式电源系统规模不断扩大，DC/AC变换器需要以并联运行的方式满足交直流混合分布式电源系统运行的需求。

目前交直流混合分布式电源系统中并联DC/AC变换器采用信号互联的方式由上位机或其中一台主DC/AC变换器控制的方式运行。根据直流母线侧各分布式电源和负荷功率实际工况，选择合理数量的DC/AC变换器运行，其他DC/AC变换器停止运行，实现系统效率最优。这种采用上位机集中控制和主DC/AC变换器主从控制的方法基于通信信号互联展开，当通信线路有较大时延或发生故障时，系统将无法正常运行。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供的一种DC/AC变换器的自动功率分配方法，该方法实现简单且设计步骤简单，且本方法改进策略基于传统电压外环、电流内环控制策略展开，仅是通过调节DC/AC变换器既有参数即可实现目标功能，具有较强的可行性。其次，采用本方法的分布式电源管理系统并联DC/AC变换器能够根据系统运行实际状态自动实现满足依次投入和切除，避免了多并联DC/AC变换器同时非满载运行工况，提高了分 布式电源系统整体运行效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种DC/AC变换器的自动功率分配方法，所述方法用于对混合分布式电源系统中的DC/AC变换器进行自动功率分配；所述DC/AC变换器依次并联且均连接交流母线与直流母线；所述DC/AC变换器为双环控制结构；所述双环控制结构包括直流电压外环及并网电流内环；所述方法包括如下步骤：

步骤1.简化所述DC/AC变换器的控制结构；

步骤2.根据简化后的所述DC/AC变换器的控制结构，得到闭环传递函数；

步骤3.设置所述闭环传递函数中的调节系数；

步骤4.调节直流电压外环控制响应；实现所述DC/AC变换器的自动功率分配。

优选的，所述步骤1包括：

根据所述DC/AC变换器的并网电流内环与直流电压外环的调节速度关系，简化所述DC/AC变换器的控制结构；即在所述直流电压外环调节速度时，所述并网电流内环实时发送无差值跟踪电流指令。

优选的，所述步骤2包括：

根据简化后的所述DC/AC变换器的控制结构，得到闭环传递函数G(s)：

其中，T_v＝k_pv/k_iv且T_v为直流电压PI调节环节积分时间常数；k_pv为DC/AC变换器电压环比例系数；k为DC/AC变换器输入、输出电流峰值比例系数；T_S为DC/AC变换器直流侧电压采样滤波时间常数；s为微分算子；C为DC/AC变换器中间直流侧电容值。

优选的，所述步骤3包括：

确定所述闭环传递函数G(s)中的电压环比例系数k_pv为影响所述直流电压外环调节速度的所述调节系数；并将并联的全部所述DC/AC变换器的电压环比例系数k_pv设置为不同值。

优选的，所述步骤3中的所述电压环比例系数k_pv的值设置的越大，所述DC/AC变换器的电压环增益越高、带宽越宽且动态响应越快；

所述电压环比例系数k_pv的值设置的越小，所述DC/AC变换器的电压环增益越低、带宽越窄且动态响应越慢。

优选的，所述步骤4包括：

4-1.当直流母线侧功率发生变化使得直流母线电压发生扰动时，先发生动态响应的所述DC/AC变换器直流电压调节环节最先达到饱和，得到输出电流指令；

4-2.根据所述输出电流指令，控制先发生动态响应的所述DC/AC变换器满载运行；

4-3.并联的全部所述DC/AC变换器根据直流电压调节环动态响应由大到小依次启动并到达满载运行，直到出现一个所述DC/AC变换器的投入使得系统功率平衡，停止继续启动；

4-4.设置处于启动状态中的最后一个所述DC/AC变换器稳定直流母线侧电压运行，实现所述DC/AC变换器的自动功率分配。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种DC/AC变换器的自动功率分配方法，简化DC/AC变换器的控制结构；根据简化后的DC/AC变换器的控制结构，得到闭环传递函数；根据闭环传递函数，得到调节系数；设置调节系数；调节直流电压外环控制响应；实现DC/AC变换器的自动功率分配。本发明提出的方法实现简单且设计步骤简单，且改进策略基于传统电压外环、电流内环控制策略展开，仅通过调节DC/AC变换器既有参数即实现目标功能，具有较强的可行性。其次，分布式电源管理系统并联DC/AC变换器能够根据系统运行实际状态自动实现满足依次投入和切除，避免了多并联DC/AC变换器同时非满载运行工况，提高了分布式电源系统整体运行效率。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明所提供的技术方案中，本方法实现简单且设计步骤简单，且本方法改进策略基于传统电压外环、电流内环控制策略展开，仅是通过调节DC/AC变换器既有参数即可实现目标功能，具有较强的可行性。

2、本发明所提供的技术方案，采用本方法的分布式电源管理系统并联DC/AC变换器能够根据系统运行实际状态自动实现满足依次投入和切除，避免了多并联DC/AC变换器同时非满载运行工况，提高了分布式电源系统整体运行效率。

3、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种DC/AC变换器的自动功率分配方法的流程图；

图2是本发明的分配方法中步骤5的流程示意图；

图3是分布式电源系统的结构示意图；

图4是并联DC/AC控制原理框图；

图5是本发明的一种DC/AC变换器的自动功率分配方法的具体应用例中的并联DC/AC控制原理简化框图。

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。

如图1所示，本发明提供一种DC/AC变换器的自动功率分配方法，方法用于对混 合分布式电源系统中的DC/AC变换器进行自动功率分配；DC/AC变换器依次并联且均连接交流母线与直流母线；DC/AC变换器为双环控制结构；双环控制结构包括直流电压外环及并网电流内环；包括如下步骤：

步骤1.简化DC/AC变换器的控制结构；

步骤2.根据简化后的DC/AC变换器的控制结构，得到闭环传递函数；

步骤3.设置闭环传递函数中的调节系数；

步骤4.调节直流电压外环控制响应；实现DC/AC变换器的自动功率分配。

其中，步骤1包括：

根据DC/AC变换器的并网电流内环与直流电压外环的调节速度关系，简化DC/AC变换器的控制结构；即在直流电压外环调节速度时，并网电流内环实时发送无差值跟踪电流指令。

其中，步骤2包括：

根据简化后的DC/AC变换器的控制结构，得到闭环传递函数G(s)：

其中，T_v＝k_pv/k_iv且T_v为直流电压PI调节环节积分时间常数；k_pv为DC/AC变换器电压环比例系数；k为DC/AC变换器输入、输出电流峰值比例系数；T_S为DC/AC变换器直流侧电压采样滤波时间常数；s为微分算子；C为DC/AC变换器中间直流侧电容值。

其中，步骤3包括：

确定闭环传递函数G(s)中的电压环比例系数k_pv为影响直流电压外环调节速度的调节系数；且将并联的全部DC/AC变换器的电压环比例系数k_pv设置为不同值；

其中，k_pv值越大的DC/AC变换器的电压环增益越高、带宽越宽且动态响应越快；

k_pv值越小的DC/AC变换器的电压环增益越低、带宽越窄且动态响应越慢。

如图2所示，步骤5包括：

5-1.当直流母线侧功率发生变化使得直流母线电压发生扰动时，先发生动态响应的DC/AC变换器直流电压调节环节最先达到饱和，得到输出电流指令；

5-2.根据输出电流指令，控制先发生动态响应的DC/AC变换器满载运行；

5-3.并联的全部DC/AC变换器根据直流电压调节环动态响应由大到小依次启动并到达满载运行，直到出现一个DC/AC变换器的投入使得系统功率平衡，停止继续启动；

5-4.设置处于启动状态中的最后一个DC/AC变换器稳定直流母线侧电压运行，实现DC/AC变换器的自动功率分配。

本发明提供一种分布式电源系统用储能变流器双模式运行控制方法的具体应用例，如下：

如图3所示的交直流混合分布式电源系统并联DC/AC变换器自动功率分配策略基于传统DC/AC变换器拓扑结构展开；图3中，DC/AC1、DC/AC2、DC/AC3为连接交流母线和直流母线的3个并联DC/AC变换器。

如图4所示，采用直流电压外环和并网电流内环控制结构，两层调节环节均采用PI调节方式，直流电压外环用于稳定直流母线侧电压和决定并联DC/AC变换器的投切顺序，并网电流内环根据直流电压外环调节的结果实现电流输出；

其中，图4中Vdc_ref为直流侧设定值；Vdc为直流电压实际值。i为DC/AC变换器输出电流实际值；kpv为DC/AC变换器电压环比例系数；kiv为DC/AC变换器电压环积分系数；kpi为DC/AC变换器电流环比例系数；kii为DC/AC变换器电流环积分系数；L为DC/AC变换器输出滤波器；K为DC/AC变换器输入、输出电流峰值比例系数；C为DC/AC变换器中间直流侧电容容值；Ts为DC/AC变换器直流侧电压采样滤波时间常数；

由于DC/AC变换器控制系统在设计时，电流内环调节速度远远大于直流电压外环调节速度，在此讨论电压外环调节速度时可以假设电流环能够实时无差跟踪电流指令，因此简化图4所示并联DC/AC控制框图得到图5。

由图5可以得直流电压调节的闭环传递函数为：

式中T_v＝k_pv/k_iv，Tv为直流电压PI调节环节积分时间常数。

由直流电压调节环节闭环传递函数可知，直流电压外环调节速度主要受调节环节比例系数kpv决定，DC/AC变换器的电压环比例系数kpv越大，电压环增益越高，带宽越宽，动态响应越快。

当直流母线侧功率发生变化，直流母线电压发生扰动时，动态响应最快的DC/AC变换器直流电压调节环节最先达到饱和，输出电流指令Ipeak，控制DC/AC变换器满载运行。

并联DC/AC变换器可以根据直流电压调节环动态响应由大到小依次启动并到达满载运行，直到一个DC/AC变换器的投入使得系统功率平衡，最后投入的DC/AC变换器非满载运行，具备电压调节能力，由最后投入的DC/AC变换器稳定直流母线侧电压运行。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。