控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法及装置与流程

本发明涉及电网领域，特别涉及一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法及装置。

背景技术：

直流微电网是指使用直流电进行电能传输和分配的微电网，当直流微电网工作于并网模式时，直流微电网与配电网通过逆变器相连接，从而进行电能的双向传输，在直流微电网与配电网之间通过逆变器相连接时，逆变器工作于可控直流电压模式下，保证直流母线电压的稳定。

但是，在直流微电网与配电网之间通过逆变器相连接时，对直流微电网的接口逆变器的控制主要目的是保证直流微电网的本身安全和稳定运行。目前，对于三相三桥臂结构的逆变器而言，没有考虑利用直流微电网直流侧的储能装置对配电网的频率进行调节，而直流微电网接口逆变器向配电网输出或吸收的有功功率与配电网的频率有直接的关系。

因此，如何通过直流微电网直流侧的储能装置对直流微电网接口逆变器向配电网提供的输出电压进行控制，实现对配电网的频率进行调节是本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于公开一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法及装置，通过直流微电网直流侧的储能装置的电压值对直流微电网接口逆变器向配电网公开的输出电压进行了控制，实现了对配电网的频率进行调节。

为实现上述目的，本发明实施例公开了如下技术方案：

第一，本发明实施例公开了一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法，应用于外接l滤波器的三相三桥臂结构的逆变器，包括：

获取配电网的实际电网电压值、直流微电网中储能装置的实际直流电压值和所述逆变器的实际输出电流值；

利用所述实际电网电压值确定实际电网角频率值；

利用所述实际电网角频率值和所述储能装置的直流电压额定值确定标准直流电压值；

计算所述标准直流电压值与所述实际直流电压值之间的电压误差值；

利用所述电压误差值和pi控制器计算所述逆变器的输出电流额定值；

对所述输出电流额定值和实际输出电流值在dq双相旋转坐标系下进行分解，得到d轴输出电流额定值、q轴输出电流额定值、d轴实际输出电流值和q轴实际输出电流值；

对所述d轴输出电流额定值、所述q轴输出电流额定值、所述d轴实际输出电流值和所述q轴实际输出电流值进行调制，得到调制电压以通过所述调制电压对所述配电网的频率调节。

可选的，所述利用所述实际电网角频率值和所述储能装置的直流电压额定值确定标准直流电压值包括：

计算所述实际电网角频率值与额定电网频率值之间的频率误差值；

计算所述频率误差值与虚拟阻尼系数的乘积，得到第一乘积值；

将所述频率误差值经过一阶低通滤波环节后进行微分运算并与虚拟惯性系数相乘，得到第二乘积；

计算所述第一乘积值和所述第二乘积值的和值，得到直流电压的误差值；

将所述直流电压的误差值与所述直流电压额定值进行叠加，得到所述标准直流电压值。

可选的，所述虚拟阻尼系数具体采用下式计算：

其中，d为所述虚拟阻尼系数、udc,max为最大直流电压值、udc,o为所述直流电压额定值、ωmax为最大电网角频率值、ωo为额定角频率值；

对应的，所述虚拟惯性系数具体采用下式计算：

其中，j为所述虚拟惯性系数、cdc为所述储能装置的电容值、udc为所述实际直流电压值。

可选的，所述利用所述实际电网电压值确定实际电网角频率值具体包括：

利用锁相环对所述实际电网电压值进行锁相，得到所述实际电网角频率值和相位角。

可选的，所述对所述输出电流额定值和实际输出电流值在dq双相旋转坐标系下进行分解包括：

利用所述相位角将所述输出电流额定值和所述实际输出电流值由abc坐标系转换至所述dq双相旋转坐标系并分解。

第二，本发明实施例公开了一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的装置，应用于外接l滤波器的三相三桥臂结构的逆变器，包括：

获取模块，用于获取配电网的实际电网电压值、直流微电网中储能装置的实际直流电压值和所述逆变器的实际输出电流值；

第一确定模块，用于利用所述实际电网电压值确定实际电网角频率值；

第二确定模块，用于利用所述实际电网角频率值和所述储能装置的直流电压额定值确定标准直流电压值；

第一计算模块，用于计算所述标准直流电压值与所述实际直流电压值之间的电压误差值；

第二计算模块，用于利用所述电压误差值和pi控制器计算所述逆变器的输出电流额定值；

分解模块，用于对所述输出电流额定值和实际输出电流值在dq双相旋转坐标系下进行分解，得到d轴输出电流额定值、q轴输出电流额定值、d轴实际输出电流值和q轴实际输出电流值；

调制模块，用于对所述d轴输出电流额定值、所述q轴输出电流额定值、所述d轴实际输出电流值和所述q轴实际输出电流值进行调制，得到调制电压以通过所述调制电压控制所述配电网的频率调节。

可选的，所述第二确定模块包括：

第一计算单元，用于计算所述实际电网频率值与额定电网频率值之间的频率误差值；

第一乘积单元，用于计算所述频率误差值与虚拟阻尼系数的乘积，得到第一乘积值；

第二乘积单元，用于将所述频率误差值经过一阶低通滤波环节后进行微分运算并与虚拟惯性系数相乘，得到第二乘积；

第二计算单元，用于计算所述第一乘积值和所述第二乘积值的和值，得到直流电压的误差值；

叠加单元，用于将所述直流电压的误差值与所述直流电压额定值进行叠加，得到所述标准直流电压值。

可选的，所述第一确定模块包括：

锁相单元，用于利用锁相环对所述实际电网电压值进行锁相，得到所述实际电网角频率值和相位角。

可选的，所述分解模块包括：

分解单元，用于利用所述相位角将所述输出电流额定值和所述实际输出电流值由abc坐标系转换至所述dq双相旋转坐标系并分解。

第三，本发明实施例公开了另一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的装置，应用于外接l滤波器的三相三桥臂结构的逆变器，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序以实现以上任一种提到的用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法的步骤。

可见，本发明实施例公开的一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法，能够利用配电网的实际电网电压值确定出当前配电网中的实际电网角频率值，在得到实际电网角频率值后，利用实际电网角频率值确定逆变器需要输出的标准直流电压值，此时逆变器的输出的直流电压值需要和实际电网角频率值对应的标准直流电压值相等以达到对配电网的频率进行调节的目的。因此，在得到标准直流电压值后，确定标准直流电压值与逆变器的实际直流电压值之间的电压误差值，再利用电压误差值计算逆变器的输出电流额定值，再综合输出电流额定值和实际输出电流值在dq双相旋转坐标系下的分解量：d轴输出电流额定值、q轴输出电流额定值、d轴实际输出电流值和q轴实际输出电流值，对各分解量进行调制得到最终的调制电压，此时，输入至配电网的调制电压便为包含了配电网的电网角频率值的逆变器的输出电压。因此，采用本方案，通过直流微电网直流侧的储能装置的实际直流电压值对直流微电网接口逆变器向配电网公开的输出电压进行了控制，实现了对配电网的频率进行调节的目的。此外，本发明实施例还公开了一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的装置，效果如上。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种外接l滤波器的三相三桥臂逆变器的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法流程示意图；

图3为本发明实施例公开的一种计算逆变器的输出电流额定值的过程示意图；

图4为本发明实施例公开的一种调制电压的求解过程示意图；

图5为本发明实施例公开的一种步骤s23的具体实现方式流程示意图；

图6为本发明实施例公开的一种步骤s23的具体实现过程示意图；

图7为本发明实施例公开的一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的装置结构示意图；

图8为本发明实施例公开的另一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的装置结构示意图。

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。

本发明实施例公开了一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法及装置，通过直流微电网直流侧的储能装置的电压值对直流微电网接口逆变器向配电网公开的输出电压进行了控制，实现了对配电网的频率进行调节。

首先，本发明实施例对外接l滤波器的三相三桥臂结构的逆变器的结构进行说明，请参见图1，图1为本发明实施例公开的一种外接l滤波器的三相三桥臂逆变器的结构示意图，其中，直流微电网一侧连接储能装置10，储能装置处的电压采用udc表示，储能装置10连接三相三桥臂滤波器20，三相三桥臂滤波器20对外连接l滤波器30，l滤波器30连接配电网，其中，配电网的实际电网电压值采用ug表示，三相三桥臂滤波器20的实际输出电流值采用ig表示，直流微电网中储能装置的实际直流电压值采用udc表示。

下面结合图1对本发明实施例公开的技术方案进行详细说明，请参见图2，图2为本发明实施例公开的一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法流程示意图，该方法包括：

s21：获取配电网的实际电网电压值、直流微电网中储能装置的实际直流电压值和逆变器的实际输出电流值。

在直流微电网与配电网之间通过逆变器相连接时，对直流微电网的接口逆变器的控制主要目的是保证直流微电网的本身安全和稳定运行。目前，对于三相三桥臂结构的逆变器而言，没有考虑利用直流微电网直流侧的储能装置对配电网的频率进行调节，而直流微电网接口逆变器向配电网输出或吸收的有功功率与配电网的频率有直接的关系，逆变器向配电网的输出或吸收的有功功率可以通过直流微电网接口逆变器的储能装置处的电压进行调节。因此，如何利用逆变器的储能侧的电压值对配电网的频率进行调节为本发明主要解决的技术问题。

具体的，本实施例中，配电网的实际电网电压值本发明实施例采用ug表示，直流微电网中储能装置的实际直流电压值采用udc表示，逆变器的实际输出电流值采用ig表示。其中，可以采用电压传感器和电流传感器采集ug、udc和ig。

s22：利用实际电网电压值确定实际电网角频率值。

具体的，本实施例中，实际电网角频率值可以通过电网电压锁相模块pll对实际电网电压值ug进行锁相得到实际电网角频率值ω和相角(该部分内容可以参见现有技术)。本发明实施例中实际电网角频率值采用ω表示，相角采用θ表示。

s23：利用实际电网角频率值和储能装置的直流电压额定值确定标准直流电压值。

具体的，本实施例中，配电网存在实际角频率值ω和额定角频率ω0，在得到实际电网角频率ω之后与额定角频率ω0作差后得到频率误差差值δω，然后将实际电网角频率ω与虚拟阻尼系数d相乘，同时将频率误差差值δω经过一阶低通滤波环节后经过微分运算并与虚拟惯性系数j相乘，两部分的乘积叠加后得到直流微电网的直流电压的误差值此后利用直流电压的误差值与直流电压的额定值udc,o相叠加便得到标准直流电压值udc^*。

s24：计算标准直流电压值与实际直流电压值之间的电压误差值。

s25：利用电压误差值和pi控制器计算逆变器的输出电流额定值。

具体的，本实施例中，就逆变器的输出电流而言，存在逆变器的实际输出电流值ig和输出电流额定值ig^*。下面结合图3对步骤s25进行详细说明，图3为本发明实施例公开的一种计算逆变器的输出电流额定值的过程示意图；将实际直流电压值udc和标准直流电压值udc^*进行作差得到直流电压误差值将直流电压误差值输入至pi控制器之后，经过pi控制器的运算得到输出电流额定值ig^*。

s26：对输出电流额定值和实际输出电流值在dq双相旋转坐标系下进行分解，得到d轴输出电流额定值、q轴输出电流额定值、d轴实际输出电流值和q轴实际输出电流值。

具体的，本实施例中，输出电流额定值ig^*和实际输出电流值ig处于abc坐标系下，此时为了求解最终的调制电压，需要将输出电流额定值ig^*和实际输出电流值ig由abc坐标系转换至dq双相旋转坐标系下，并在dq双相旋转坐标系下对输出电流额定值ig^*和实际输出电流值ig进行分解。

s27：对d轴输出电流额定值、q轴输出电流额定值、d轴实际输出电流值和q轴实际输出电流值进行调制，得到调制电压以通过调制电压对配电网的频率调节。

具体的，本实施例中，调制电压采用ui表示，为了对步骤s27进行详细的说明，下面结合图4对本步骤s27进行详细说明，图4为本发明实施例公开的一种调制电压的求解过程示意图；其中，将d轴输出电流额定值igd^*，q轴输出电流额定值igq^*，d轴实际输出电流值igd和q轴实际输出电流值igq经过图4中的运算，得到d轴调制电压uid和q轴调制电压uiq，然后将d轴调制电压uid和q轴调制电压uiq进行合成得到调制电压ui。图4中，lf为l滤波器的电感，ugd为d轴实际电网电压分量、ugq为q轴实际电网电压分量。

可见，本发明实施例公开的一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法，能够利用配电网的实际电网电压值确定出当前配电网中的实际电网角频率值，在得到实际电网角频率值后，利用实际电网角频率值确定逆变器需要输出的标准直流电压值，此时逆变器的输出的直流电压值需要和实际电网角频率值对应的标准直流电压值相等以达到对配电网的频率进行调节的目的。因此，在得到标准直流电压值后，确定标准直流电压值与逆变器的实际直流电压值之间的电压误差值，再利用电压误差值计算逆变器的输出电流额定值，再综合输出电流额定值和实际输出电流值在dq双相旋转坐标系下的分解量：d轴输出电流额定值、q轴输出电流额定值、d轴实际输出电流值和q轴实际输出电流值，对各分解量进行调制得到最终的调制电压，此时，输入至配电网的调制电压便为包含了配电网的电网角频率值的逆变器的输出电压。因此，采用本方案，通过直流微电网直流侧的储能装置的实际直流电压值对直流微电网接口逆变器向配电网公开的输出电压进行了控制，实现了对配电网的频率进行调节的目的。

基于上述实施例，本发明公开了步骤s23的具体实现实施例，请参见图5，图5为本发明实施例公开的一种步骤s23的具体实现方式流程示意图，作为本发明可选的实施例，步骤s23具体包括：

s231：计算实际电网角频率值与额定电网频率值之间的频率误差值；

s232：计算频率误差值与虚拟阻尼系数的乘积，得到第一乘积值；

s233：将频率误差值经过一阶低通滤波环节后进行微分运算并与虚拟惯性系数相乘，得到第二乘积值；

s234：计算第一乘积值和第二乘积值的和值，得到直流电压的误差值；

s235：将直流电压的误差值与直流电压额定值进行叠加，得到标准直流电压值。

具体的，本实施例中，下面结合图6对本可选实施例进行详细说明，请参见图6，图6为本发明实施例公开的一种步骤s23的具体实现过程示意图，在得到实际电网角频率ω之后与额定角频率ω0作差后得到频率误差差值δω，一方面δω与虚拟阻尼系数d相乘，另一方面δω经过一阶低通滤波环节(输入一节低通滤波器)后进行微分运算并与虚拟惯性系数j相乘，得到直流电压的误差值此后利用直流电压的误差值与直流电压的额定值udc,o相叠加便得到标准直流电压值udc^*。图6中，ts为时间常数，s为拉氏算子。

作为本发明可选的实施例，虚拟阻尼系数d具体采用下式计算：

其中，udc,max为最大直流电压值、udc,o为直流电压额定值、ωmax为最大电网角频率值、ωo为额定角频率值；

关于虚拟阻尼系数d可以将最大直流电压值udc,max取为110％倍的直流电压额定值udc,o，将最大电网角频率值ωmax取为105倍的额定角频率值ωo。具体采用下式表示：

作为本发明可选的实施例，虚拟惯性系数j具体采用下式计算：

其中，cdc为储能装置的电容值、udc为实际直流电压值。

下面对本发明实施例公开的一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的装置进行说明，请参见图7，图7为本发明实施例公开的一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的装置结构示意图，该装置包括：

获取模块701，用于获取配电网的实际电网电压值、直流微电网中储能装置的实际直流电压值和逆变器的实际输出电流值；

第一确定模块702，用于利用实际电网电压值确定实际电网角频率值；

第二确定模块703，用于利用实际电网角频率值和储能装置的直流电压额定值确定标准直流电压值；

第一计算模块704，用于计算标准直流电压值与实际直流电压值之间的电压误差值；

第二计算模块705，用于利用电压误差值和pi控制器计算逆变器的输出电流额定值；

分解模块706，用于对输出电流额定值和实际输出电流值在dq双相旋转坐标系下进行分解，得到d轴输出电流额定值、q轴输出电流额定值、d轴实际输出电流值和q轴实际输出电流值；

调制模块707，用于对d轴输出电流额定值、q轴输出电流额定值、d轴实际输出电流值和q轴实际输出电流值进行调制，得到调制电压以通过调制电压控制配电网的频率调节。

可见，本发明实施例公开的一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的装置，能够利用配电网的实际电网电压值确定出当前配电网中的实际电网角频率值，在得到实际电网角频率值后，利用实际电网角频率值确定逆变器需要输出的标准直流电压值，此时逆变器的输出的直流电压值需要和实际电网角频率值对应的标准直流电压值相等以达到对配电网的频率进行调节的目的。因此，在得到标准直流电压值后，确定标准直流电压值与逆变器的实际直流电压值之间的电压误差值，再利用电压误差值计算逆变器的输出电流额定值，再综合输出电流额定值和实际输出电流值在dq双相旋转坐标系下的分解量：d轴输出电流额定值、q轴输出电流额定值、d轴实际输出电流值和q轴实际输出电流值，对各分解量进行调制得到最终的调制电压，此时，输入至配电网的调制电压便为包含了配电网的电网角频率值的逆变器的输出电压。因此，采用本方案，通过直流微电网直流侧的储能装置的实际直流电压值对直流微电网接口逆变器向配电网公开的输出电压进行了控制，实现了对配电网的频率进行调节的目的。

基于以上实施例，作为优选的实施例，第二确定模块703包括：

第一计算单元，用于计算所述实际电网角频率值与额定电网频率值之间的频率误差值；

第一乘积单元，用于计算所述频率误差值与虚拟阻尼系数的乘积，得到第一乘积值；

第二乘积单元，用于将所述频率误差值经过一阶低通滤波环节后进行微分运算并与虚拟惯性系数相乘，得到第二乘积；

第二计算单元，用于计算所述第一乘积值和所述第二乘积值的和值，得到直流电压的误差值；

叠加单元，用于将所述直流电压的误差值与所述直流电压额定值进行叠加，得到所述标准直流电压值。

基于以上实施例，作为优选的实施例，第一确定模块702包括：

锁相单元，用于利用锁相环对所述实际电网电压值进行锁相，得到所述实际电网角频率值和相位角。

基于以上实施例，作为优选的实施例，分解模块706包括：

分解单元，用于利用所述相位角将所述输出电流额定值和所述实际输出电流值由abc坐标系转换至所述dq双相旋转坐标系并分解。

请参见图8，图8为本发明实施例公开的另一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的装置结构示意图，包括：

存储器801，用于存储计算机程序；

处理器802，用于执行所述存储器中存储的计算机程序以实现以上任一实施例提到的用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法的步骤。

本实施例公开的另一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的装置，由于可以通过处理器调用存储器存储的计算机程序，实现如上述任一实施例公开的用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法的步骤，所以本装置具有同上述用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法同样的实际效果。

以上对本申请所公开的一种用于控制直流微电网接口逆变器进行频率调节的方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。