互联变流器的控制方法及互联变流器与流程

1.本发明涉及交直流混合微电网技术领域，尤其涉及一种互联变流器的控制方法及互联变流器。


背景技术：

2.交直流混合微电网由交流子网、直流子网和互联变流器三部分组成，其中互联变流器连接了交流子网和直流子网，并承担交流子网和直流子网间功率传输的作用。当交直流混合微电网处于脱离大电网运行时，必须通过互联变流器传输功率来维持交直流混合微电网的稳定运行。当前互联变流器控制普遍采用归一化下垂控制，这种控制策略的中心思想是通过互联变流器的功率传输来维持交流子网和直流子网功率相等，但是该方法无法对交流子网和直流子网的初始功率平衡状况加以判别，互联变流器传输功率始终是交流子网和直流子网功率差额的二分之一，导致了非必要的功率传输，增加了交直流混合微电网的运行损耗。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述问题，提出一种互联变流器的控制方法以及一种互联变流器。
4.一种互联变流器的控制方法，互联变流器分别与交流子网、直流子网连接，方法包括：
5.获取交流子网的实时交流频率、直流子网的实时直流电压和互联变流器有功率传输时的有功功率；
6.根据有功功率和交流子网的下垂系数计算交流子网的交流频率变化量，根据有功功率和直流子网的下垂系数计算直流子网的直流电压变化量；
7.根据实时交流频率和交流频率变化量计算互联变流器没有功率传输时的初始交流频率，根据实时直流电压和直流电压变化量计算互联变流器没有功率传输时的初始直流电压；
8.根据初始交流频率得到交流子网的初始平衡状况，根据初始直流电压得到直流子网的初始平衡状况；以及，
9.根据交流子网的初始平衡状况和直流子网的初始平衡状况，确定控制模式，控制模式用于控制互联变流器。
10.可选地，根据初始交流频率得到交流子网的初始平衡状况，根据初始直流电压得到直流子网的初始平衡状况，具体包括：
11.对初始交流频率进行标幺化得到初始交流频率的标幺值，对初始直流电压进行标幺化得到初始直流电压的标幺值；以及，
12.根据初始交流频率的标幺值得到交流子网的初始平衡状况和根据初始直流电压的标幺值得到直流子网的初始平衡状况。
13.可选地，控制模式包括模式一、模式二和模式三，其中，模式一为将实时交流频率的标幺值和实时直流电压的标幺值调节为一致，模式二为将实时直流电压的标幺值调节为0，模式三为将实时交流频率的标幺值调节为0。
14.可选地，根据交流子网的初始平衡状况和直流子网的初始平衡状况，确定控制模式，具体包括：
15.判断交流子网的初始平衡状况和直流子网的初始平衡状况是否满足预设条件；
16.当交流子网的初始平衡状况和直流子网的初始平衡状况满足预设条件时，确定控制模式为模式一；
17.当交流子网的初始平衡状况和直流子网的初始平衡状况不满足预设条件时，判断初始交流频率的标幺值的绝对值是否大于初始直流电压的标幺值的绝对值；
18.当初始交流频率的标幺值的绝对值大于初始直流电压的标幺值的绝对值时，确定控制模式为模式二；或者，
19.当交流子网的初始功率的标幺值的绝对值小于直流子网的初始功率的标幺值的绝对值时，确定控制模式为模式三。
20.可选地，判断交流子网的初始平衡状况和直流子网的初始平衡状况是否满足预设条件，具体包括：
21.判断初始交流频率的标幺值和初始直流电压的标幺值是否同号。
22.可选地，根据有功功率和交流子网的下垂系数计算交流子网的交流频率变化量，根据有功功率和直流子网的下垂系数计算直流子网的直流电压变化量，具体利用下述公式计算：
[0023][0024]
其中，δf为交流子网的交流频率变化量，m
ac
为交流子网的下垂系数，p
ic
为互联变流器传输的有功功率，δv
dc
为直流子网的直流电压变化量，m
dc
为直流子网的下垂系数。
[0025]
可选地，根据实时交流频率和交流频率变化量计算互联变流器没有功率传输时的初始交流频率，根据实时直流电压和直流电压变化量计算互联变流器没有功率传输时的初始直流电压，具体利用下述公式计算：
[0026][0027]
其中，f'为初始交流频率，f为实时交流频率，vd'c为初始直流电压，v
dc
为实时直流电压。
[0028]
可选地，对初始交流频率进行标幺化得到初始交流频率的标幺值，对初始直流电压进行标幺化得到初始直流电压的标幺值，具体利用下述公式计算：
[0029][0030]
其中，f
pu
为初始交流频率的标幺值，f
max
为预设的交流频率的最大值，f
min
为预设的
交流频率的最小值，v
dc，pu
为初始直流电压的标幺值，v
dc，max
为预设的直流电压的最大值，v
dc，min
为预设的直流电压的最小值。
[0031]
可选地，根据初始交流频率得到交流子网的初始平衡状况，根据初始直流电压得到直流子网的初始平衡状况，具体包括：
[0032]
根据初始交流频率得到交流子网的初始功率和根据初始直流电压得到直流子网的初始功率；以及
[0033]
根据交流子网的初始功率得到交流子网的初始平衡状况和根据直流子网的初始功率得到直流子网的初始平衡状况。
[0034]
一种互联变流器，互联变流器分别与交流子网、直流子网连接，互联变流器用于实现上述的方法。
[0035]
该方法在互联变流器现有通信设备的基础上，通过计算交直流混合微电网中交流频率的变化量和直流电压的变化量，进一步分析交流子网和直流子网的初始功率的平衡状况，并以该平衡状况为判据，选择最优的模式，从而优化互联变流器的功率传输方式，提升交直流混合微电网系统的运行效率，以及增强交流子网的频率稳定性。
附图说明
[0036]
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。
[0037]
其中：
[0038]
图1为本发明实施例提供的互联变流器的控制方法的流程图；
[0039]
图2为本发明实施例提供的互联变流器的控制方法的第一子流程图；
[0040]
图3为本发明实施例提供的互联变流器的控制方法的第二子流程图；
[0041]
图4为本发明实施例提供的交直流混合微电网的内部结构示意图；
[0042]
图5为本发明实施例提供的不同状态下的互联变流器传输有功功率波形图；
[0043]
图6为现有技术中不同状态下的互联变流器传输有功功率波形图；
[0044]
图7为本发明实施例提供的互联变流器轻载状态以及重载状态的功率变化示意图；
[0045]
图8为本发明实施例提供的互联变流器的控制方法的第三子流程图。
具体实施方式
[0046]
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作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。
[0047]
请结合参看图1，其为本发明实施例提供的互联变流器的控制方法的流程图。其中，请结合参看图4，互联变流器920分别与交流子网930、直流子网910连接，本发明实施例提供的互联变流器的控制方法，具体包括：
[0048]
步骤s101，获取交流子网的实时交流频率、直流子网的实时直流电压和互联变流器有功率传输时的有功功率。当交流子网和直流子网的有功功率偏离额定功率时，交流频率和直流电压就会偏离额定值，因此，交流频率和直流电压分别表征了交流子网的功率平衡状况和直流子网的功率平衡状况。具体地，可以使用锁相环测量交流子网的实时交流频率，使用电压表测量直流子网的实时直流电压，以及使用功率表测量互联变流器有功率传输时的有功功率。这里获取实时交流频率、实时直流电压以及联变流器有功率传输时的有功功率的方式仅作示例，不做限定。
[0049]
步骤s102，根据有功功率和交流子网的下垂系数计算交流子网的交流频率变化量，根据有功功率和直流子网的下垂系数计算直流子网的直流电压变化量。具体利用下述公式(1)计算：
[0050][0051]
其中，δf为交流子网的交流频率变化量，p
ic
为互联变流器传输的有功功率，m
dc
为直流子网的下垂系数。
[0052]
步骤s103，根据实时交流频率和交流频率变化量计算互联变流器没有功率传输时的初始交流频率，根据实时直流电压和直流电压变化量计算互联变流器没有功率传输时的初始直流电压，具体利用下述公式(2)计算：
[0053][0054]
其中，f'为初始交流频率，f为实时交流频率，vd'c为初始直流电压，v
dc
为实时直流电压。
[0055]
步骤s104，根据初始交流频率得到交流子网的初始平衡状况，根据初始直流电压得到直流子网的初始平衡状况。具体请参照步骤s1041-步骤s1043，或者步骤s1042-步骤s1044。
[0056]
步骤s105，根据交流子网的初始平衡状况和直流子网的初始平衡状况，确定控制模式，控制模式用于控制互联变流器。具体地，控制模式包括模式一、模式二和模式三，其中，模式一为将实时交流频率的标幺值和实时直流电压的标幺值调节为一致，模式二为将实时直流电压的标幺值调节为0，模式三为将实时交流频率的标幺值调节为0。
[0057]
上述实施例，通过互联变流器采集本地信息，准确计算直流电压的变化量和交流频率的变化量，对交直流混合微电网的初始功率平衡状况进行判断，选择最优的运行模式，优化了互联变流器的功率传输的方式，减少不必要的功率传输损失，从而提升交直流混合微电网系统的运行效率。
[0058]
请结合参看图2，其为本发明实施例提供的步骤s104的子步骤流程图。步骤s104，根据初始交流频率得到交流子网的初始平衡状况，根据初始直流电压得到直流子网的初始平衡状况，具体下面步骤：
[0059]
步骤s1041，对初始交流频率进行标幺化得到初始交流频率的标幺值，对初始直流电压进行标幺化得到初始直流电压的标幺值。具体利用下述公式(3)计算：
[0060][0061]
其中，f
pu
为初始交流频率的标幺值，f'为初始交流频率，f
max
为预设的交流频率的最大值，f
min
为预设的交流频率的最小值，v
dc，pu
为初始直流电压的标幺值，vd'c为初始直流电压，v
dc，max
为预设的直流电压的最大值，v
dc，min
为预设的直流电压的最小值。通过标幺化将f
pu
和v
dc，pu
的数值控制在-1到1之间，从而减少算力，提升本实施例的运算效率。
[0062]
步骤s1043，根据初始交流频率的标幺值得到交流子网的初始平衡状况和根据初始直流电压的标幺值得到直流子网的初始平衡状况。
[0063]
本实施例通过对交流频率和直流电压进行标幺化，得到当前交流频率和直流电压的偏差程度，从而得到交流子网和直流子网中有功功率的偏差程度。在实际应用中标幺化下垂控制，通过互联变流器的控制环节实现交流频率标幺值和直流电压标幺值相等即可实现交流子网和直流子网的有功功率相等。但是当互联变流器开始传输有功功率时，交流频率和直流电压的变化将不仅受交、直流子网内部功率平衡状况的影响，还受到互联变流器传输的有功功率影响。此时，交流频率和直流电压的标幺值将不能再准确反应交、直流子网内部的实际功率平衡状况，即不能反应互联变流器未进行有功功率传输时的初始功率平衡状况。本实施例考虑交流子网和直流子网初始功率平衡状况的控制策略，减少了不必要的功率传输。
[0064]
请结合参看图3，其为本发明实施例提供的步骤s105的子步骤流程图。步骤s105，根据交流子网的初始平衡状况和直流子网的初始平衡状况，确定控制模式，具体包括：
[0065]
步骤s1051，判断交流子网的初始平衡状况和直流子网的初始平衡状况是否满足预设条件。进一步地，判断初始交流频率的标幺值和初始直流电压的标幺值是否同号。具体地，当f
pu
与v
pu,dc
乘积为负数时，表明交流子网和直流子网一个运行在轻载状态，另一个运行在重载状态，如图7所示。
[0066]
步骤s1052，当交流子网的初始平衡状况和直流子网的初始平衡状况满足预设条件时，确定控制模式为模式一。
[0067]
步骤s1053，当交流子网的初始平衡状况和直流子网的初始平衡状况不满足预设条件时，判断初始交流频率的标幺值的绝对值是否大于初始直流电压的标幺值的绝对值。
[0068]
步骤s1054，当初始交流频率的标幺值的绝对值大于初始直流电压的标幺值的绝对值时，确定控制模式为模式二。
[0069]
步骤s1055，当交流子网的初始功率的标幺值的绝对值小于直流子网的初始功率的标幺值的绝对值时，确定控制模式为模式三。具体地，比较f
pu
和v
pu,dc
绝对值的大小，并以绝对较小的值，如图7中的v
pu,dc
为控制目标，从而达到不产生非必要的功率传输的效果。
[0070]
在本实施例中，互联变流器的控制器以初始功率平衡状况选择不同的控制模式。此时，初始交流频率标幺值和初始直流电压标幺值可作为互联变流器的控制模型选择判据。当两个子网一个运行在轻载、另一个运行在重载状态下时，如图7所示的情况，互联变流器以实际功率偏离额定功率较小的子网，也就是如图7中的直流子网为控制目标，通过传输
有功功率维持该子网运行在额定有功功率下，达到避免非必要的功率流动的效果。
[0071]
本实施例通过matlab对本发明进行仿真，利用仿真结果来说明本方案较于现有技术节省了功率。现有技术采用的是标幺化下垂控制方法。在实际应用中也可以使用simulink或者其他的数学建模工具进行仿真。请结合参看表1，表1为交直流混合微电网主要模型数据。建立交直流混合微电网仿真模型在不同状态下对本发明进行模拟得到图5，进一步地，同时利用标幺化下垂控制方法对该交直流混合微电网进行仿真模拟，仿真结果见图6。具体状态见表2。
[0072]
表1交直流混合微电网主要模型数据
[0073][0074]
表2交流子网和直流子网功率平衡状况
[0075]
时间状态1状态2状态3状态4交流子网+3kw+1kw-3kw-1kw直流子网-1kw-3kw+1kw+3kw
[0076]
表2中，“+”表示实际有功功率小于额定有功功率；
“‑”
表示实际有功功率大于额定有功功率。
[0077]
对比仿真结果图5和图6可以看到，采用本发明的互联变流器控制方法后，互联变流器传输的有功功率为1kw，而采用标幺化下垂控制时互联变流器传输的有功功率为2kw，可见采用本发明所使用的方法后可以减少互联变流器不必要有功功率传输，优化子网间的有功功率分配。由于交流子网的有功功率通过下垂方程与交流频率直接相关，因此在优化交流子网的有功功率的同时提升了交流子网的频率稳定性。
[0078]
在现有技术中，当互联变流器开始传输有功功率时，交流频率和直流电压的变化将不仅受交、直流子网内部功率平衡状况的影响，还受到互联变流器传输的有功功率影响。此时，交流频率和直流电压的标幺值将不能再准确反应交、直流子网内部的实际功率平衡
状况，即不能反应互联变流器未进行有功功率传输时的初始功率平衡状况。这种不考虑交流子网和直流子网初始功率平衡状况的控制策略在一定场合下将导致不必要的功率传输。
[0079]
请结合参看图7，交流子网和直流子网原本分别运行在a、b两点，此时交流子网交流频率标幺值大于0，而直流子网电压标幺值小于0，说明交流子网和直流子网分别运行在轻载和重载状况，即交流子网的实际功率小于额定功率，而直流子网的实际功率大于额定功率，且交流子网偏离额定功率的程度大于直流子网。如果采用标幺化下垂控制，可以看到交流子网和直流子网最终分别运行在c、c’点。由图可知此时，v
ac,pu
＝v
dc,pu
，交流子网和直流子网都运行在轻载状态。从图7中可以看到，互联变流器传输的有功功率过多导致直流子网跨过额定状态，也就是v
dc,n
＝0处，进入到了轻载状态也就是c’点处，即互联变流器传输了不必要的有功功率。
[0080]
在本实施例中。通过结合下垂控制方程，引入初始交流频率标幺值和初始直流电压标幺值，准确刻画交流子网和直流子网在互联变流器不进行有功功功率传输时的初始功率平衡状况。再根据初始交流频率标幺值和初始直流电压标幺值，得到交流子网和直流子网的初始功率平衡状况，从而根据不同的初始功率平衡状况选择互联变流器不同的控制模式，减少非必要的功率传输，并提高交直流混合微电网系统的运行效率、增加系统频率稳定性。
[0081]
请结合参看图8，其为本发明实施例提供的步骤s104的子步骤流程图。步骤s104，根据初始交流频率得到交流子网的初始平衡状况，根据初始直流电压得到直流子网的初始平衡状况，具体下面步骤：
[0082]
步骤s1042，根据初始交流频率得到交流子网的初始功率和根据初始直流电压得到直流子网的初始功率。具体地，交流子网的交流频率和交流子网的有功功率具有如公式(4)所示的关系：
[0083]
f＝f
n-m
ac
(p
ac-p
ac,n
)(4)
[0084]
其中，f为交流子网的实时交流频率，fn为交流子网的额定交流频率，m
ac
为交流子网的下垂系数，p
ac
为交流子网的有功功率，p
ac，n
为交流子网的额定有功功率。
[0085]
在本实施例中，利用公式(4)得到公式(5)，交流子网的初始功率根据初始交流频率得到。
[0086][0087]
其中，f'为交流子网的初始交流频率，fn为交流子网的额定交流频率，m
ac
为交流子网的下垂系数，p'
ac
为根据初始交流频率得到的交流子网的初始功率，p
ac,n
为交流子网的额定有功功率。
[0088]
进一步地，直流子网的直流电压和直流子网的有功功率具有如公式(6)所示的关系：
[0089]vdc
＝v
dc,n-m
dc
(p
dc-p
dc,n
)(6)
[0090]
其中，v
dc
为直流子网的实时直流电压，v
dc，n
为直流子网的额定直流电压，m
dc
为直流子网的下垂系数，p
dc
为直流子网的有功功率，p
dc，n
为直流子网的额定有功功率。在本实施例中，利用公式(6)得到公式(7)，直流子网的初始功率根据初始直流电压得到。
[0091][0092]
其中，pd'c为根据初始直流电压得到的直流子网的初始功率，vd'c为初始直流电压，v
dc，n
为直流子网的额定直流电压，m
dc
为直流子网的下垂系数，p
dc，n
为直流子网的额定有功功率。
[0093]
步骤s1044，根据交流子网的初始功率得到交流子网的初始平衡状况和根据直流子网的初始功率得到直流子网的初始平衡状况。具体地，判断交流子网的初始功率与交流子网的额定功率之间的关系，判断直流子网的初始功率与直流子网的额定功率之间的关系；当交流子网和直流子网的初始功率均超过额定功率，或者，当交流子网和直流子网的初始功率均低于额定功率时，互联变流器采用模式一，通过控制环节控制交流频率的标幺值与直流电压的标幺值相等；当直流子网的初始功率状况偏离直流子网的额定功率较小时，互联变流器采用模式二，通过控制环节控制直流电压的标幺值为0，即控制直流子网运行在额定状态；当交流子网的初始功率偏离交流子网的额定功率较小时，互联变流器采用模式三，通过控制环节控制交流频率的标幺值为0，即控制交流子网运行在额定状态。
[0094]
本发明还提供了一种互联变流器920，请结合参照图4，互联变流器920分别与交流子网930、直流子网910连接，该互联变流器用于实现如上述的任意一项的方法。本实施例提供的互联变流器920，仅做示例不做限定。
[0095]
上述实施例中，优化互联变流器功率传输方式，弥补了之前互联变流器进行非必要功率传输的缺点，降低了交直流混合微电网系统的运行损耗，对提升交直流混合微电网的运行效率、优化子网间功率传输具有重要意义。
[0096]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘且本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
[0097]
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。