DQZHAN技术讯：发明**｜一种微电网功率下垂控制方法
摘要
本发明公开了一种微电网功率下垂控制方法，构建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并网逆变器系统;采集逆变器输出的三相电压和三相电流瞬时值，通过dq变换为直流量，经过功率计算得到实时的有功功率和无功功率值;在下垂控制器中给定有功和无功功率参考值，其中无功功率参考值为0，计算得到参考电压的幅值和相角值;将参考电压与实际电压作差得到误差电压值，经PI调节器输出后作为电流信号参考值，再与实际电流作差得到误差电流值，并输入到PI调节器中;将调节器输出的调制信号经过SVPWM调制生成PWM脉冲波，使三相并网逆变系统并网发电。本发明解决了传统下垂控制并网运行时无功功率不可控问题，不存在有功功率和无功功率的耦合，实现了功率因数输出。
1 .一种微电网功率下垂控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，构建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并网逆变器系统;
步骤2，采集三相并网逆变器输出的三相电压和三相电流瞬时值，通过dq变换转换为直
流量，经过功率计算得到实时的有功功率和无功功率值;
步骤3，在下垂控制器中给定有功和无功功率参考值，其中无功功率参考值为0，将实际有功功率与参考有功功率的差值乘以下垂系数，再与额定频率作差得到频率值，将实际无功功率与参考无功功率的差值经比例积分(PI)调节器调节，再与额定电压作差得到参考电压值;
步骤4，将参考电压与实际电压作差得到误差电压值，误差电压值经PI调节器输出后作为电流信号参考值，电流信号参考值再与实际电流作差得到误差电流值，误差电流值输入到比例积分调节器(PI)中，PI调节器输出为调制信号;
步骤5，将PI调节器输出的调制信号经过SVPWM调制生成PWM脉冲波，从而控制三相全桥逆变器功率管的开通和关断，使三相并网逆变系统并网发电。
2.根据权利要求1所述的一种微电网功率下垂控制方法，其特征在于，所述步骤1中构建P-ω和Q-0下垂控制器的算法如下：
有功功率公式为ω=ω0-kp(P-P0) (1);
无功功率公式为U=U0-GPI(Q-Q0) (2);
式中，U和ω分别为逆变器输出电压幅值及频率;P和Q分别为输出有功功率及无功功率;U0和ω0分别为额定电压幅值及频率;P0和Q0分别为额定有功功率及无功功率;kp为有功功率下垂系数;GPI为引入的PI调节器传递函数。
3 .根据权利要求1所述的一种微电网功率下垂控制方法，其特征在于：将传统控制策略中的无功功率下垂系数部分修改为一个PI调节器，并网运行时，修改后的无功功率紧紧跟随给定参考功率值，**控制为0，即逆变器不输出无功功率。
技术领域
本发明涉及电网控制领域，尤其是一种微电网功率下垂控制方法。
背景技术
随着智能电网的不断发展，由分布式电源组成的微网越来越受到国内外学者们的关注。微网的运行模式主要分为并网和孤岛两种，实现并网/孤岛双模式运行是真正体现其灵活性的关键环节，其运行控制具有更高的挑战性。微电网运行控制方法主要分为三类，主从控制、对等控制和分层控制。下垂控制属于对等控制方法，其在不改变系统现有控制和保护策略的情况下，随时可将分布式电源接入微网，实现 “ 即插即用”，故微电网多采用下垂控制方法。
对于线路阻抗主要呈感性的逆变器并网系统，传统的下垂控制存在孤岛运行时无功功率不能**控制，并网运行时导致无功功率处于不可控状态。
发明内容
本发明目的在于提供一种**控制无功功率、对电压幅值进行有效调节的微电网功率下垂控制方法。
为实现上述目的，采用了以下技术方案，本发明所述方法包括以下步骤：
步骤1，构建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并网逆变器系统;
步骤2，采集三相并网逆变器输出的三相电压和三相电流瞬时值，通过dq变换转换为直流量，经过功率计算得到实时的有功功率和无功功率值;
步骤3，在下垂控制器中给定有功和无功功率参考值，其中无功功率参考值为0。将实际有功功率与参考有功功率的差值乘以下垂系数，再与额定频率作差得到频率值，将实际无功功率与参考无功功率的差值经比例积分(PI)调节器调节，再与额定电压作差得到参考电压值;
步骤4，参考电压与实际电压作差得到误差电压值，误差电压值经PI调节器输出后作为电流信号参考值，电流信号参考值再与实际电流作差得到误差电流值，误差电流值输入到PI调节器中，PI调节器输出为调制信号
步骤5，将PI调节器输出的调制信号经过SVPWM调制生成PWM脉冲波，从而控制三相全桥逆变器功率管的开通和关断，使三相并网逆变系统并网发电。
进一步的，所述步骤1中构建P-ω和Q-0下垂控制器的算法如下：
有功功率公式为ω=ω0-kp(P-P0) (1);
无功功率公式为U=U0-GPI(Q-Q0) (2);式中，U和ω分别为逆变器输出电压幅值及频率;P和Q分别为输出有功功率及无功功率;U0和ω0分别为额定电压幅值及频率;P0和Q0分别为额定有功功率及无功功率;kp为有功功率下垂系数;GPI为引入的PI调节器传递函数;
进一步的，本发明方法将传统控制策略中的无功功率下垂系数部分修改为一个PI调节器，并网运行时，修改后的无功功率紧紧跟随给定参考功率值，可**控制为0，即逆变器不输出无功功率。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、有功功率仍采用类发电机的下垂方式进行控制且不受线路阻抗的影响，保留了原有控制算法的优点;
2、无功功率被**控制为0，同时可完成对电压幅值的调节;
3、本控制算法不存在有功功率和无功功率的耦合，实现了功率因数输出;
4、本控制算法能够实现独立和并网双模式控制，只需要加入预同步环节即可，简化了系统不同模式不同算法的复杂度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示的本发明的结构简图中，本发明所述方法包括以下步骤：
步骤1，构建P-ω和Q-0下垂控制器及三相并网逆变器系统，如图1所示，逆变器输出电压和电流经测量采集后由功率计算环节得出平均有功和无功功率，经下垂控制环节得到输出相应输出电压频率和幅值指令值，经电压合成环节获得参考电压，*后通过电压电流双闭环控制产生控制信号。为使输出阻抗呈现感性，增加虚拟阻抗环节。
构建P-ω和Q-0下垂控制器的算法如下：
有功功率公式为ω=ω0-kp(P-P0) (1);
无功功率公式为U=U0-GPI(Q-Q0) (2);
式中，U和ω分别为逆变器输出电压幅值及频率;P和Q分别为输出有功功率及无功功率;U0和ω0分别为额定电压幅值及频率;P0和Q0分别为额定有功功率及无功功率;kp为有功功率下垂系数;GPI为引入的PI调节器传递函数;
步骤2，采集三相并网逆变器输出的三相电压和三相电流瞬时值，通过dq变换转换为直流量，经过功率计算得到实时的有功功率和无功功率值;
步骤3，在下垂控制器中给定有功和无功功率参考值，其中无功功率参考值为0。将实际有功功率与参考有功功率的差值乘以下垂系数，再与额定频率作差得到频率值，将实际无功功率与参考无功功率的差值经PI调节器调节，再与额定电压作差得到参考电压值，
如图2所示;
步骤4，将参考电压与实际电压作差得到误差电压值，误差电压值经PI调节器输出后作为电流信号参考值，电流信号参考值再与实际电流作差得到误差电流值，误差电流值输入到PI调节器中，PI调节器输出为调制信号;
步骤5，将PI调节器输出的调制信号经过SVPWM调制生成PWM脉冲波，从而控制三相全桥逆变器功率管的开通和关断，使三相并网逆变系统并网发电。
本发明算法将传统控制策略中的无功功率下垂系数部分修改为一个PI调节器，并网运行时，修改后的无功功率紧紧跟随给定参考功率值，可**控制为0，即逆变器不输出无功功率。
实施例1：并网逆变器直流侧电压700V;电网相电压峰值为311V;下垂控制器额定有功功率为2kW，额定无功功率为0;负载有功功率为3kW，无功功率分别取0、1kVar进行验证。仿真结果如图3、4所示。图3a为传统控制策略下本地负载无功功率Q=0时的波形图，图3b为传统控制策略下本地负载无功功率Q=1000var时的波形图。图4a为本发明控制策略下本地负载无功功率Q=0时的波形图，图4b为本发明控制策略下本地负载无功功率Q=1000var时的波形图。对比图3和图4可以看出，采用传统控制策略有功功率被控制在额定值，而无功功率处于不可控状态。采用本发明提出的控制策略可将无功功率**控制为0，同时消除了有功功率和无功功率的耦合，实现了功率因数输出。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
