本發(fā)明涉及微電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其是一種孤島微電網(wǎng)無互連線頻率控制方法。

背景技術(shù)：

隨著近年來能源與環(huán)境問題日益嚴(yán)重，微電網(wǎng)技術(shù)得到了大規(guī)模的發(fā)展，由于微電網(wǎng)中逆變器多采用下垂控制，因此當(dāng)其運(yùn)行在孤島模式時(shí)由于下垂控制的固有特點(diǎn)將導(dǎo)致在負(fù)載不為額定值時(shí)系統(tǒng)電壓幅值與頻率偏離給定產(chǎn)生靜差，這是微電網(wǎng)控制中的一大難點(diǎn)?，F(xiàn)有的頻率控制方法多是針對(duì)單臺(tái)逆變器運(yùn)行的情況，少數(shù)考慮了多臺(tái)并聯(lián)情況的控制方法也需要額外引入互連線，增加了成本并且影響系統(tǒng)靈活性。

為了實(shí)現(xiàn)孤島微電網(wǎng)的高質(zhì)量運(yùn)行必須對(duì)頻率進(jìn)行控制，但是現(xiàn)有控制方法存在增加成本且影響靈活性的問題。為解決此問題，本發(fā)明提出了一種基于諧波注入的無互連線孤島微電網(wǎng)頻率無差控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率無差控制、保持系統(tǒng)靈活性的基于諧波注入的無互連線孤島微電網(wǎng)頻率無靜差控制方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明所述方法步驟如下：

步驟1，構(gòu)建采用P-f/Q-v下垂控制算法控制的兩臺(tái)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)；

步驟2，按照傳統(tǒng)P-f/Q-v下垂控制算法的下垂關(guān)系，即f＝f^*-m(P-P^*)，V＝V^*-n(Q-Q^*)進(jìn)行控制得到逆變器的輸出電壓幅值與頻率，其中f為輸出電壓頻率，f^*為下垂控制額定頻率，m為有功下垂系數(shù)，P為逆變器輸出有功功率，P^*為下垂控制額定有功功率；V為輸出電壓幅值，V^*為下垂控制額定電壓幅值，n為無功下垂系數(shù)，Q為逆變器輸出無功功率，Q^*為下垂控制額定無功功率；

步驟3，將標(biāo)準(zhǔn)工頻50Hz與逆變器輸出的電壓頻率值作差得到頻率誤差值，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后的輸出作為頻率補(bǔ)償值并添加給第一臺(tái)逆變器下垂控制中的頻率給定值；

步驟4，通過諧波注入模塊向并聯(lián)系統(tǒng)添加頻率恒定但幅值與補(bǔ)償量相關(guān)的諧波電壓；

步驟5，通過第二臺(tái)逆變器的諧波提取模塊提取的諧波電流的幅值反向計(jì)算出頻率補(bǔ)償量；

步驟6，將計(jì)算出的頻率補(bǔ)償量添加給第二臺(tái)逆變器下垂控制中的頻率給定值，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)逆變器系統(tǒng)的頻率無差控制。

進(jìn)一步的，所述步驟3的內(nèi)容為：

步驟3.1，在并聯(lián)系統(tǒng)中第一臺(tái)逆變器的頻率控制中添加一個(gè)PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸入為系統(tǒng)頻率與工頻的差值；

步驟3.2，將調(diào)節(jié)器輸出作為下垂控制的頻率補(bǔ)償量，此時(shí)P-f關(guān)系變?yōu)椋?/p>

f＝(f^*+Δf)-m(P-P^*) (1)

式中，f輸出電壓頻率，f^*為下垂控制額定頻率，Δf為頻率給定值補(bǔ)償量即PI調(diào)節(jié)器輸出值，m為有功下垂系數(shù)，P為逆變器輸出有功功率，P^*為下垂控制額定功率。

進(jìn)一步的，所述步驟4的內(nèi)容為：

步驟4.1，添加到并聯(lián)系統(tǒng)的諧波電壓的幅值為：

U＝a(1+Δf) (2)

式中，U為注入諧波電壓的幅值，a為一個(gè)可調(diào)系數(shù)，根據(jù)PCC的電能質(zhì)量要求以及不同的線路阻抗進(jìn)行選取可使注入的諧波對(duì)PCC電能質(zhì)量的影響降到最低，Δf為頻率給定值的補(bǔ)償量，即PI調(diào)節(jié)器的輸出值。

步驟4.2，將確定了幅值的諧波電壓加入到第一臺(tái)逆變器的輸出電壓上，可通過串聯(lián)可控電壓源或直接添加到內(nèi)部電壓給定值之上實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步的，所述步驟5的內(nèi)容為：

步驟5.1，對(duì)第二臺(tái)逆變器的輸出電流進(jìn)行諧波提取，提取與注入頻率相同的諧波部分，可通過復(fù)數(shù)濾波器或在不同頻率的dq坐標(biāo)系中進(jìn)行提??；

步驟5.2，第二臺(tái)逆變器計(jì)算出的頻率補(bǔ)償量為：

Δf＝I_h/I_s-1 (3)

式中，Δf為頻率給定值的補(bǔ)償量；I_h為提取出的諧波電流幅值；I_s為諧波電流的標(biāo)準(zhǔn)值，即在注入諧波電壓幅值為a V時(shí)所提取的諧波電流的幅值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、實(shí)現(xiàn)了孤島微電網(wǎng)頻率無靜差控制，在負(fù)載有功功率變化的情況下仍能保證系統(tǒng)輸出電壓頻率為50Hz，消除了頻率誤差對(duì)敏感負(fù)載的影響。

2、在頻率無靜差控制的基礎(chǔ)上不影響功率的分配，有功功率仍然按照傳統(tǒng)下垂控制的P-f關(guān)系進(jìn)行分配，保留了有功功率可以精確分配的優(yōu)點(diǎn)。

3、本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的功能均是在不需要增添互連線與通信環(huán)節(jié)的前提下實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)現(xiàn)了所提控制目標(biāo)的基礎(chǔ)上并不影響系統(tǒng)的靈活性，并且減少了系統(tǒng)的復(fù)雜度，節(jié)省了成本。并且此種不需要互連線卻能實(shí)現(xiàn)有互連線系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)的功能的控制方法在其他領(lǐng)域也將發(fā)揮重要作用，應(yīng)用前景十分廣闊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的控制框圖。

圖2為并聯(lián)系統(tǒng)頻率波形圖。

圖3為并聯(lián)系統(tǒng)逆變器輸出功率波形圖。

圖4為加入本發(fā)明所提控制方法后PCC電壓波形。

圖5為加入本發(fā)明所提控制方法后負(fù)載電流波形。

圖6為加入本發(fā)明所提控制方法后負(fù)載實(shí)測(cè)功率波形。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1所示，本發(fā)明所述方法步驟如下：

步驟1，構(gòu)建采用P-f/Q-v下垂控制算法控制的兩臺(tái)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)；

步驟2，按照傳統(tǒng)P-f/Q-v下垂控制算法的下垂關(guān)系，即f＝f^*-m(P-P^*)，V＝V^*-n(Q-Q^*)進(jìn)行控制得到逆變器的輸出電壓幅值與頻率，其中f為輸出電壓頻率，f^*為下垂控制額定頻率，m為有功下垂系數(shù)，P為逆變器輸出有功功率，P^*為下垂控制額定有功功率；V為輸出電壓幅值，V^*為下垂控制額定電壓幅值，n為無功下垂系數(shù)，Q為逆變器輸出無功功率，Q^*為下垂控制額定無功功率；

步驟3，將標(biāo)準(zhǔn)工頻50Hz與逆變器輸出的電壓頻率值作差得到頻率誤差值，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后的輸出作為頻率補(bǔ)償值并添加給第一臺(tái)逆變器下垂控制中的頻率給定值；

步驟3.1，在并聯(lián)系統(tǒng)中第一臺(tái)逆變器的頻率控制中添加一個(gè)PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸入為系統(tǒng)頻率與工頻的差值；

步驟3.2，將調(diào)節(jié)器輸出作為下垂控制的頻率補(bǔ)償量，此時(shí)P-f關(guān)系變?yōu)椋?/p>

f＝(f^*+Δf)-m(P-P^*) (1)

式中，f輸出電壓頻率，f^*為下垂控制額定頻率，Δf為頻率給定值補(bǔ)償量即PI調(diào)節(jié)器輸出值，m為有功下垂系數(shù)，P為逆變器輸出有功功率，P^*為下垂控制額定功率。

步驟4，通過諧波注入模塊向并聯(lián)系統(tǒng)添加頻率恒定但幅值與補(bǔ)償量相關(guān)的諧波電壓；

步驟4.1，添加到并聯(lián)系統(tǒng)的諧波電壓的幅值為：

U＝a(1+Δf) (2)

式中，U為注入諧波電壓的幅值，a為一個(gè)可調(diào)系數(shù)，根據(jù)PCC的電能質(zhì)量要求以及不同的線路阻抗進(jìn)行選取可使注入的諧波對(duì)PCC電能質(zhì)量的影響降到最低，Δf為頻率給定值的補(bǔ)償量，即PI調(diào)節(jié)器的輸出值。

步驟4.2，將確定了幅值的諧波電壓加入到第一臺(tái)逆變器的輸出電壓上，可通過串聯(lián)可控電壓源或直接添加到內(nèi)部電壓給定值之上實(shí)現(xiàn)。

步驟5，通過第二臺(tái)逆變器的諧波提取模塊提取的諧波電流的幅值反向計(jì)算出頻率補(bǔ)償量；

步驟5.1，對(duì)第二臺(tái)逆變器的輸出電流進(jìn)行諧波提取，提取與注入頻率相同的諧波部分，可通過復(fù)數(shù)濾波器或在不同頻率的dq坐標(biāo)系中進(jìn)行提??；

步驟5.2，第二臺(tái)逆變器計(jì)算出的頻率補(bǔ)償量為：

Δf＝I_h/I_s-1 (3)

式中，Δf為頻率給定值的補(bǔ)償量；I_h為提取出的諧波電流幅值；I_s為諧波電流的標(biāo)準(zhǔn)值，即在注入諧波電壓幅值為a V時(shí)所提取的諧波電流的幅值。

步驟6，將計(jì)算出的頻率補(bǔ)償量添加給第二臺(tái)逆變器下垂控制中的頻率給定值，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)逆變器系統(tǒng)的頻率無差控制。

以下通過兩臺(tái)并聯(lián)逆變器的仿真對(duì)本發(fā)明進(jìn)行有效性驗(yàn)證。

仿真參數(shù)如下：并網(wǎng)逆變器直流側(cè)電壓700V；電網(wǎng)相電壓峰值為311V；下垂控制器額定有功功率為1kW，有功下垂系數(shù)為1e-4，額定無功功率為0，無功下垂系數(shù)為3e-4；線路阻抗分別為Z₁＝(0.1+j0.013)Ω，Z₂＝(0.3+j0.039)Ω；負(fù)載有功功率初始值為5kW并在1.5s時(shí)變?yōu)?kW，無功功率初始值為3kVar并在1.5s時(shí)變?yōu)?kVar；本發(fā)明提出的控制方法在0.5s時(shí)開始運(yùn)行，且在2.5s時(shí)加入魯棒下垂控制，驗(yàn)證本發(fā)明所提方法與現(xiàn)有其他方法兼容性。仿真結(jié)果如附圖2～6所示。圖2為加入本發(fā)明所提控制方法前后系統(tǒng)的頻率波形圖，據(jù)此圖可知，加入本發(fā)明所提控制方法后，系統(tǒng)的頻率可以實(shí)現(xiàn)無差控制，且不受負(fù)載功率變化的影響。圖3為加入本發(fā)明所提控制方法前后系統(tǒng)輸出功率波形圖，據(jù)此圖可知雖然所提方法對(duì)瞬時(shí)功率產(chǎn)生微小影響，但不影響功率的精確分配，仍能實(shí)現(xiàn)有功功率的均分。且圖2、圖3中2.5s之后的波形證明本發(fā)明所提控制方法有比較好的兼容性，與現(xiàn)有的一些改進(jìn)下垂控制并不沖突。圖4、圖5、圖6一起觀察可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明中所提方法對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量以及負(fù)載的實(shí)測(cè)功率幾乎沒有影響，具備實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。結(jié)合上文所述以及各波形圖可以驗(yàn)證本發(fā)明所提出方法的有效性與可行性。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。