本發(fā)明涉及電壓動態(tài)補(bǔ)償技術(shù)，尤其是涉及一種基于逆變器等效阻抗的電壓動態(tài)補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

微電網(wǎng)系統(tǒng)中，分布式電源與儲能裝置相互配合，為本地負(fù)載提供電能。逆變器作為能量轉(zhuǎn)換裝置，起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)波動超出一定范圍時，微電網(wǎng)要脫離主電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，進(jìn)入到孤島運(yùn)行模式。此時需要穩(wěn)定逆變器輸出電壓的幅值與頻率，提高電能質(zhì)量，保障本地負(fù)載的正常運(yùn)行。而由于分布式電源容量有限，不能等同于大電網(wǎng)視為無窮大系統(tǒng)。逆變器重載時，隨著負(fù)載功率的實(shí)時變化，輸出電壓難以保持穩(wěn)定。且現(xiàn)有的方案一般忽略線路阻抗和逆變器等效輸出阻抗，加劇了負(fù)載兩端電壓跌落，影響正常供電，還存在以下不足：

1、電壓控制型逆變器可以等效為可控電壓源與等效阻抗串聯(lián)的形式，當(dāng)工作在離網(wǎng)模式時，由p-f下垂曲線可知，負(fù)載無功功率發(fā)生變化，會引起逆變器輸出電壓的頻率相應(yīng)變化；

2、逆變器工作在孤島模式下，尤其是重載運(yùn)行時，忽略逆變器內(nèi)部輸出阻抗的影響會造成電壓補(bǔ)償?shù)牟痪_。

鑒于以上原因，需要一種方便快捷，準(zhǔn)確度高的新型電壓補(bǔ)償技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于逆變器等效阻抗的電壓動態(tài)補(bǔ)償方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于逆變器等效阻抗的電壓動態(tài)補(bǔ)償方法，該方法根據(jù)逆變器等效阻抗，在負(fù)載變化時對逆變器輸出電壓進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，具體包括：

輸出電壓幅值補(bǔ)償步驟，根據(jù)負(fù)載有功功率、負(fù)載無功功率及電壓幅值基準(zhǔn)值生成輸出電壓幅值調(diào)節(jié)值；

輸出電壓頻率補(bǔ)償步驟，根據(jù)負(fù)載兩端電壓及電壓頻率基準(zhǔn)值生成輸出電壓頻率調(diào)節(jié)值；

逆變器控制步驟，根據(jù)所述輸出電壓幅值調(diào)節(jié)值和輸出電壓頻率調(diào)節(jié)值控制逆變器工作，實(shí)現(xiàn)電壓動態(tài)補(bǔ)償。

所述輸出電壓幅值補(bǔ)償步驟具體為：

101)根據(jù)負(fù)載有功功率和負(fù)載無功功率獲得逆變器等效阻抗上的壓降信號；

102)將所述壓降信號依次經(jīng)比例控制器和低通濾波器獲得輸出電壓幅值差值信號；

103)將所述輸出電壓幅值差值信號與電壓幅值基準(zhǔn)值疊加生成輸出電壓幅值調(diào)節(jié)值。

所述輸出電壓幅值調(diào)節(jié)值v1^*的表達(dá)式為：

其中，veq為等效阻抗兩端電壓。

所述輸出電壓頻率補(bǔ)償步驟具體為：

201)對負(fù)載兩端電壓進(jìn)行二次廣義積分，生成電壓正交分量；

202)根據(jù)所述電壓正交分量及電壓頻率基準(zhǔn)值，采用反饋方式生成輸出電壓頻率調(diào)節(jié)值。

所述輸出電壓頻率調(diào)節(jié)值滿足以下表達(dá)式：

其中，ωco為電壓頻率基準(zhǔn)值，kmu2為頻率調(diào)控參數(shù)，為并網(wǎng)運(yùn)行時電網(wǎng)與逆變器輸出電壓之間的相角差值，vfil為負(fù)載兩端電壓，kf為低通濾波器參數(shù)。

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

1)能夠結(jié)合逆變器自身特點(diǎn)，有效應(yīng)對負(fù)載跳變帶來的電壓波動；

2)相比傳統(tǒng)的電壓頻率二次調(diào)節(jié)，本發(fā)明能夠做到快速平穩(wěn)，只需要一個環(huán)節(jié)便能保持電壓頻率的穩(wěn)定；

3)電壓幅值補(bǔ)償中利用了電力系統(tǒng)中經(jīng)典電力傳輸線電壓降落計(jì)算方法，測量環(huán)節(jié)少，且不需要過多參數(shù)設(shè)計(jì)，適應(yīng)性更強(qiáng)；

4)考慮了等效輸出阻抗的影響，電壓補(bǔ)償更精確；

5)本發(fā)明相對一般的補(bǔ)償方法而言，能夠做到響應(yīng)及時、穩(wěn)定性高，有效保障整個微網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

附圖說明

圖1為微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式等效電路圖；

圖2為微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式下的電壓向量圖；

圖3為本發(fā)明輸出電壓幅值補(bǔ)償?shù)目刂瓶驁D；

圖4為本發(fā)明輸出電壓頻率補(bǔ)償?shù)目刂瓶驁D；

圖5為應(yīng)用本發(fā)明后的負(fù)載突變時電壓波形圖；

圖6為未應(yīng)用本發(fā)明的負(fù)載突變時電壓波形圖；

圖7為應(yīng)用本發(fā)明后的負(fù)載突變時頻率波形圖；

圖8為未應(yīng)用本發(fā)明的負(fù)載突變時頻率波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

本發(fā)明提供一種基于逆變器等效阻抗的電壓動態(tài)補(bǔ)償方法，該方法根據(jù)逆變器等效阻抗，在負(fù)載變化時對逆變器輸出電壓進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，具體包括：輸出電壓幅值補(bǔ)償步驟，根據(jù)負(fù)載有功功率、負(fù)載無功功率及電壓幅值基準(zhǔn)值生成輸出電壓幅值調(diào)節(jié)值；輸出電壓頻率補(bǔ)償步驟，根據(jù)負(fù)載兩端電壓及電壓頻率基準(zhǔn)值生成輸出電壓頻率調(diào)節(jié)值；逆變器控制步驟，根據(jù)所述輸出電壓幅值調(diào)節(jié)值和輸出電壓頻率調(diào)節(jié)值控制逆變器工作，實(shí)現(xiàn)電壓動態(tài)補(bǔ)償。

本發(fā)明補(bǔ)償方法基于電壓控制型逆變器，參考了電力系統(tǒng)分析中傳輸線電壓降落計(jì)算方法，建立起壓降與功率損耗關(guān)系公式，設(shè)計(jì)了一套輸出電壓幅值補(bǔ)償方案。在頻率方面，由逆變器等效阻抗產(chǎn)生的相角差引起的頻率缺額可以通過補(bǔ)償調(diào)頻軸保持實(shí)時平穩(wěn)。本方法能夠根據(jù)負(fù)載端電壓實(shí)際情況，實(shí)時調(diào)整逆變器輸出電壓幅值與頻率，且把逆變器等效阻抗造成的影響考慮在內(nèi)。

電壓控制型逆變器孤島運(yùn)行時可以等效為圖1所示電路，其中等效電動勢可表示為：

其中電壓幅值eco表示電壓幅值基準(zhǔn)值，kmu1表示幅值調(diào)控參數(shù)，θi表示輸出等效電壓相位角，v1^*表示輸出電壓幅值調(diào)節(jié)值，可以看出其取值與v1^*軸取值呈線性相關(guān)。

輸出電壓角頻率可表示為：

其中，ωco表示電壓頻率基準(zhǔn)值，kmu2表示頻率調(diào)控參數(shù)，kf為低通濾波器參數(shù)，表示輸出電壓頻率調(diào)節(jié)值，表示并網(wǎng)運(yùn)行時電網(wǎng)與逆變器輸出電壓之間的相角差值，孤島運(yùn)行時為0。

可控等效輸出阻抗：

其中，β表示前饋系數(shù)，gpwm表示逆變器放大系數(shù)，一般取1，α表示pi控制器比例系數(shù)，ts表示pi控制器積分時間常數(shù)。

為了方便逆變器輸出有功功率與無功功率之間解耦，該等效阻抗一般調(diào)整為整體呈感性。分析圖1電路圖，可得到對應(yīng)電壓向量圖如圖2所示。

由圖2中可以看出由于等效阻抗的存在，等效電動勢電壓vco不等于逆變器輸出電壓vfil。且借鑒電力系統(tǒng)分析中電力傳輸線電壓降落與功率損耗關(guān)系公式，可知始端電壓vco與末端電壓vfil之間滿足：

一般情況下橫分量δveq較小可以忽略，從而起始端電壓幅值為：

由上式分析可知，無論負(fù)載消耗有功功率或是無功功率，等效阻抗上都會存在相應(yīng)的壓降，因此需要建立相應(yīng)的補(bǔ)償控制策略。

由電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)p-f下垂曲線可知，當(dāng)負(fù)載無功功率發(fā)生變化時，系統(tǒng)內(nèi)電壓頻率也會隨之變動。目前的調(diào)節(jié)方法一般通過兩次調(diào)整才能達(dá)到無差調(diào)節(jié)。該調(diào)整過程消耗時間較長且需要環(huán)節(jié)眾多。由孤島運(yùn)行時逆變器的輸出頻率表達(dá)式(2)，等效阻抗的存在會引發(fā)相角差從而造成系統(tǒng)內(nèi)頻率下跌。

本方法建立的電壓幅值補(bǔ)償方案原理圖如圖3所示。輸出電壓幅值補(bǔ)償步驟具體為：

101)根據(jù)負(fù)載有功功率和負(fù)載無功功率獲得逆變器等效阻抗上的壓降信號；

102)將所述壓降信號依次經(jīng)比例控制器和低通濾波器lpf獲得輸出電壓幅值差值信號；

103)將所述輸出電壓幅值差值信號與電壓幅值基準(zhǔn)值疊加生成輸出電壓幅值調(diào)節(jié)值。

則幅值補(bǔ)償方面，可得v1^*表達(dá)式：

上式中，取eco＝220，kmu1＝1，這樣就確立了v1^*的反饋調(diào)節(jié)值，也即δv1^*，確保了在負(fù)載變動情況下動態(tài)調(diào)節(jié)等效電源的幅值，從而保持本地負(fù)載電壓vfil幅值的穩(wěn)定。這樣的動態(tài)調(diào)整能夠使負(fù)載在逆變器由并網(wǎng)運(yùn)行模式向孤島運(yùn)行模式切換的過程中始終保持穩(wěn)定。

頻率補(bǔ)償方案如圖4所示，輸出電壓頻率補(bǔ)償步驟具體為：對負(fù)載兩端電壓進(jìn)行二次廣義積分，生成電壓正交分量，根據(jù)所述電壓正交分量及電壓頻率基準(zhǔn)值，采用反饋方式生成輸出電壓頻率調(diào)節(jié)值。

分析等效輸出阻抗引起的相角差，根據(jù)式(2)對應(yīng)關(guān)系調(diào)節(jié)v2*頻率控制參考量，即可得到補(bǔ)償值保持系統(tǒng)內(nèi)電壓頻率的穩(wěn)定。

帶入化簡可以得出調(diào)頻軸的補(bǔ)償量，其中，kv2表示頻率補(bǔ)償系數(shù)，代表由等效阻抗造成的相角差值，v2表示頻率調(diào)節(jié)環(huán)初始值，表示頻率調(diào)節(jié)環(huán)補(bǔ)償值。

下面通過仿真驗(yàn)證所提的補(bǔ)償策略的正確性。開始時，負(fù)載功率為p＝1000w，q＝500var。為了更好的驗(yàn)證動態(tài)補(bǔ)償效果，于0.2s時，負(fù)載加倍，同時給出了未加補(bǔ)償?shù)碾妷盒Ч麍D，如圖5-圖8所示。

由兩組對比圖對比可以看出，未加補(bǔ)償環(huán)節(jié)的逆變器無法應(yīng)對由負(fù)載變化帶來的沖擊，會造成幅值與頻率的較大跌落。而本方法通過建立補(bǔ)償環(huán)節(jié)，能夠快速調(diào)整逆變器輸出，保持整個系統(tǒng)內(nèi)電壓的穩(wěn)定。有效保障了微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)電能質(zhì)量的穩(wěn)定。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。