[發明專利]一種采用母線電壓補償的微電網多逆變器并聯運行控制方法

有效

• 申請號: 201510295633.4
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN104836235B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 霍凌宇;張慶海;吳麗靜;劉德才;呂春暉
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司聊城供電公司;國家電網公司
• 主分類號: H02J3/12
• 分類號: H02J3/12;H02J3/26;H02J3/01
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 呂利敏

1.一種采用母線電壓補償的微電網多逆變器并聯運行控制方法，其特征在于，該方法在孤島微電網多逆變器并聯系統運行，所述孤島微電網多逆變器并聯系統包括若干分布式發電單元、公共母線、非線性負載、三相不平衡負載、集中控制器，所述若干分布式發電單元之間并聯連接，所述若干分布式發電單元通過饋線連接所述公共母線，所述公共母線上設有所述非線性負載、所述三相不平衡負載及所述集中控制器，所述分布式發電單元包括順次連接的微源、三相全橋逆變電路、濾波電感L、濾波電容C、饋線，所述分布式發電單元還包括本地控制器、驅動保護電路，所述三相全橋逆變電路包括六個功率開關管；

所述集中控制器對所述公共母線電壓進行采樣處理和計算，所述集中控制器的輸出量通過低帶寬通信傳送至所述若干分布式發電單元的本地控制器中，所述本地控制器輸出量通過所述驅動保護電路驅動所述三相全橋逆變電路中六個功率開關管的開通與關斷；具體步驟包括：

(1)集中控制器對公共母線電壓向量v_abc進行采樣、處理與計算，得到dq坐標系下公共母線電壓基波負序向量v_dq^1-、h次諧波分量正序向量v_dq^h+以及h次諧波分量負序向量v_dq^h-，并通過低帶寬通信輸送至各分布式發電單元的本地控制器中；其中，h是指特征次諧波的次數，h＝3,5,7,9；g、集中控制器利用鎖相環PLL捕獲得到公共母線電壓向量v_abc的角頻率ω_pcc；包括步驟如下：

h、參考-ω_pcc，將v_abc進行abc-dq坐標變換，得出的值通過低通濾波LPF，得到公共母線電壓基波負序向量v_dq^1-；參考hω_pcc，將v_abc進行abc-dq坐標變換，得出的值通過低通濾波LPF，得到公共母線電壓h次諧波分量正序向量v_dq^h+；參考-hω_pcc，將v_abc進行abc-dq坐標變換，得出的值通過低通濾波LPF，得到公共母線電壓h次諧波分量負序向量v_dq^h-；

v_abc通過abc-dq坐標變換至v_dq^1-的計算公式如式(XIII)所示：

vdq1-=23cos(-ωpcct)cos(-ωpcct-2π/3)cos(-ωpcct-4π/3)-sin(-ωpcct)-sin(-ωpcct-2π/3)-sin(-ωpcct-4π/3)vabc---(XIII)]]>

v_abc通過abc-dq坐標變換至v_dq^h+的計算公式如式(XIV)所示：

vdqh+=23cos(hωpcct)cos(hωpcct-2π/3)cos(hωpcct-4π/3)-sin(hωpcct)-sin(hωpcct-2π/3)-sin(hωpcct-4π/3)vabc---(XIV)]]>

v_abc通過abc-dq坐標變換至v_dq^h-的計算公式如式(XV)所示：

vdqh-=23cos(-hωpcct)cos(-hωpcct-2π/3)cos(-hωpcct-4π/3)-sin(-hωpcct)-sin(-hωpcct-2π/3)-sin(-hωpcct-4π/3)vabc---(XV);]]>

(2)在每個采樣周期的起始點，各分布式發電單元的本地控制器對濾波電感電流向量i_Labc、濾波電容電壓向量v_oabc、饋線電流向量i_oabc分別進行采樣與處理；其中，i_Labc＝[i_La i_Lbi_Lc]^T，v_oabc＝[v_oa v_ob v_oc]^T，i_oabc＝[i_oa i_ob i_oc]^T；i_La、i_Lb、i_Lc分別為濾波電感電流向量i_Labc中a相、b相、c相電流值，v_oa、v_ob、v_oc分別為濾波電容電壓向量v_oabc中a相、b相、c相電壓值，i_oa、i_ob、i_oc分別為饋線電流向量i_oabc中a相、b相、c相電流值；

(3)在各分布式發電單元的本地控制器中，采用abc-αβ坐標變換，將濾波電容電壓向量v_oabc變換為αβ坐標系下濾波電容電壓向量v_oαβ，將饋線電流向量i_oabc變換為αβ坐標系下饋線電流向量i_oαβ；

(4)分別提取v_oαβ、i_oαβ的基波正序分量，得到濾波電容電壓基波正序向量v_oαβ⁺、饋線電流基波正序向量i_oαβ⁺；其中，v_oαβ⁺＝[v_oα⁺ v_oβ⁺]^T，i_oαβ⁺＝[i_oα⁺ i_oβ⁺]^T；v_oα⁺、v_oβ⁺分別為αβ坐標系下濾波電容電壓基波正序向量v_oαβ⁺的α坐標分量、β坐標分量；i_oα⁺、i_oβ⁺分別為αβ坐標系下饋線電流基波正序向量i_oαβ⁺的α坐標分量、β坐標分量；計算公式如式(Ⅰ)所示：

voαβ+=voα+voβ+=121-q′q′1voαβioαβ+=ioα+ioβ+=121-q′q′1ioαβ---(I)]]>

式(Ⅰ)中，q′為時域內的相移，q′＝e^-jπ/2，j²＝-1；

(5)基波正序功率計算，根據濾波電容電壓基波正序向量v_oαβ⁺和饋線電流基波正序向量i_oαβ⁺計算出基波正序有功功率P⁺和基波正序無功功率Q⁺；計算公式如式(II)所示：

P+Q+=voα+voβ+voβ+-voα+ioα+ioβ+---(II);]]>

(6)基波正序功率控制，由基波正序有功功率P⁺和基波正序無功功率Q⁺計算出參考電壓幅值E和參考電壓相位角φ；計算公式如式(Ⅲ)所示：

φ=1s(ω*-miP+)E=E*-niQ+---(III)]]>

式(Ⅲ)中，E^*為空載電壓幅值參考值，ω^*為空載電壓角頻率參考值；m_i為有功功率下垂系數，n_i為無功功率下垂系數；s為復頻率；

在含有N個不同額定容量逆變器的孤島微電網中，N個逆變器的下垂系數和各自的額定容量之間需滿足的關系如式(IV)所示：

m1S0,1=m2S0,2=...=miS0,i=...=mNS0,Nn1S0,1=n2S0,2=...=niS0,i=...=nNS0,N---(IV)]]>

式(IV)中，m₁至m_N表示序號從1至N的各逆變器的有功功率下垂系數，n₁至n_N表示序號從1至N的各逆變器的無功功率下垂系數；S_0,1至S_0,N表示序號從1至N的各逆變器的額定容量；

(7)參考電壓合成，根據參考電壓幅值E和參考電壓相位角φ合成參考電壓向量v_ref；計算公式如式(Ⅴ)所示：

vref=vrefavrefbvrefc=E sinφE sin(φ-2π/3)E sin(φ+2π/3)---(V)]]>

式(Ⅴ)中，v_refa、v_refb、v_refc分別為參考電壓向量v_ref的a相、b相、c相電壓值；

(8)采用abc-αβ坐標變換，將參考電壓向量v_ref變換成αβ坐標系下參考電壓向量v_refαβ；

(9)αβ坐標系下饋線電流向量i_oαβ與虛擬阻抗進行運算，得到αβ坐標系下虛擬阻抗電壓向量v_vαβ；具體計算步驟包括：

i、對αβ坐標系下饋線電流向量i_oαβ提取基波正序分量i_oα¹⁺、i_oβ¹⁺和基波負序分量i_oα^1-、i_oβ^1-，提取基波正序分量i_oα¹⁺、i_oβ¹⁺的計算公式如式(XVI)所示：

ioα1+ioβ1+=121-q′q′1ioαβ---(XVI),]]>

提取基波負序分量i_oα^1-、i_oβ^1-的計算公式如式(XVII)所示：

ioα1-ioβ1-=121q′-q′1ioαβ---(XVII);]]>

式(XVI)及式(XVII)中，q′為時域內的相移，q′＝e^-jπ/2，j²＝-1；

采用滑窗離散傅里葉變換SDFT提取αβ坐標系下饋線電流向量i_oαβ的h次諧波分量i_oα^h和i_oβ^h，滑窗離散傅里葉變換SDFT的傳遞函數H_SDFT(z)如式(XVIII)所示：

HSDFT(z)=1-z-N1-ej2πh/Nz-1---(XVIII)]]>

式(XVIII)中，N為一個工頻周期的采樣點數，h為對應的特征次諧波的次數，j為虛數單位，且j²＝-1；

j、計算αβ坐標系下虛擬阻抗電壓向量v_vαβ的α坐標分量v_vα和β坐標分量v_vβ，計算公式如式(XIX)所示：

vvα=ioα1+Rv1++ioα1-Rv11-ioβ1+ω0Lv+Σh=3,5,7,9ioαhRvhvvβ=ioβ1+Rv1++ioα1+ω0Lv+ioβ1-Rv1-+Σh=3,5,7,9ioβhRvh---(XIX)]]>

式(XIX)中，R_v¹⁺為基波正序虛擬電阻，R_v^1-為基波負序虛擬電阻，ω₀為額定角頻率，L_v為基波正序虛擬電感，R_v^h為h次諧波虛擬電阻；

在含有N個不同額定容量逆變器的孤島微電網中，N個逆變器的基波正序虛擬電阻R_v¹⁺、基波負序虛擬電阻R_v^1-、基波正序虛擬電感L_v、h次諧波虛擬電阻R_v^h皆與其各自的額定容量呈反比例關系；

對αβ坐標系下虛擬阻抗電壓向量v_vαβ而言，v_vαβ＝[v_vα v_vβ]^T；

(10)利用PLL鎖相環捕獲濾波電容電壓向量v_oabc的相位角θ_vo；

(11)特征次諧波正負序補償電壓計算，通過αβ坐標系下饋線電流向量i_oαβ的α坐標分量i_oα、濾波電容電壓向量v_oabc相位角θ_vo以及dq坐標系下公共母線電壓基波負序向量v_dq^1-、h次諧波分量正序向量v_dq^h+、h次諧波分量負序向量v_dq^h-，計算出特征次諧波正負序補償電壓向量v_c；計算步驟包括：

a、對αβ坐標系下饋線電流向量i_oαβ的α坐標分量i_oα提取基波和諧波，得到i_oα的基波分量i_oα¹以及h次諧波分量i_oα^h；

b、提取i_oα¹和i_oα^h的正序負序分量，得到i_oα¹的正序分量i_oα¹⁺和負序分量i_oα^1-，以及i_oα^h的正序分量i_oα^h+和負序分量i_oα^h-；

c、分別計算i_oα¹⁺、i_oα^1-及至i_oα^h+、i_oα^h-的有效值，得到I_oα¹⁺、I_oα^1-及至I_oα^h+、I_oα^h-；

d、對有效值I_oα¹⁺、I_oα^1-及至I_oα^h+、I_oα^h-作如下運算，分別求取I_oα^1-與I_oα¹⁺的比值HD^1-、I_oα^h+與I_oα¹⁺的比值HD^h+、I_oα^h-與I_oα¹⁺的比值HD^h-；運算公式如式(Ⅵ)所示：

HD1-=Ioα1-Ioα1+...HDh+=Ioαh+Ioα1+HDh-=Ioαh-Ioα1+---(VI);]]>

e、參考-θ_vo，將dq坐標系下公共母線電壓基波負序向量v_dq^1-進行dq-αβ坐標變換，得到αβ坐標系下公共母線電壓基波負序向量v_αβ^1-；分別參考hθ_vo、-hθ_vo，對v_dq^h+、v_dq^h-進行dq-αβ坐標變換,得到αβ坐標系下公共母線電壓h次諧波分量正序向量v_αβ^h+、公共母線電壓h次諧波分量負序向量v_αβ^h-；

將v_dq^1-進行dq-αβ坐標變換至v_αβ^1-的計算公式如式(Ⅶ)所示：

vαβ1-=Cdq-αβvdq1-=cos(-θvo)-sin(-θvo)sin(-θvo)cos(-θvo)vdq1----(VII);]]>

將v_dq^h+進行dq-αβ坐標變換至v_αβ^h+的計算公式如式(Ⅷ)所示：

vαβh+=Cdq-αβvdqh+=cos(hθvo)-sin(hθvo)sin(hθvo)cos(hθvo)vdqh+---(VIII);]]>

將v_dq^h-進行dq-αβ坐標變換至v_αβ^h-的計算公式如式(Ⅸ)所示：

vαβh-=Cdq-αβvdqh-=cos(-jθvo)-sin(-jθvo)sin(-jθvo)cos(-jθvo)vdqh----(IX);]]>

式(Ⅶ)、式(Ⅷ)及式(Ⅸ)中，C_dq-_αβ為dq-αβ坐標變換矩陣；

f、計算特征次諧波正負序補償電壓向量v_c,計算公式如式(Ⅹ)所示：

vc=S0,iΣj=1NS0,jΣh=3,5,7,9[Gh+(HDmaxh+-HDh+)vαβh++Gh-(HDmaxh--HDh-)vαβh-]+S0,iΣj=1NS0,jG1-(HDmax1--HD1-)vαβ1----(X)]]>

式(Ⅹ)中，HD_max^1-為HD^1-的最大允許值，HD_max^h+、HD_max^h-分別為HD^h+、HD^h-的最大允許值；G^1-為基波負序補償增益，G^h+為h次諧波正序補償增益，G^h-為h次諧波負序補償增益；S_0,i為分布式發電單元逆變器額定容量；為孤島微電網所有分布式發電單元逆變器額定容量之和；

(12)αβ坐標系下參考電壓向量v_refαβ加上特征次諧波正負序補償電壓向量v_c，得到的和值再減去αβ坐標系下虛擬阻抗電壓向量v_vαβ，得到αβ坐標系下的電壓調節參考向量v^*_αβ；

(13)αβ坐標系下的電壓調節參考向量v^*_αβ減去αβ坐標系下濾波電容電壓向量v_oαβ，得到的差值通過準比例諧振控制進行電壓調節，得到αβ坐標系下的電流調節參考向量i^*_αβ；準比例諧振控制的傳遞函數G_pr(s)如式(Ⅺ)所示：

Gpr(s)=kp+2kifωcss2+2ωcs+ω02+Σh=3,5,7,92kihωcss2+2ωcs+(hω0)2---(XI)]]>

式(Ⅺ)中，s為復頻率，k_p為準比例諧振控制的比例系數，k_if為準比例諧振控制的基波諧振增益，k_ih為準比例諧振控制的h次諧波諧振增益；ω_c為準比例諧振控制的截止頻率，ω₀為額定角頻率；

(14)濾波電感電流向量i_Labc通過abc-αβ坐標變換，得到αβ坐標系下濾波電感電流向量i_Lαβ；

(15)αβ坐標系下的電流調節參考向量i^*_αβ減去αβ坐標系下濾波電感電流向量i_Lαβ，得到的差值再乘以電流增益K_I并通過αβ-abc坐標變換，得到調制信號i_m；計算公式如式(Ⅻ)所示：

im=Cαβ-abc(iαβ*-iLαβ)KI=2310-1232-1232(iαβ*-iLαβ)KI---(XII)]]>

式(Ⅻ)中，C_αβ-abc為αβ-abc坐標變換矩陣；

(16)調制信號i_m通過所述驅動保護電路，驅動三相全橋逆變電路六個功率開關管的開通與關斷。