[發明專利]一種交流微網帶恒功率負載的混合控制方法

有效

• 申請號: 202011496166.9
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112701720B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 韓楊;楊孟凌;劉宇翔;王叢嶺;楊平;熊靜琪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/5387;H02M1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種交流微網帶恒功率負載情況下的混合控制策略。交流微網為兩臺并聯的單相全橋LCL型逆變器，恒功率負載為單相PWM整流器。本發明提出的混合控制策略可以分為上層控制和底層控制。上層控制采用基于虛擬阻抗和帶通濾波器的增強型下垂控制，用來抑制逆變器之間的環流并實現功率均分；底層控制采用非線性的無源性控制策略，用來實現逆變器的輸出電壓控制。另外，PWM整流器也采用無源性控制，以減小整流器交流側的諧波污染。本發明設計的混合控制策略，能夠實現逆變器之間的環流抑制與功率均分，逆變器與整流器的輸出電壓都能夠跟蹤上其參考值，提高了交流微網帶恒功率負載情況下的電能質量與系統穩定性。

技術領域

本發明屬于電力系統的交流微電網控制領域，涉及一種交流微網帶恒功率負載的混合控制策略，具體涉及一種基于虛擬阻抗和帶通濾波器的增強型下垂控制方法、基于EL模型的無源性控制方法及應用該方法的一個交流微電網系統。

背景技術

電能作為使用最廣泛的二次能源，具有高效清潔、便于使用的特點。隨著社會經濟的發展，對電能的需求不斷增加。由于傳統化石能源日益枯竭、全球變暖等問題，近年來光伏、風電等可再生能源的使用率逐漸增加。為了降低分布式發電單元對傳統大電網的不利影響，同時促進可再生能源的開發利用，微電網的概念被提出，其已廣泛地應用于航空、航天、園區、通信、海島、軍事基地等場景。與此同時，如何對微電網進行控制以保證其可靠運行越來越受到關注。

目前，應用于交流微網底層的傳統線性控制策略已較為成熟，例如PI控制、PR控制等。Rong-Jong Wai在IEEE Trans.Power Electronics上發表了題為《A Novel VoltageStabilization and Power Sharing Control Method Based on Virtual ComplexImpedance for an Off-Grid Microgrid》的文章提出了基于虛擬復阻抗的改進下垂控制方法來實現逆變器之間的功率均分，該微電網底層的電壓控制采用PR控制。授權公布號為CN106711993B的中國專利，提出一種基于頻域無源判據的改進控制策略,該控制策略在PI控制器的基礎上加入一階高通濾波器(即準PID控制器),分別保證輸入電壓和參考電壓到輸出電壓的無源性；在準PID控制器的輸出側疊加一個輸出電流反饋環,從而確保輸出電流到輸出電壓也即輸出阻抗的無源性。然而，由于電力電子變換器組成的微電網系統本質上屬于非線性系統，在微電網底層采用傳統的線性控制策略無法達到最佳的穩態和動態性能。另外，當微電網帶非線性負載或恒功率負載時，采用傳統的線性控制策略時存在輸出電壓質量較差、參數整定困難、抗干擾能力較差等問題。值得注意的是，在各種負載工況中，恒功率負載的工況最為復雜，會對微電網的穩定性帶來不利影響，采用傳統的線性控制策略較難實現滿意的控制效果，需要分別針對微電網中的逆變器和恒功率負載設計相應的非線性控制策略。

申請公布號為CN106877704A的中國專利，提出了一種滑模變結構的PWM整流器直接功率控制方法，消除了傳統直接功率控制中開關頻率不固定而引起的整流器諧波，同時還減小了電流閉環控制方式下進行旋轉坐標變換時引起的瞬時功率誤差。但該非線性控制方法的算法設計較為復雜，應對參數變化的魯棒性較差。不同的是，申請公布號為CN109586596A的中國專利，提出了一種基于EL模型的動車組整流器的模糊無源控制設計方法，在傳統無源性控制的基礎上，結合模糊控制理論，對注入阻尼的取值進行了在線調整，實現了注入阻尼的自整定，提高了整流器的動態性能和魯棒性。另外，授權公布號為CN106407612B的中國專利，設計了一種基于端口受控哈密頓數學模型的動車組整流器無源性控制方法，具有較強的動靜態性能，為解決動車組網側整流器直流環節電壓超調問題提供了新思路。但是，前述兩種方法對PWM整流器進行無源性控制策略設計都只限定于動車組整流器這一特定的應用場合，整流器的交流側認為是恒定的強電網。然而，當孤島運行的逆變器作為電源，PWM整流器作為恒功率負載這種工況時，電源和負載都具有非線性，且孤島運行的逆變器抗擾動能力較差，因此需要分別對逆變器和PWM整流器注入阻尼以增強系統的可靠性。

發明內容