一种具有二次调频调压特性的逆变器下垂控制方法

摘要

本发明公开了一种具有二次调频调压特性的逆变器下垂控制方法，属于分布式电源逆变器输出控制技术领域。针对传统逆变器本地下垂控制无法实现二次调频/调压效果的缺陷，以满足逆变器功率输出上限、下限及额定工作点为约束，在传统下垂控制曲线基础上以额定工作点为中间过渡点，构造S型下垂控制曲线。采用三次函数或分段函数建模利用二次函数替代传统下垂控制常系数，实现功率输出随负荷变化动态调整由于传统发电机在调频器/调压器操作下，其二次调频/调压功率输出曲线与负荷特性曲线的交点移动轨迹即为S型曲线，故直接利用该曲线对逆变器进行控制，即可实现二次调频/调压的效果，使其运行性能优于传统下垂控制。

主权项

一种具有二次调频调压特性的逆变器下垂控制方法，其特征是，将二次调频调压方式融入逆变器的下垂控制之中，对逆变器传统下垂控制曲线即电压‑无功下垂特性曲线、频率‑有功下垂特性曲线中下垂系数进行修改，修改为使下垂控制曲线呈三次函数形式的控制曲线，或由多次函数、分段函数或指数函数表示的函数形式的控制曲线，且在该控制曲线中，f‑P平面和U‑Q平面表示的曲线中，功率输出下限工作点、额定工作点之间曲线开口朝上，额定工作点、功率输出上限工作点之间曲线开口朝下；P‑f平面和Q‑U平面表示的曲线中，功率输出下限工作点、额定工作点之间曲线开口朝下，额定工作点、功率输出上限工作点之间曲线开口朝上；功率输出下限工作点即功率输出下限与空载频率f₀或最大允许电压幅值U_max分别对应的点；额定工作点即额定功率输出与额定频率f_N或额定电压幅值U_N分别对应的点；功率输出上限工作点即功率输出上限与最低频率f_min或最小允许电压幅值U_min分别对应的点；具体步骤为：步骤1，取一组分布式电源，其出口采用DC‑AC逆变器，其输出阻抗和连线阻抗二者合并之和为r+jx，其中，r为实部，x为虚部，设并联逆变器输出阻抗和连线阻抗之和呈现感性为主，即x>>r；步骤2，传统下垂控制中，逆变器输出电压幅值和频率下垂控制方程为：$\left\{\begin{array}{c}f=f_N-k_f·(P_N-P)\\ U=U_N-k_u·(Q_N-Q)\end{array}\right.,$f和U为逆变器输出电压的频率和幅值，f₀、U_N分别为逆变器空载时输出电压的频率和幅值，f_N、P_N、Q_N分别为逆变器额定频率、额定输出有功功率和额定输出无功功率，k_f、k_u分别为逆变器输出有功‑频率下垂特性曲线和无功‑电压下垂特性曲线的下垂系数，P、Q为该逆变器输出的有功功率和无功功率；步骤3，在f‑P和U‑Q平面上，以传统线性下垂曲线为基准，以功率输出下限工作点、额定工作点、功率输出上限工作点为边界构建三次曲线，且三次曲线开口方向过渡点为额定工作点，用三次多项式建模表示：$\left\{\begin{array}{cc}f=a_1{P}^3+b_1{P}^2+c_{1}P+m_1& 0\le P\le P_{\max },a_1<0\\ U=a_2{Q}^3+b_2{Q}^2+c_{2}Q+m_2& 0\le Q\le Q_{\max },a_2<0\end{array}\right.,$其中，P_max为最大有功功率，Q_max为最大无功功率，a₁、a₂、b₁、b₂、c₁、c₂为多项式系数；功率输出下限工作点、额定工作点之间曲线开口朝上，额定工作点、功率输出上限工作点之间曲线开口朝下；并以对应的横坐标刻度，构建df/dP－P曲线和dU/dQ－Q曲线，用二次函数进行建模表示；该下垂曲线在设计时，满足额定工作点处的变化率df/dP、dU/dQ的绝对值分别小于传统下垂曲线在额定工作点的df/dP、dU/dQ的绝对值；步骤4，实时检测负荷功率P和Q，进而确定其下垂调节过程中所采用的下垂系数k′_f、k′_u的大小；逆变器下垂控制系数选择为：$\left\{\begin{array}{cc}{k}_f^{\prime }=a_1{P}^2+{2b}_{1}P+c_1& 0\le P\le P_{\max },a_1<0\\ k_u^{\prime }=a_2{P}^2+{2b}_{2}P+c_2& 0\le Q\le Q_{\max },a_2<0\end{array}\right.;$利用上述下垂控制系数，对逆变器的输出进行控制：$\left\{\begin{array}{c}f=f_N-(a_1{P}^2+2b_{1}P+c_1)·(P_N-P)\\ U=U_N-(a_2{P}^2+2b_{2}P+c_2)·(Q_N-Q)\end{array}\right.;$步骤5，对于下垂控制系数k′_f、k′_u中系数a₁、a₂、b₁、b₂、c₁、c₂的确定：根据二次调频公式ΔP_LO‑ΔP_GO＝‑(K_G+K_L)Δf，其中，K_G为发电机的单位调节功率，K_L为负荷的单位调节功率，Δf为系统频率偏离额定频率的变化量，ΔP_LO为负荷的功率增量，ΔP_GO为电源输出的功率增量；根据负荷种类确定K_L，根据最大可能的负荷增长或减少幅度确定ΔP_LO，根据电源的出力情况确定合理的ΔP_GO和Δf，从而得到P‑f平面中K_G，进而得到f‑P平面中的下垂系数k′_f＝1/K_G；通过重复取新的ΔP_LO、ΔP_GO、Δf得到新的k′_f，通过多次的选取，获得多个离散点，通过曲线拟合技术获得a₁、b₁、c₁、m₁的准确数值；利用相同的方法，根据U‑Q曲线获得离散点，并通过曲线拟合获得a₂、b₂、c₂、m₂；步骤6，根据获得的a₁、a₂、b₁、b₂、c₁、c₂的数值，确定k′_f、k′_u的表达式，并将其替代逆变器传统下垂控制中下垂系数的设定部分，即实现在下垂控制中随负荷动态变化而调整频率和电压偏差的目的，在调整过程中融入二次调频调压特性。