CN108847671A - 适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法及***，包括：根据AC/DC换流器交流侧在dq旋转坐标系下的电压动态方程分别设定d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测方程；根据观测方程分别得到d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系以及q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系；根据母线电压的响应方程、d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系以及q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系，分别得到AC/DC换流器的d轴干扰抑制方程和q轴干扰抑制方程，用于消除AC/DC换流器交流侧输出电流对母线电压的扰动，从而抑制母线电压的波动。本发明能够有效抑制母线电压波动，提高***稳定性。

Description

适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法及***
技术领域
本发明属于交直流混合微电网稳定运行控制方法研究领域，更具体地，涉及一种适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法及***。
背景技术
近年来，环境保护的沉重压力与化石能源的日渐枯竭使得利用清洁可再生能源的分布式发电技术成为研究的热点。微电网是一种将分布式电源(Distributed Generation，DG)、负荷和储能装置作为整体，既可并网运行也可孤岛运行的新型电网。微电网并网运行时，对电网而言，微电网只是一个整体接口，因而可将其看作是独立统一的可控单元；电网故障或需要检修时，微电网离网孤岛运行，维持对重要负荷的持续供电。依据微电网所接入母线类型的不同，微电网有三种结构形式：交流、直流以及混合型微电网；交流微电网是最常见的微电网结构模式；直流微电网能量变换过程少、效率高、损耗低，无需考虑电压相位及频率的控制问题，这些优点使得直流微电网的可控性及可靠性大大提高，但目前交流负荷仍然占绝大多数；交直流混合微电网既能同时满***、直流负荷的需求，又能高效利用DG、增强微电网自身的稳定性和减少对主电网的冲击，被认为是未来高效开发和利用分布式能源的首选微电网模式。因此，迫切需要对交直流混合微电网运行控制技术进行深入的研究。
在孤立交直流微电网***中，母线电压由于没有大电网的支撑而易于受到功率突变的扰动影响，负载切入切出、分布式电源出力改变等都会造成微电网中AC/DC换流器输出电流发生暂态变化，从而影响母线电压的稳定。同时由于***参数变化、检测技术限制等因素的影响，通常难以获得控制对象的精确模型，这些未建模动态亦会导致换流器电压产生波动。尤其是在大扰动下，传统内环PI(Proportional–Integral)控制无法获得理想的动态响应特性，严重时将触发保护动作，致使***崩溃。因此，微电网控制***动态性能的提升对保证微网的稳定运行十分关键。采用PID(Proportion–Integral-Derivative)控制代替PI控制虽然可以在一定程度上提高***的动态性能，但其快速性与超调量之间的矛盾仍然有待进一步解决。其它控制策略还包括滑模变结构控制、自抗扰控制和混合非线性控制等，但因过于复杂、运算速度限制和控制参数的敏感性等原因，在实际***的应用并不多。
由此可见，现有技术无法有效实现交直流混合微电网的双向AC/DC换流器母线电压波动抑制，当外界功率扰动过大时甚至会恶化***的稳定运行，导致微电网***崩溃。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法及***，其目的在于，通过观测交流输出电流的扰动量，相应地对AC/DC换流器的交流输出电流扰动进行补偿，从而为AC/DC换流器的电压信号提供准确的参考值，进而抑制母线电压的波动，提高交直流混合微电网的稳定性。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法，包括如下步骤：
(1)根据AC/DC换流器交流侧在dq旋转坐标系下的电压动态方程分别设定d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测方程；
(2)根据d轴交流输出电流的观测方程得到d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系，并根据q轴交流输出电流的观测方程得到q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系；
(3)根据母线电压的响应方程、d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系以及q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系，分别得到AC/DC换流器的d轴干扰抑制方程和q轴干扰抑制方程，用于消除AC/DC换流器交流侧输出电流对母线电压的扰动，从而为AC/DC换流器的电压信号提供准确的参考值，进而抑制母线电压的波动。
进一步地，步骤(1)中，所设定的d轴交流输出电流的观测方程为：
所设定的q轴交流输出电流的观测方程为：
其中，和分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测值，μd和μq均为观测方程的中间变量，Ed和Eq分别为d轴母线电压和q轴母线电压，id和iq分别为AC/DC换流器交流侧的d轴电流和q轴电流，Cf为AC/DC换流器交流侧等效滤波电容，ω为***角频率，ld和lq分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测增益，且ld＞0，lq＞0。
进一步地，步骤(2)中，d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系以及q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系分别为：
其中，和分别为s域中d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测值，i0d(s)和i0q(s)分别为s域中d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的实际值，T0d和T0q分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测时间常数，且T0d＝Cf/ld，T0q＝Cf/lq。
进一步地，步骤(3)中，AC/DC换流器的d轴干扰抑制方程Gfd(s)和q轴干扰抑制方程Gfq(s)分别为：
其中，Gid(s)和Giq(s)分别为AC/DC换流器交流侧d轴电流控制回路和q轴电流控制回路的传递函数。
按照本发明的第二方面，提供了一种适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制***，其特征在于，包括：d轴观测器、q轴观测器、d轴干扰抑制单元、q轴干扰抑制单元、d轴PI控制单元、q轴PI控制单元、d轴乘法器、q轴乘法器、第一加减单元、第二加减单元、第三加减单元以及第四加减单元；
d轴观测器的第一输入端用于接收d轴母线电压Ed，d轴观测器的第二输入端用于接收q轴母线电压Eq，d轴观测器的第三输入端用于接收AC/DC换流器交流侧的d轴电流id；d轴观测器用于根据接收到的信号获得d轴交流输出电流的观测值
q轴观测器的第一输入端用于接收电压Eq，q轴观测器的第二输入端用于接收电压Ed，q轴观测器的第三输入端用于接收AC/DC换流器交流侧的q轴电流iq；q轴观测器用于根据接收到的信号获得q轴交流输出电流的观测值
d轴干扰抑制单元的输入端连接至d轴观测器的输出端；d轴干扰抑制单元用于根据观测值得到补偿电流icd，用于消除AC/DC换流器交流侧d轴交流输出电流的扰动；
q轴干扰抑制单元的输入端连接至q轴观测器的输出端；q轴干扰抑制单元用于根据观测值得到补偿电流icq，用于消除AC/DC换流器交流侧q轴交流输出电流的扰动；
第一加减单元的第一输入端用于接收AC/DC换流器d轴电流参考值idref，第一加减单元的第二输入端用于接收电流id，第一加减单元的第三输入端连接至d轴干扰抑制单元的输出端；第一加减单元用于将电流参考值idref与电流id相减并与补偿电流icd相加，从而得到电流
第二加减单元的第一输入端用于接收AC/DC换流器q轴电流参考值iqref，第二加减单元的第二输入端用于接收电流iq，第二加减单元的第三输入端连接至q轴干扰抑制单元的输出端；第二加减单元用于将电流参考值iqref与电流iq相减并与补偿电流icq相加，从而得到电流
d轴PI控制单元的输入端连接至第一加减单元的输出端；d轴PI控制单元用于对电流进行比例积分运算，从而得到AC/DC换流器交流侧d轴电压的参考值Udref；
q轴PI控制单元的输入端连接至第二加减单元的输出端；q轴PI控制单元用于对电流进行比例积分运算，从而得到AC/DC换流器交流侧q轴电压的参考值Uqref；
d轴乘法器的输入端用于接收电流id；d轴乘法器用于将电流id放大ωLf倍，从而得到电压
q轴乘法器的输入端用于接收电流iq；q轴乘法器用于将电流iq放大ωLf倍，从而得到电压
第三加减单元的第一输入端用于接收电压Ed，第三加减单元的第二输入端连接至d轴PI控制器的输出端，第三加减单元的第三输入端连接至q轴乘法器的输出端；第三加减单元用于将电压Ed分别减去参考值Udref和电压从而得到AC/DC换流器交流侧d轴电压Ud；
第四加减单元的第一输入端用于接收电压Eq，第四加减单元的第二输入端连接至q轴PI控制器的输出端，第四加减单元的第三输入端连接至d轴乘法器的输出端；第四加减单元用于将电压Eq分别减去参考值Uqref和电压从而得到AC/DC换流器交流侧q轴电压Uq；
其中，Lf为AC/DC换流器交流侧等效滤波电感。
进一步地，d轴观测器根据接收到的信号获得d轴交流输出电流的观测值的观测方程为：
q轴观测器根据接收到的信号获得q轴交流输出电流的观测值的观测方程为：
其中，μd和μq均为观测方程的中间变量，Cf为AC/DC换流器交流侧等效滤波电容，ω为***角频率，ld和lq分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测增益，且ld＞0，lq＞0。
进一步地，d轴干扰抑制单元根据观测值得到补偿电流icd的d轴干扰抑制方程Gfd(s)，以及q轴干扰抑制单元根据观测值得到补偿电流icq的q轴干扰抑制方程Gfq(s)分别为：
其中，T0d和T0q分别为d轴观测器和q轴观测器的观测时间常数，且T0d＝Cf/ld，T0q＝Cf/lq；Gid(s)和Giq(s)分别为AC/DC换流器交流侧d轴电流控制回路和q轴电流控制回路的传递函数。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明所提供的适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法，根据母线电压和交流输出电流分别设定d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测方程，并根据所设定的观测方程以及交流电压控制***方程分别d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系以及q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系，并进一步根据根据母线电压的响应方程、d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系以及q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系，分别得到AC/DC换流器的d轴干扰抑制方程和q轴干扰抑制方程，用于消除AC/DC换流器交流侧电流受到的扰动。因此，本发明所提供的方法能够通过观测交流输出电流的扰动量并相应地对AC/DC换流器交流侧的电流进行补偿，从而为AC/DC换流器的电压信号提供准确的参考值，进而有效抑制母线电压的波动。
(2)本发明所提供的适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制***，在传统内环PI控制的基础上仅增加了两个观测器和两个干扰抑制单元，既无需增加电容/电感电流反馈内环，也无需增加额外传感器或与其他分布式电源间的通信，降低了***设计成本，同时不会影响交直流混合微电网中分布式电源的即插即用功能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的交直流混合微电网示意图；
图2为本发明实施例提供的双向AC/DC换流器拓扑结构示意图；
图3为传统PI内环控制***示意图；
图4为本发明实施例提供的适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制***示意图；
图5为采用传统控制方法时交直流混合微电网有功功率曲线；
图6为采用本发明提供的母线电压波动抑制方法时交直流混合微电网有功功率曲线；
图7为采用传统控制方法时交直流混合微电网中交流微网的无功功率曲线；
图8为采用本发明提供的母线电压波动抑制方法时交直流混合微电网中交流微网的无功功率曲线；
图9为本发明实施例提供的不同控制方法下交流母线频率响应曲线；
图10为本发明实施例提供的不同控制方法下交流母线电压有效值响应曲线；
图11为本发明实施例提供的不同控制方法下直流母线电压响应曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在以下实施例中，形如f的量表示时域下的电流或电压，形如f(s)的量表示f经拉普拉斯变换后得到的对应的s域下的电流或电压。
图1所示为一个孤立交直流混合微电网示意图，其中包括一个双向AC/DC换流器，m个交流微电源DGA1～DGAm，以及n个直流微电源DGD1～DGDn。双向AC/DC换流器的拓扑结构如图2所示，该双向AC/DC换流器交流侧的电压动态方程为：
在式(1)中，Uabc和iabc分别表示AC/DC换流器交流侧的三相电压和三相电流，Eabc表示交流母线三相电压，i0abc表示交流输出电流，Rf、Lf和Cf分别表示AC/DC换流器交流侧的等效滤波电阻、等效滤波电感和等效滤波电容；
利用Park变换将式(1)所示的三相abc坐标系下的电压动态方程转换为dq旋转坐标系下的电压动态方程，可得：
其中，Ed和Eq分别为d轴母线电压和q轴母线电压，Ud和Uq分别为AC/DC换流器交流侧的d轴电压和q轴电压，id和iq分别为AC/DC换流器交流侧的d轴电流和q轴电流，i0d和i0q分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的实际值，ω为***角频率；
如图3所示，在传统的传统内环PI(Proportional–Integral)控制中，AC/DC换流器d轴电流参考值和q轴电流参考值分别与AC/DC换流器d轴电流和q轴电流相减后，经过电流内环PI控制得到双向AC/DC换流器的参考输入电压；由于该方法将AC/DC换流器的d轴电流和q轴电流作为反馈量引入到电流控制回路中，并采用PI控制器实现参考量的快速跟踪，因此能够得到如下电压控制方程：
其中，kpid和kiid分别为d轴电流控制回路的PI控制器的比例控制参数和积分控制参数，kpiq和kiiq分别为q轴电流控制回路的PI控制器的比例控制参数和积分控制参数；联立(2)、(3)可得到AC/DC换流器交流侧d轴电流控制回路的传递函数Gid(s)和q轴电流控制回路的传递函数Giq(s)分别为：
进而可以得到母线电压响应方程为：
式(5)所示的d轴母线电压响应方程Ed(s)和q轴母线电压响应方程Eq(s)均包含两个部分，以d轴母线电压响应方程Ed(s)为例，其中前两项表示AC/DC换流器d轴交流母线电压与d轴电流参考值idref(s)以及q轴电流参考值iqref(s)的关系，后两项表示d轴交流输出电流i0d(s)以及q轴交流输出电流i0q(s)对AC/DC换流器d轴交流母线电压的扰动特性；q轴母线电压响应方程Eq(s)的组成部分类似，在此不作赘述。由式(5)可知，孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器的电压易于受到外部的分布式电源功率变化的扰动影响，负载切入切出、分布式电源出力改变等都会造成AC/DC换流器输出电流发生暂态变化，从而影响电压的稳定，尤其是在大功率扰动下，传统控制策略无法获得理想的动态响应特性并有效抑制换流器电压的冲击和波动。
基于上述分析，本发明提供的适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法包括如下步骤：
(1)根据AC/DC换流器交流侧在dq旋转坐标系下的电压动态方程分别设定d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测方程；
在本实施例中，依据论文“Sliding-mode control for systems withmismatched uncertainties via a disturbance observer”(2013)中所公开的方法设定d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测方程，具体包括如下步骤：
(11)针对式(2-a)和(2-c)组成的d轴交流电压控制***方程，取***变量：
对于由如下方程表示的非线性***：
扰动量d(t)的干扰观测方程为
其中，是扰动估计值，μ是扰动观测环节的中间变量，ρ(x)是需要设计的观测函数，定义为ρ(x)＝l1x1+l2x2+…，且l(x)＝[l1 l2 …]是扰动观测环节的观测增益；从而得到d轴交流输出电流的观测方程为：
(12)针对式(2-b)和(2-d)组成的q轴交流电压控制***方程，取***变量，根据同样的方法可得所设定的q轴交流输出电流的观测方程为：
其中，其中，和分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测值，ω为***角频率，ld和lq分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测增益，且ld＞0，lq＞0；观测增益ld和lq依据性能需求设定，观测增益越大，则观察器的动态响应速度越快，但如果增益过大，在运行观察器时***可能会趋近饱和；
(2)根据d轴交流输出电流的观测方程得到d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系，并根据q轴交流输出电流的观测方程得到q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系；
在本实施例中，按照论文“Sliding-mode control for systems withmismatched uncertainties via a disturbance observer”(2013)中所公开的方法，根据上述观测方程可得：
由此得到d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系以及q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系分别为：
其中，和分别为s域中d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测值，i0d(s)和i0q(s)分别为s域中d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的实际值，T0d和T0q分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测时间常数，且T0d＝Cf/ld，T0q＝Cf/lq；
(3)根据母线电压的响应方程、d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系以及q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系，分别得到AC/DC换流器的d轴干扰抑制方程和q轴干扰抑制方程，用于消除AC/DC换流器交流侧输出电流对母线电压的扰动，从而为AC/DC换流器的电压信号提供准确的参考值，进而抑制母线电压的波动；
考虑在孤立交直流微电网中，外界功率的突然变化会影响双向AC/DC换流器电压的稳定，而传统控制策略无法获得理想的动态响应特性以抑制换流器电压的波动；在本实施例中，AC/DC换流器的d轴干扰抑制方程Gfd(s)和q轴干扰抑制方程Gfq(s)分别为：
d轴干扰抑制方程Gfd(s)和q轴干扰抑制方程Gfq(s)可以消除电流扰动对换流器电压的冲击，从而为换流器电压信号提供准确的参考值，并增强内环PI控制的动态响应，本发明所提供的适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法实际上是一种基于电压扰动抑制的改进内环控制方法。
结合本发明所提供的适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法，本发明还提供了一种适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制***，如图4所示，该***包括：d轴观测器、q轴观测器、d轴干扰抑制单元、q轴干扰抑制单元、d轴PI控制单元、q轴PI控制单元、d轴乘法器、q轴乘法器、第一加减单元、第二加减单元、第三加减单元以及第四加减单元；
d轴观测器的第一输入端用于接收d轴母线电压Ed，d轴观测器的第二输入端用于接收q轴母线电压Eq，d轴观测器的第三输入端用于接收AC/DC换流器交流侧的d轴电流id；d轴观测器用于根据接收到的信号获得d轴交流输出电流的观测值
q轴观测器的第一输入端用于接收电压Eq，q轴观测器的第二输入端用于接收电压Ed，q轴观测器的第三输入端用于接收AC/DC换流器交流侧的q轴电流iq；q轴观测器用于根据接收到的信号获得q轴交流输出电流的观测值
d轴干扰抑制单元的输入端连接至d轴观测器的输出端；d轴干扰抑制单元用于根据观测值得到补偿电流icd，用于消除AC/DC换流器交流侧d轴交流输出电流的扰动；
q轴干扰抑制单元的输入端连接至q轴观测器的输出端；q轴干扰抑制单元用于根据观测值得到补偿电流icq，用于消除AC/DC换流器交流侧q轴交流输出电流的扰动；
第一加减单元的第一输入端用于接收AC/DC换流器d轴电流参考值idref，第一加减单元的第二输入端用于接收电流id，第一加减单元的第三输入端连接至d轴干扰抑制单元的输出端；第一加减单元用于将电流参考值idref与电流id相减并与补偿电流icd相加，从而得到电流
第二加减单元的第一输入端用于接收AC/DC换流器q轴电流参考值iqref，第二加减单元的第二输入端用于接收电流iq，第二加减单元的第三输入端连接至q轴干扰抑制单元的输出端；第二加减单元用于将电流参考值iqref与电流iq相减并与补偿电流icq相加，从而得到电流
d轴PI控制单元的输入端连接至第一加减单元的输出端；d轴PI控制单元用于对电流进行比例积分运算，从而得到AC/DC换流器交流侧d轴电压的参考值Udref；
q轴PI控制单元的输入端连接至第二加减单元的输出端；q轴PI控制单元用于对电流进行比例积分运算，从而得到AC/DC换流器交流侧q轴电压的参考值Uqref；
d轴乘法器的输入端用于接收电流id；d轴乘法器用于将电流id放大ωLf倍，从而得到电压
q轴乘法器的输入端用于接收电流iq；q轴乘法器用于将电流iq放大ωLf倍，从而得到电压
第三加减单元的第一输入端用于接收电压Ed，第三加减单元的第二输入端连接至d轴PI控制器的输出端，第三加减单元的第三输入端连接至q轴乘法器的输出端；第三加减单元用于将电压Ed分别减去参考值Udref和电压从而得到AC/DC换流器交流侧d轴电压Ud；
第四加减单元的第一输入端用于接收电压Eq，第四加减单元的第二输入端连接至q轴PI控制器的输出端，第四加减单元的第三输入端连接至d轴乘法器的输出端；第四加减单元用于将电压Eq分别减去参考值Uqref和电压从而得到AC/DC换流器交流侧q轴电压Uq。
其中，d轴观测器根据接收到的信号获得d轴交流输出电流的观测值的观测方程为：
q轴观测器根据接收到的信号获得q轴交流输出电流的观测值的观测方程为：
d轴干扰抑制单元根据观测值得到补偿电流icd的d轴干扰抑制方程Gfd(s)，以及q轴干扰抑制单元根据观测值得到补偿电流icq的q轴干扰抑制方程Gfq(s)分别为：
在图4所示的***中，由于增加了观测器和干扰抑制单元，母线电压响应方程为：
将d轴干扰抑制方程Gfd(s)和q轴干扰抑制方程Gfq(s)均代入式(6)中，可得最终***的母线电压响应方程为：
根据式(7)可知，本发明通过在***中加入观测器和干扰抑制单元，消除了交流输出电流扰动对换流器电压的冲击，从而为换流器电压信号提供准确的参考值，相比于传统得内环PI控制，有效增强了控制的动态响应。
为了验证本文所提出控制策略的正确性和有效性，在PSCAD/EMTDC中搭建了如图1所示的孤立交直流混合微电网结构拓扑。其中，交流微网的额定频率为50Hz，额定电压380V，其包含两个相同的交流微电源DGA1和DGA2，每个交流微电源的额定有功功率是40kW，额定无功功率为10kVar；直流微电网的额定电压为700V，包含两个相同的直流微电源DGD1和DGD2，相对应的每个直流电源的额定功率是40kW。交流和直流微网中的有功负荷均采用电阻型负载，交流微网中的无功负荷采用电感型负载。双向AC/DC换流器的结构如图2所示，其交流侧等效滤波电感为Lf＝0.005H，等效滤波电容为Cf＝10μF10μF。***中各微电源采用下垂控制策略，控制***参数观测增益为ld＝0.5，lq＝0.1。为了说明本发明所提供的母线电压波动抑制方法的优越性，将其与传统PI内环控制方法做比较，且采用控制变量思想，即母线电压波动抑制方法中的PI控制参数与传统PI控制参数相同。
由于外界因素干扰等原因，***拓扑结构参数有可能在运行过程中发生变化，因此为了体现所提的母线电压波动抑制方法的优越性，本实施例以***拓扑结构参数变化作为扰动源，观察微网***功率分配及母线电压波动情况。具体扰动设置为将双向AC/DC换流器的交流等效滤波电感Lf由0.005H改为0.007H(模拟***参数的变化)，而控制参数不变。***初始运行工况为交流微网中初始有功负荷为40kW，无功负荷为30kVar，直流微网初始有功负荷为80kW。本实施例的暂态扰动设置为4s之后，交流微电源DGA1由于故障或检修等原因而退出运行。本发明所提的母线电压波动抑制方法与传统PI内环控制方法下的***响应对比结果如图5-11所示。
从仿真结果图5-8可以看出，当双向AC/DC换流器的交流滤波电感参数发生变化时，在改进内环控制下，整个微电网中的DG依然成比例承担负荷功率。在4s之后，由于交流微电源DGA1退出运行，***重新按照成比例的原则分配各电源出力和双向AC/DC换流器的传输功率，即每个交流和直流微电源各发出额定40kW有功功率，双向AC/DC换流器不传输有功功率。但在传统PI控制下，由于滤波电感参数发生变化而PI控制参数未作调整，分布式电源的出力和双向AC/DC换流器的功率均处于混乱状态，且由图9-11可知，交直流母线电压频率也为异常值。此时若想微网恢复稳定，必须重新调整PI控制参数，而在实际***中，***的拓扑结构参数并不能保证完全精确，也无法做到PI控制参数跟随***拓扑结构变化而实时调整。因此，相比于传统PI内环控制方法，本发明所提供的母线电压波动抑制方法显著提高了***的鲁棒稳定性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据AC/DC换流器交流侧在dq旋转坐标系下的电压动态方程分别设定d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测方程；
(2)根据d轴交流输出电流的观测方程得到d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系，并根据q轴交流输出电流的观测方程得到q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系；
(3)根据母线电压的响应方程、d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系以及q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系，分别得到AC/DC换流器的d轴干扰抑制方程和q轴干扰抑制方程，用于消除AC/DC换流器交流侧输出电流对母线电压的扰动，从而为AC/DC换流器的电压信号提供准确的参考值，进而抑制母线电压的波动。
2.如权利要求1所述的适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所设定的d轴交流输出电流的观测方程为：
所设定的q轴交流输出电流的观测方程为：
其中，和分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测值，μd和μq均为观测方程的中间变量，Ed和Eq分别为d轴母线电压和q轴母线电压，id和iq分别为AC/DC换流器交流侧的d轴电流和q轴电流，Cf为AC/DC换流器交流侧等效滤波电容，ω为***角频率，ld和lq分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测增益，且ld＞0，lq＞0。
3.如权利要求2所述的适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，d轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系以及q轴交流输出电流的观测值与实际值之间的关系分别为：
其中，和分别为s域中d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测值，i0d(s)和i0q(s)分别为s域中d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的实际值，T0d和T0q分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测时间常数，且T0d＝Cf/ld，T0q＝Cf/lq。
4.如权利要求3所述的适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，AC/DC换流器的d轴干扰抑制方程Gfd(s)和q轴干扰抑制方程Gfq(s)分别为：
其中，Gid(s)和Giq(s)分别为AC/DC换流器交流侧d轴电流控制回路和q轴电流控制回路的传递函数。
5.一种适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制***，其特征在于，包括：d轴观测器、q轴观测器、d轴干扰抑制单元、q轴干扰抑制单元、d轴PI控制单元、q轴PI控制单元、d轴乘法器、q轴乘法器、第一加减单元、第二加减单元、第三加减单元以及第四加减单元；
所述d轴观测器的第一输入端用于接收d轴母线电压Ed，所述d轴观测器的第二输入端用于接收q轴母线电压Eq，所述d轴观测器的第三输入端用于接收AC/DC换流器交流侧的d轴电流id；所述d轴观测器用于根据接收到的信号获得d轴交流输出电流的观测值
所述q轴观测器的第一输入端用于接收所述电压Eq，所述q轴观测器的第二输入端用于接收所述电压Ed，所述q轴观测器的第三输入端用于接收AC/DC换流器交流侧的q轴电流iq；所述q轴观测器用于根据接收到的信号获得q轴交流输出电流的观测值
所述d轴干扰抑制单元的输入端连接至所述d轴观测器的输出端；所述d轴干扰抑制单元用于根据所述观测值得到补偿电流icd，用于消除AC/DC换流器交流侧d轴交流输出电流的扰动；
所述q轴干扰抑制单元的输入端连接至所述q轴观测器的输出端；所述q轴干扰抑制单元用于根据所述观测值得到补偿电流icq，用于消除AC/DC换流器交流侧q轴交流输出电流的扰动；
所述第一加减单元的第一输入端用于接收AC/DC换流器d轴电流参考值idref，所述第一加减单元的第二输入端用于接收所述电流id，所述第一加减单元的第三输入端连接至所述d轴干扰抑制单元的输出端；所述第一加减单元用于将所述电流参考值idref与所述电流id相减并与所述补偿电流icd相加，从而得到电流
所述第二加减单元的第一输入端用于接收AC/DC换流器q轴电流参考值iqref，所述第二加减单元的第二输入端用于接收所述电流iq，所述第二加减单元的第三输入端连接至所述q轴干扰抑制单元的输出端；所述第二加减单元用于将所述电流参考值iqref与所述电流iq相减并与所述补偿电流icq相加，从而得到电流
所述d轴PI控制单元的输入端连接至所述第一加减单元的输出端；所述d轴PI控制单元用于对所述电流进行比例积分运算，从而得到AC/DC换流器交流侧d轴电压的参考值Udref；
所述q轴PI控制单元的输入端连接至所述第二加减单元的输出端；所述q轴PI控制单元用于对所述电流进行比例积分运算，从而得到AC/DC换流器交流侧q轴电压的参考值Uqref；
所述d轴乘法器的输入端用于接收所述电流id；所述d轴乘法器用于将所述电流id放大ωLf倍，从而得到电压
所述q轴乘法器的输入端用于接收所述电流iq；所述q轴乘法器用于将所述电流iq放大ωLf倍，从而得到电压
所述第三加减单元的第一输入端用于接收所述电压Ed，所述第三加减单元的第二输入端连接至所述d轴PI控制器的输出端，所述第三加减单元的第三输入端连接至所述q轴乘法器的输出端；所述第三加减单元用于将所述电压Ed分别减去所述参考值Udref和所述电压从而得到AC/DC换流器交流侧d轴电压Ud；
所述第四加减单元的第一输入端用于接收所述电压Eq，所述第四加减单元的第二输入端连接至所述q轴PI控制器的输出端，所述第四加减单元的第三输入端连接至所述d轴乘法器的输出端；所述第四加减单元用于将所述电压Eq分别减去所述参考值Uqref和所述电压从而得到AC/DC换流器交流侧q轴电压Uq；
其中，Lf为AC/DC换流器交流侧等效滤波电感。
6.如权利要求5所述的适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制***，其特征在于，所述d轴观测器根据接收到的信号获得d轴交流输出电流的观测值的观测方程为：
所述q轴观测器根据接收到的信号获得q轴交流输出电流的观测值的观测方程为：
其中，μd和μq均为观测方程的中间变量，Cf为AC/DC换流器交流侧等效滤波电容，ω为***角频率，ld和lq分别为d轴交流输出电流和q轴交流输出电流的观测增益，且ld＞0，lq＞0。
7.如权利要求6所述的适用于交直流混合微电网的母线电压波动抑制***，其特征在于，所述d轴干扰抑制单元根据所述观测值得到补偿电流icd的d轴干扰抑制方程Gfd(s)，以及所述q轴干扰抑制单元根据所述观测值得到补偿电流icq的q轴干扰抑制方程Gfq(s)分别为：
其中，T0d和T0q分别为所述d轴观测器和所述q轴观测器的观测时间常数，且T0d＝Cf/ld，T0q＝Cf/lq；Gid(s)和Giq(s)分别为AC/DC换流器交流侧d轴电流控制回路和q轴电流控制回路的传递函数。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110729713A (zh) * 2019-10-16 2020-01-24 杭州电子科技大学 一种适用于直流微网的二次电压调节方法
CN112003302A (zh) * 2020-08-21 2020-11-27 西安热工研究院有限公司 一种抑制微电网母线电压波动的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103973143A (zh) * 2014-05-09 2014-08-06 浙江大学 一种抑制三电平并网逆变器中点电位波动的控制方法
US20150280610A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-01 Majid Pahlevaninezhad Dc-bus controller for grid-connected dc/ac converters
CN105305402A (zh) * 2015-10-20 2016-02-03 天津大学 一种直流微网母线电压鲁棒自治控制方法
CN105790253A (zh) * 2016-03-29 2016-07-20 上海电气集团股份有限公司 一种双环控制方法
CN106300435A (zh) * 2016-08-29 2017-01-04 上海交通大学 孤立微网单相多逆变器并联***及其分布式控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150280610A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-01 Majid Pahlevaninezhad Dc-bus controller for grid-connected dc/ac converters
CN103973143A (zh) * 2014-05-09 2014-08-06 浙江大学 一种抑制三电平并网逆变器中点电位波动的控制方法
CN105305402A (zh) * 2015-10-20 2016-02-03 天津大学 一种直流微网母线电压鲁棒自治控制方法
CN105790253A (zh) * 2016-03-29 2016-07-20 上海电气集团股份有限公司 一种双环控制方法
CN106300435A (zh) * 2016-08-29 2017-01-04 上海交通大学 孤立微网单相多逆变器并联***及其分布式控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHENGSHAN WANG: "A Nonlinear-Disturbance-Observer-Based DC-Bus Voltage Control for a Hybrid AC/DC Microgrid", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110729713A (zh) * 2019-10-16 2020-01-24 杭州电子科技大学 一种适用于直流微网的二次电压调节方法
CN110729713B (zh) * 2019-10-16 2021-05-18 杭州电子科技大学 一种适用于直流微网的二次电压调节方法
CN112003302A (zh) * 2020-08-21 2020-11-27 西安热工研究院有限公司 一种抑制微电网母线电压波动的方法

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