CN110571784A - 一种直流供电***二阶惯性抗扰动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流供电***二阶惯性抗扰动控制方法,通过类比交流供电***中虚拟同步发电机的频率—有功控制策略,推理并提出带有二阶惯性的直流供电***电压—电流控制方法。在新能源侧或电网侧的传输功率发生突变时,本发明方法相较于原有直流供电***电压—电流控制策略,能够较大程度上衰减直流侧电流扰动量,从而抑制直流母线电压波动。通过分析直流母线电压扰动量与DC/AC变换器的直流侧电流扰动量之间闭环传递函数的阶跃响应,可确定使直流供电***稳定运行且具备较大惯性的最优化二阶惯性控制系数取值。本发明所提二阶惯性抗扰动控制方法,能有效提高直流供电***的抗扰性,在大扰动工况下具备更强的二阶惯性以平抑直流母线电压波动。
Description
技术领域
本发明涉及直流供电***领域,特别是一种直流供电***二阶惯性抗扰动 控制方法。
背景技术
随着化石能源的不断衰竭和电力电子技术的快速发展,由风电、光伏、燃料 电池等分布式电源构成的直流供电***受到广泛重视。但直流供电***本身为小 惯性***,负荷投切、分布式电源输出功率突变等问题会导致直流母线电压有大 幅波动,影响直流供电***的安全稳定运行。直流母线电压稳定性是决定电压敏 感性负荷与并网变换器工作性能的关键,因此增强直流供电***虚拟惯性以平抑 直流母线电压波动具有重大意义。现有文献对直流供电***虚拟惯性研究较少, 且存在引入高通滤波器造成高频干扰、谐波危害等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,针对现有技术不足,提供一种直流供电系 统二阶惯性抗扰动控制方法,增强直流供电***的惯性,平抑直流母线电压波动。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种直流供电***二阶 惯性抗扰动控制方法,包括以下步骤:
1)分别对直流母线输出电压瞬时值udc、DC/AC变换器的直流侧电流瞬时 值idc以及其交流侧电流瞬时值io进行采样;
2)利用交流供电***中虚拟同步发电机的频率—有功控制方程,提出带有 二阶虚拟惯性的直流供电***的电压—电流惯性控制方程:
其中,Iset为直流供电***的电流额定值,D为电压—电流控制系 数,UdcN为直流母线电压额定值,Cvir为虚拟电容值;
3)利用所述电压—电流惯性控制方程得到DC/AC变换器的电压外环控制 指令值
其中,s为拉普拉斯变换中的复变量;
4)将直流侧电压瞬时值udc与其电压指令值作差,其差值经电压外环调 节器GPI_v(s)可得到DC/AC变换器交流侧电流指令值io_ref;
5)将DC/AC变换器交流侧电流指令值io_ref与交流侧电流瞬时值io作差, 其差值经电流内环调节器GPI_v(s)得到调制信号来驱动DC/AC变换器工 作。
所提出二阶惯性方法中,虚拟电容值Cvir的取值方法如下:作出在不同Cvir取值下的***阶跃响应曲线,分析在直流侧电流扰动量Δidc(s)为1的情况下,直 流母线电压扰动量的响应曲线,得到Cvir≥4mF。
与现有技术相比,本发明所具有的有益效果为:本发明所提出的直流供电系 统二阶虚拟惯性控制方法增强了直流供电***的惯性,在大扰动工况下能够有效 平抑直流母线电压的波动。
附图说明
图1为直流供电***结构示意图;
图2为直流供电***二阶虚拟惯性控制框图;
图3为直流供电***小信号模型图;
图4为虚拟电容Cvir=[0.01,0.02,…,0.06]mF时***阶跃响应曲线;
图5为虚拟电容Cvir=[1,2,…,6]mF时***阶跃响应曲线。
具体实施方式
图1为直流供电***结构示意图,直流供电***是一种基于直流母线的供 电***,风电、光伏、储能电池经过协调控制方法接入直流母线,双向DC/AC 变换器可连接交直流供电***,直流供电***可带交直流负载。
图2为直流供电***二阶惯性控制框图,二阶惯性抗扰动控制方法为:
所提出二阶惯性抗扰动控制方法具备含有二阶惯性环节的控制系数,使直 流供电***具有更强的惯性以平抑直流母线电压波动。
本发明通过以下步骤实现直流供电***二阶惯性抗扰动控制:
1)分别对直流母线输出电压瞬时值udc、DC/AC变换器的直流侧电流瞬时 值idc以及其交流侧电流瞬时值io进行采样;
2)通过类比交流供电***中虚拟同步发电机的频率—有功控制策略,推 理出直流供电***的电压—电流虚拟惯性控制策略:
VSG机械方程为:
类比到直流供电***中:
其中,Iset为直流供电***的电流额定值,D为电压—电流控制系 数,UdcN为直流母线电压额定值,Cvir为虚拟电容值,udc为直流母 线输出电压。本实施例中,D=1。
3)为进一步加强直流供电***的惯性,提出二阶虚拟惯性控制策略:
拉氏变换得:
相比于原有直流供电***电压—电流控制策略:
udc=UdcN-kn·idc (6)
所提出的二阶虚拟惯性方法,具备含有二阶惯性环节的控制系数。在 直流供电***发生负荷投切、输出功率突变等大扰动时,具有更强的 惯性以稳定直流母线电压。
4)利用所述电压—电流惯性控制方程得到DC/AC变换器的电压外环控制 指令值
其中,s为拉普拉斯变换中的复变量;
5)将直流侧电压瞬时值udc与其电压指令值作差,其差值经电压外环调 节器GPI_v(s)可得到DC/AC变换器交流侧电流指令值io_ref;
6)将DC/AC变换器交流侧电流指令值io_ref与交流侧电流瞬时值io作差, 其差值经电流内环调节器GPI_v(s)得到调制信号来驱动DC/AC变换器工 作。
图3为直流供电***经DC/AC变换器接入交流电网的小信号模型,小信 号模型的建立方法如下:
步骤1:直流供电***二阶虚拟惯性方程的小信号模型
二阶惯性控制方程如下:
通过二阶惯性控制得到DC/AC变换器的电压外环控制指令值
将式(8)中的状态量写成稳态量与扰动量之和:
udc=Udc+Δudc、idc=Idc+Δidc (9)
直流母线电压扰动量即DC/AC变换器的电压外环控制指令值扰动量
化简得:
拉氏变换得:
其中,Δidc(s)为DC/AC变换器的直流侧电流扰动量。
步骤2:q轴电流环小信号模型
变流器在dq坐标下的数学模型:
其中,ud、uq为电网电压的d、q轴分量,id、iq为DC/AC变换器 交流侧电流的d、q轴分量,ed、eq为变换器交流端电压的d、q轴 分量,R为滤波电感L的等效串联电阻,ωg为电网电压角频率。
电流调节器采用PR控制器:
其中,ωo为谐振频率,ωc为截止频率,本实施例中,kpi=0.1、kri=1。 则ed、eq的控制方程:
其中,为d、q轴电流指令值。
联立式(13)、(15)得:
同理,将式(16)中的状态量写成稳态量与扰动量之和:
id=Id+Δid、iq=Iq+Δiq (17)
化简得:
拉氏变换得:
q轴电流环小信号模型:
其中,增益
步骤3:电压外环小信号模型
由交直流侧功率平衡:
其中,C为直流侧储能电容。
将上式中状态量写成稳态量与扰动量之和:
代入式(21)化简并忽略二次扰动量:
考虑Ud=0、Id=0,式(23)化简为:
可知,Δudc(s)可由Δiq(s)、Δuq(s)、Δidc(s)叠加得到:
其中,Δiq(s)为电压外环控制输出的电流指令扰动量,此后写为
电压调节器采用PI控制器:
本实施例中,kpv=0.1、kiv=5。
通过以上步骤建立小信号模型后,可以确定DC/AC变换器的直流侧电流扰 动量-Δidc(s)到直流母线电压扰动量Δudc(s)之间闭环传递函数。通过分析闭环传 递函数在不同的Cvir取值下的阶跃响应曲线,可以得出Cvir参数对***稳定性和 惯性的影响,从而得到最优化二阶惯性控制参数取值。
图4为虚拟电容Cvir=[0.01,0.02,…,0.06]mF时***阶跃响应曲线,从图中可 以看出,当虚拟电容Cvir取值较小时,DC/AC变换器的直流侧电流扰动量会引 起直流母线电压反复上升回落,震荡的直流母线电压会引起直流供电***运行不 稳定。
图5为虚拟电容Cvir=[1,2,…,6]mF时***阶跃响应曲线,从图中可以看出, 当虚拟电容Cvir取值较大时,直流母线电压扰动量响应较慢,***具有较大的惯 性以抵抗扰动工况,图中In(4)对应Cvir=4mF,此时直流电压扰动量Δudc(s)既没 有出现震荡也具有很慢的响应速度,因此设置Cvir≥4mF可以使直流供电***稳 定运行且具有较大的惯性,在大扰动工况下可以平抑直流母线电压波动。
Claims (2)
1.一种直流供电***二阶惯性抗扰动控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)分别对直流母线输出电压瞬时值udc、DC/AC变换器的直流侧电流瞬时值idc以及其交流侧电流瞬时值io进行采样;
2)利用交流供电***中虚拟同步发电机的频率—有功控制方程,提出带有二阶虚拟惯性的直流供电***的电压—电流惯性控制方程:
其中,Iset为直流供电***的电流额定值,D为电压—电流控制系数,UdcN为直流母线电压额定值,Cvir为虚拟电容值;
3)利用所述电压—电流惯性控制方程得到DC/AC变换器的电压外环控制指令值
其中,s为拉普拉斯变换中的复变量;
4)将直流侧电压瞬时值udc与其电压指令值作差,其差值经电压外环调节器GPI_v(s)可得到DC/AC变换器交流侧电流指令值io_ref;
5)将DC/AC变换器交流侧电流指令值io_ref与交流侧电流瞬时值io作差,其差值经电流内环调节器GPR_i(s)得到调制信号来驱动DC/AC变换器工作。
2.根据权利要求1所述的直流供电***二阶惯性抗扰动控制方法,其特征在于,虚拟电容值Cvir的取值方法如下:作出在不同Cvir取值下的***阶跃响应曲线,分析在直流侧电流扰动量Δidc(s)为1的情况下,直流母线电压扰动量的响应曲线,得到Cvir≥4mF。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114512996A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-05-17 | 万帮数字能源股份有限公司 | 配电***及其电网侧功率波动的平滑控制装置和方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5645077A (en) * | 1994-06-16 | 1997-07-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Inertial orientation tracker apparatus having automatic drift compensation for tracking human head and other similarly sized body |
CN104834214A (zh) * | 2015-01-05 | 2015-08-12 | 广东工业大学 | 一类二阶不稳定时滞过程的二次优化控制方法 |
CN105897013A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-24 | 湖南大学 | 一种双向ac/dc变换器的虚拟惯性控制方法 |
CN107104447A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-08-29 | 合肥工业大学 | 基于二阶广义虚拟惯性的虚拟同步发电机控制方法 |
CN107196341A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-09-22 | 华北电力大学(保定) | 变功率点跟踪的两级式无储能光伏虚拟同步机控制方法 |
-
2019
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5645077A (en) * | 1994-06-16 | 1997-07-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Inertial orientation tracker apparatus having automatic drift compensation for tracking human head and other similarly sized body |
CN104834214A (zh) * | 2015-01-05 | 2015-08-12 | 广东工业大学 | 一类二阶不稳定时滞过程的二次优化控制方法 |
CN105897013A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-24 | 湖南大学 | 一种双向ac/dc变换器的虚拟惯性控制方法 |
CN107104447A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-08-29 | 合肥工业大学 | 基于二阶广义虚拟惯性的虚拟同步发电机控制方法 |
CN107196341A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-09-22 | 华北电力大学(保定) | 变功率点跟踪的两级式无储能光伏虚拟同步机控制方法 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
XIAOPING ZHOU, LEMING ZHOU: "A microgrid cluster structure and its autonomous coordination control strategy", 《ELECTRICAL POWER AND ENERGY SYSTEMS》 * |
XIN LI, YAOWEI HU: "Mechanism Analysis and Suppression Strategies of Power Oscillation for Virtual Synchronous Generator", 《IECON 2017 - 43RD ANNUAL CONFERENCE OF THE IEEE INDUSTRIAL ELECTRONICS SOCIETY》 * |
伍文华,周乐明: "序阻抗视角下虚拟同步发电机与传统并网逆变器的稳定性对比分析", 《中国电机工程学报》 * |
伍文华,陈燕东: "一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略", 《中国电机工程学报》 * |
薛花,胡英俊: "基于分层控制的光—储—燃直流供电***能量管理方法", 《电力***自动化》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114512996A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-05-17 | 万帮数字能源股份有限公司 | 配电***及其电网侧功率波动的平滑控制装置和方法 |
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