本發(fā)明涉及電力電子并網(wǎng)控制，具體地說是一種級聯(lián)h橋逆變器構(gòu)網(wǎng)儲能系統(tǒng)的復(fù)功率下垂控制方法。

背景技術(shù)：

1、級聯(lián)h橋逆變器系統(tǒng)具有高效、模塊化、經(jīng)濟成本低等優(yōu)點，將光伏和儲能等低壓發(fā)電單元通過h橋逆變器模塊級聯(lián)的方式進行升壓直接并網(wǎng)，集中式多電平的方法是最常用的控制策略，但在中高壓復(fù)雜電磁環(huán)境下，高帶寬集中通信的方法會削弱系統(tǒng)的可靠性和可拓展性，且隨著電壓等級的提高和模塊數(shù)量的增多，集中通信的方法難以適應(yīng)級聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)展，因此，如何無通信下實現(xiàn)級聯(lián)逆變器模塊頻率同步和功率均衡成為亟待解決的問題。

2、而現(xiàn)有用于級聯(lián)逆變器系統(tǒng)的分散同步控制中，存在電網(wǎng)電壓幅值大于公共耦合并網(wǎng)點電壓幅值系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，雖然有一些改進型控制策略，但是均屬于無功功率同步范疇，不能為電網(wǎng)提供主動頻率支撐。因此，目前尚未存在一種既能對電網(wǎng)電壓變化具有魯棒性，又具備頻率支撐能力且適用于級聯(lián)h橋逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的自同步控制策略。

3、與現(xiàn)有技術(shù)相比區(qū)別如下：

4、主要對比區(qū)別：在級聯(lián)h橋逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)中，現(xiàn)有的逆變器模塊的自同步控制方法在電網(wǎng)電壓幅值跌落時，系統(tǒng)頻率將難以同步從而進入失穩(wěn)狀態(tài)。而本專利提供了一種用于級聯(lián)h橋逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)一下垂控制策略。該方法采用ω/p-q&v/q統(tǒng)一復(fù)功率下垂控制，將無功功率下垂引入到頻率控制中，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，克服了電網(wǎng)電壓變化造成系統(tǒng)不穩(wěn)定問題的同時，又可進行電網(wǎng)頻率主動支撐，具有更好的電網(wǎng)魯棒性和支撐性能，為未來級聯(lián)光伏和儲能系統(tǒng)提供了更加實用的一次控制策略。

5、一、與專利cn107910903a“一種并網(wǎng)模式下串聯(lián)逆變器的分散式功率平衡控制方法”的技術(shù)對比中

6、1、專利cn107910903a中，所提分散控制方法是基于功率上垂控制，見專利權(quán)利要求書公式(24)，逆變器模塊利用本地有功功率信息實現(xiàn)頻率自同步，其缺點是當(dāng)電網(wǎng)電壓幅值異常時系統(tǒng)頻率難以同步將處于失穩(wěn)狀態(tài)。相比之下本發(fā)明通過采用ω/p-q&v/q統(tǒng)一下垂控制，將無功功率下垂引入到頻率控制中，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，克服了電網(wǎng)電壓變化造成系統(tǒng)不穩(wěn)定問題。

7、專利cn107910903a中，所提控制方法通過功率上垂控制能實現(xiàn)各個級聯(lián)模塊之間的頻率同步，其缺點是當(dāng)電網(wǎng)頻率跌落時有功功率輸出減小，不能對電網(wǎng)提供頻率主動支撐。相比之下本發(fā)明采用的ω/p-q&v/q統(tǒng)一下垂控制，在電網(wǎng)頻率跌落時輸出更多的有功功率，具備對電網(wǎng)頻率主動支撐能力。

8、二、與專利cn111555343b“一種級聯(lián)逆變器的通用分散式控制方法及系統(tǒng)”的技術(shù)對比中

9、1、專利cn111555343b中，所提分散控制方法是基于功率因數(shù)角下垂控制，見專利權(quán)利要求書公式(26)，逆變器模塊利用本地功率因數(shù)角信息實現(xiàn)頻率自同步，其缺點同樣是當(dāng)電網(wǎng)電壓幅值異常時系統(tǒng)頻率難以同步將處于失穩(wěn)狀態(tài)。相比之下本發(fā)明通過采用ω/p-q&v/q統(tǒng)一下垂控制，將無功功率下垂引入到頻率控制中，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，克服了電網(wǎng)電壓變化造成系統(tǒng)不穩(wěn)定問題。

10、2、專利cn111555343b中，所提分散控制方法是基于功率因數(shù)角下垂控制，其缺點是當(dāng)電網(wǎng)頻率跌落時有功功率輸出減小。不能對電網(wǎng)提供頻率主動支撐。相比之下本發(fā)明采用的ω/p-q&v/q統(tǒng)一下垂控制，在電網(wǎng)頻率跌落時輸出更多的有功功率，具備對電網(wǎng)頻率主動支撐能力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對以上問題，本發(fā)明提出一種級聯(lián)h橋逆變器構(gòu)網(wǎng)儲能系統(tǒng)的復(fù)功率下垂控制方法，本發(fā)明提出了ω/p-q&v/q統(tǒng)一復(fù)功率下垂控制，實現(xiàn)了每個模塊僅依靠本地信息實現(xiàn)頻率自同步與功率自均衡。相較于現(xiàn)有級聯(lián)逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)分散同步控制策略，所提方法解決了電網(wǎng)電壓變化造成系統(tǒng)不穩(wěn)定問題的同時，又可進行電網(wǎng)頻率主動支撐。并且搭建了三個逆變器級聯(lián)并網(wǎng)實驗平臺，實驗結(jié)果表明本發(fā)明的方法具有更好的電網(wǎng)魯棒性和支撐性能，為未來級聯(lián)光伏和儲能系統(tǒng)提供了更加實用的一次控制策略。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、一種級聯(lián)h橋逆變器構(gòu)網(wǎng)儲能系統(tǒng)的復(fù)功率下垂控制方法，包括以下步驟：

4、步驟一：構(gòu)建級聯(lián)h橋逆變器構(gòu)網(wǎng)儲能并網(wǎng)系統(tǒng)，h橋逆變器模塊通過級聯(lián)連接以提升系統(tǒng)輸出電壓等級與功率容量；

5、步驟二：各個逆變器模塊僅本地采集輸出端口處的電壓和電流信號，運算得到模塊輸出的有功功率和無功功率；

6、步驟三：采用復(fù)功率下垂控制方法，將有功下垂和無功下垂均引入頻率控制中，并對所提控制策略進行穩(wěn)態(tài)分析和穩(wěn)定性分析，驗證了各模塊間可無通信下實現(xiàn)頻率自同步和功率自均衡。

7、作為本發(fā)明進一步改進，所述步驟一中，級聯(lián)h橋逆變器構(gòu)網(wǎng)儲能并網(wǎng)系統(tǒng)第i個逆變器模塊的輸出有功和無功功率表示如下

8、

9、式中，vi和θi代表第i個逆變器模塊的輸出電壓幅值和相角，vg和θg是電網(wǎng)的電壓幅值和相角，|z|和θz是并網(wǎng)阻抗的模值和阻抗角，其中，公共耦合并網(wǎng)點電壓為所有模塊的輸出電壓疊加

10、

11、式中，n代表所有串聯(lián)的模塊個數(shù)；

12、在中高壓應(yīng)用中，并網(wǎng)阻抗近似為高感θz≈π/2，因此第i個逆變器模塊的輸出功率特性為

13、

14、作為本發(fā)明進一步改進，所述步驟一中，級聯(lián)h橋逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)采用ω/p-q&v/q統(tǒng)一復(fù)功率下垂控制，表述如下

15、ωi＝ωrated-mp(pi-p*)-mq(qi-q*)

16、vi＝v*-nqi

17、式中，ωi和vi分別為第i個逆變模塊的角頻率和電壓幅值參考，ωrated為電網(wǎng)角頻率和電壓幅值的額定值，p*和q*表示每個模塊的額定有功功率和無功功率，mp和mq為ω/p-q頻率下垂控制系數(shù)，n為v/q電壓下垂控制系數(shù)。

18、作為本發(fā)明進一步改進，所述步驟三中，所述級聯(lián)h橋逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)分析，有個穩(wěn)態(tài)功率的函數(shù)定義

19、

20、式中，“-”表示物理量的穩(wěn)態(tài)值。

21、f可以改寫為改與穩(wěn)態(tài)功率因數(shù)角的函數(shù)：

22、

23、假設(shè)函數(shù)f關(guān)于功率因數(shù)角單調(diào)，那么對于任意兩個模塊有

24、

25、因此穩(wěn)態(tài)下各個模塊功率因數(shù)角相等

26、

27、同時所有串聯(lián)模塊共享同一個并網(wǎng)電流，所有模塊相角相同

28、

29、每個模塊的電壓幅值相同

30、

31、公共耦合并網(wǎng)點穩(wěn)態(tài)時電壓為

32、

33、每個模塊穩(wěn)態(tài)輸出功率可以表示為

34、

35、作為本發(fā)明進一步改進，所述步驟三中，所述級聯(lián)h橋逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析，得到系統(tǒng)唯一平衡點和穩(wěn)定的條件為

36、

37、式中，為穩(wěn)態(tài)時模塊電壓與電網(wǎng)電壓的功角差，ki＝(vp-vg)/|z|為電流有關(guān)表達式的近似值；

38、其中，mq/mp應(yīng)該通過考慮穩(wěn)定性裕量和有功功率支撐能力來權(quán)衡設(shè)計，滿足穩(wěn)定性條件之后能夠保證各個模塊的頻率同步和功率均衡，值得注意的是，如果模塊額定電壓幅值v*取值合理滿足vp＝vg，那么控制參數(shù)設(shè)計可以簡化為mq/mp＞0。

39、有益效果：

40、本發(fā)明公開了一種級聯(lián)h橋逆變器構(gòu)網(wǎng)儲能系統(tǒng)的復(fù)功率下垂控制方法。所提ω/p-q&v/q統(tǒng)一復(fù)功率下垂控制實現(xiàn)了每個模塊僅依靠本地信息實現(xiàn)頻率自同步與功率自均衡。相較于現(xiàn)有級聯(lián)逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)分散同步控制策略，該方法解決了電網(wǎng)電壓變化造成系統(tǒng)不穩(wěn)定問題的同時，又可進行電網(wǎng)頻率主動支撐。并且搭建了三個逆變器級聯(lián)并網(wǎng)實驗平臺，實驗結(jié)果表明本發(fā)明的方法具有更好的電網(wǎng)魯棒性和支撐性能，為未來級聯(lián)光伏和儲能系統(tǒng)提供了更加實用的一次控制策略。