一种集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法与流程

1.本发明涉及配电网优化调度技术领域，具体而言，涉及一种集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法。


背景技术：

2.配电网是指将输电网输送过来的电能分配到终端用户的电网系统。传统的配电网系统大多是集中式的控制方式，即由中央控制中心对整个电网进行监控和控制。随着可再生能源如风能、太阳能等的迅速发展和大规模接入，传统的集中式控制方式在面对新能源接入和负荷侧参与等情况下已经无法满足电力系统的需求。同时，电力系统的复杂性也随着接入的分布式电源的增加而不断提高，传统的集中式控制方式已经不能满足控制系统对响应速度、控制精度和可靠性的要求。
3.针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，用于解决配电网运行与调度过程中传统基于集中式的控制方式难以满足对电能的高效、可靠、安全分配的需求以及通讯成本过高的缺点，该方法能够提高电网的鲁棒性和可靠性，降低系统的能耗和成本，同时提高系统的灵活性和响应速度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，包括：步骤110：定义参数变量；所述参数变量包括三相电压幅值、采样时间、基准电压、基准频率、电阻幅值、电感幅值和电容幅值；步骤120：通过clarke变换，将所述三相电压幅值转换为两相静态坐标系下的电压矢量；步骤130：确定所述电压矢量的相位角，根据所述相位角的大小确定扇区；步骤140：基于所述相位角所在的扇区，计算特定时间间隔的持续时间；步骤150，基于特定时间间隔的持续时间，确定电压源逆变器每个开关的切换时间；步骤160：基于电压源逆变器每个开关的切换时间，构建两级分布式控制方法控制电网的电压、电流和功率。
5.进一步的，所述clarke变换的表达式为：
6.α＝a
[0007][0008]
其中，α表示转换后α相的电压幅值；β表示转换后β相的电压幅值；a表示a相的电压幅值；b表示b相的电压幅值；c表示c相的电压幅值。
[0009]
进一步的，根据所述相位角的大小确定扇区的表达式包括：当0
°
≤θ《60
°
时，n＝1；当60
°
≤θ《120
°
时，则n＝2；当120
°
≤θ《180
°
时，则n＝3；当180
°
≤θ《240
°
时，则n＝4；当240
°
≤θ《300
°
时，则n＝5；当300
°
≤θ《360
°
时，则n＝6；其中，θ表示相位角，n表示扇区的编号，所述扇区的总数为6，每个扇区代表一个空间矢量的输出状态。
[0010]
进一步的，计算特定时间间隔的持续时间的表达式为：
[0011][0012][0013]
t0＝t
s-t
1-t2[0014]
其中，t0表示初始时间间隔；t1表示第一时间间隔；t2表示第二时间间隔；ts表示采样时间；v
ref
表示参考电压；v
dc
表示逆变器的直流电压供应水平；n表示扇区的编号；θ表示相位角。
[0015]
进一步的，所述两级分布式控制方法包括一级控制方法和次级控制方法；所述一级控制方法包括内部控制和下垂控制；所述内部控制基于平稳正交参考系通过ziegler
–
nichols方法和比例谐振实现电流控制和电压控制；所述下垂控制通过降低频率和输出电压的值，使变流器能够共享网络的总发电量，从而产生平衡的有功和无功功率；所述次级控制方法通过电压、频率恢复的pi控制器，补偿由一次控制引起的公共耦合点处的电压和频率偏差，并将其恢复到基准值，同时降低循环电流。
[0016]
进一步的，所述电流控制的表达式为：
[0017][0018]
其中，gi(s)表示用于电流控制的输出信号；k
pi
表示电流比例增益参数，t
ii
表示积分增益参数，t
di
表示微分增益参数，n表示pid控制的增益滤波器；s表示复变量。
[0019]
进一步的，所述电压控制的表达式为：
[0020][0021]
其中，gv(s)表示用于电压控制的输出信号；k
pv
表示电压比例增益参数，k
rv
表示谐振项，ωc表示谐振频率；w0表示基准频率；s表示复变量。
[0022]
进一步的，所述下垂控制包括计算电流和电压控制回路的频率ω
*
和电压振幅e
*
，表达式分别为：
[0023]
ω
*
＝ω
0-mdp
[0024]e*
＝e
0-ndq
[0025]
其中，ω
*
表示电流控制回路的频率；ω0表示功率转换器的基准频率；md表示有功功率输出的p和q的比例增益；e
*
表示电压控制回路的电压振幅；e0表示功率转换器的电压基准值。nd表示无功功率输出的p和q的比例增益；p表示逆变器的有功功率输出；q表示逆变器的无功功率输出。
[0026]
进一步的，所述次级控制方法包括：计算在pcc处测量的rms值e
pcc
与基准电压e0值之间的电压差；基于所述电压差计算δe和δω值，并将δe和δω值发送到下垂控制以校正偏差。
[0027]
进一步的，所述δe和δω的表达式为：
[0028]
δe＝k
pe
(e
o-e
pcc
)+k
ie
∫(e
o-e
pcc
)dt
[0029]
δω＝k
pω
(ω
o-ω
pcc
)+k
iω
∫(ω
o-ω
pcc
)dt
[0030]
其中，δe表示电压偏差；k
pe
表示电压偏差的比例增益；eo表示基准电压；e
pcc
表示pcc处测量的rms(电压有效值)值；k
ie
表示电压偏差的积分增益；δω表示频率偏差；k
pω
表示频率偏差的比例增益；ωo表示基准频率；ω
pcc
表示测量系统频率；k
iω
为频率偏差的积分增益。
[0031]
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
[0032]
本发明通过两级分布式控制方法将控制任务分配到各个分布式电源和负载上，实现了局部协同和全局协调，从而提高了电网的能源利用率、可靠性和稳定性。
附图说明
[0033]
图1为本发明一些实施例提供的一种集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法的示例性流程图；
[0034]
图2为本发明一些实施例提供的根据所述相位角的大小确定扇区的示例性流程图；
[0035]
图3为本发明一些实施例提供的扇区的示例性示意图。
具体实施方式
[0036]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0037]
图1为本发明一些实施例提供的一种集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法的示例性流程图。
[0038]
步骤110：定义参数变量；所述参数变量包括三相电压幅值(va、vb、vc)、采样时间ts、基准电压、基准频率、电阻幅值、电感幅值和电容幅值。
[0039]
步骤120：通过clarke变换，将所述三相电压幅值转换为两相静态坐标系下的电压矢量。
[0040]
在一些实施例中，所述clarke变换的表达式为：
[0041]
α＝a
[0042][0043]
其中，α表示转换后α轴上的电压幅值；β表示转换后β轴上的电压幅值；a表示a相的电压幅值；b表示b相的电压幅值；c表示c相的电压幅值。α轴垂直于a-b相线，β轴与α轴呈120度夹角。
[0044]
步骤130：确定所述电压矢量的相位角θ，根据所述相位角的大小确定扇区。
[0045]
在一些实施例中，可以通过反正切函数，计算相位角θ。例如，θ＝atan2(β,α)。
[0046]
在一些实施例中，扇区可以被分为6块，分为6块的扇区如图3所示，包括扇区1-扇区6，每个扇区的角度范围为60度，根据相位角确定扇区可以是指相位角落在的扇区的区
间。关于根据相位角的大小确定扇区的更多内容，参见图2及其相关描述。
[0047]
步骤140：基于所述相位角所在的扇区，计算特定时间间隔的持续时间。
[0048]
在一些实施例中，计算特定时间间隔的持续时间的表达式为：
[0049][0050][0051]
t0＝t
s-t
1-t2[0052]
其中，t0表示初始时间间隔；t1表示第一时间间隔；t2表示第二时间间隔；ts表示采样时间；v
ref
表示参考电压；v
dc
表示逆变器的直流电压供应水平；n表示扇区的编号；θ表示相位角。
[0053]
步骤150，基于特定时间间隔的持续时间，确定电压源逆变器每个开关的切换时间。
[0054]
在一些实施例中，开关可以有多个(例如，6个)，分别为s
1-so，o表示开关总数；可以根据前面求的持续时间，除以调制周期求出占空比，再用占空比乘上基本切换时间得到开关切换时间。基本切换时间通过调制周期除以开关键数再除开关频率得到。
[0055]
步骤160：基于电压源逆变器每个开关的切换时间，构建两级分布式控制方法控制电网的电压、电流和功率。
[0056]
在一些实施例中，所述两级分布式控制方法包括一级控制方法和次级控制方法；所述一级控制方法包括内部控制和下垂控制。
[0057]
所述内部控制基于平稳正交参考系通过ziegler
–
nichols方法和比例谐振实现电流控制和电压控制。
[0058]
电流控制回路的目标是向参考信号频率注入更高的增益，从而减少系统中的干扰效应。在一些实施例中，可以通过在电流控制中实现的算法计算pid系数，并根据需要pi还是pid来选择控制器极点2或3的数量；所述电流控制的表达式为：
[0059][0060]
其中，gi(s)表示用于电流控制的输出信号；k
pi
表示电流比例增益参数，t
ii
表示积分增益参数，t
di
表示微分增益参数，n表示pid控制的增益滤波器；s表示复变量。
[0061]
在电压控制回路的情况下，实现了比例谐振(pr)控制器，这是因为回路具有无限的增益裕度，并且不可能使用zn找到pid参数。其常数的建立基于谐振频率ωc，该频率等于参考频率，允许跟踪正弦信号。在一些实施例中，所述电压控制的表达式为：
[0062][0063]
其中，gv(s)表示用于电压控制的输出信号；k
pv
表示电压比例增益参数，k
rv
表示谐振项，ωc表示谐振频率；w0表示基准频率；s表示复变量。
[0064]
所述下垂控制通过降低频率和输出电压的值，使变流器能够共享网络的总发电量，从而产生平衡的有功和无功功率。
[0065]
在一些实施例中，所述下垂控制包括计算电流和电压控制回路的频率ω
*
和电压振幅e
*
，表达式分别为：
[0066]
ω
*
＝ω
0-mdp
[0067]e*
＝e
0-ndq
[0068]
其中，ω
*
表示电流控制回路的频率；ω0表示功率转换器的基准频率；md表示有功功率输出的p和q的比例增益；e
*
表示电压控制回路的电压振幅；e0表示功率转换器的电压基准值。nd表示无功功率输出的p和q的比例增益；p表示逆变器的有功功率输出；q表示逆变器的无功功率输出。
[0069]
所述次级控制方法通过电压、频率恢复的pi控制器，补偿由一次控制引起的公共耦合点处的电压和频率偏差，并将其恢复到基准值，同时降低循环电流。
[0070]
在一些实施例中，所述次级控制方法包括：
[0071]
为了恢复电压偏差，计算在pcc处测量的rms值e
pcc
与基准电压e0值之间的电压差；关于频率，使用了频率锁定环路(fll)，该环路通过测量系统频率ω
pcc
并将其与标称频率ω0进行比较得出。
[0072]
基于所述电压差计算δe和δω值，并将δe和δω值发送到下垂控制以校正偏差。
[0073]
在一些实施例中，所述δe和δω的表达式为：
[0074]
δe＝k
pe
(e
o-e
pcc
)+k
ie
∫(e
o-e
pcc
)dt
[0075]
δω＝k
pω
(ω
o-ω
pcc
0+k
iω
∫(ω
o-ω
pcc
0dt
[0076]
其中，δe表示电压偏差；k
pe
表示电压偏差的比例增益；eo表示基准电压；e
pcc
表示pcc处测量的rms(电压有效值)值；k
ie
表示电压偏差的积分增益；δω表示频率偏差；k
pω
表示频率偏差的比例增益；ωo表示基准频率；ω
pcc
表示测量系统频率；k
iω
为频率偏差的积分增益。
[0077]
图2为本发明一些实施例提供的根据所述相位角的大小确定扇区的示例性流程图。如图2所示，根据相位角的大小确定扇区的表达式包括：
[0078]
当0
°
≤θ《60
°
时，n＝1；
[0079]
当60
°
≤θ《120
°
时，则n＝2；
[0080]
当120
°
≤θ《180
°
时，则n＝3；
[0081]
当180
°
≤θ《240
°
时，则n＝4；
[0082]
当240
°
≤θ《300
°
时，则n＝5；
[0083]
当300
°
≤θ《360
°
时，则n＝6；
[0084]
其中，θ表示相位角，n表示扇区的编号，所述扇区的总数为6，每个扇区代表一个空间矢量的输出状态。
[0085]
本发明提出的集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法通过对配电网采用一级和二级分布式控制，这种控制策略允许不同类型的转换器之间的功率共享，且在内部包括svm调制，实现了高效和准确地求解配电网调控策略，提高了配电网运行安全性、稳定性。
[0086]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人
员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，其特征在于，包括：步骤110：定义参数变量；所述参数变量包括三相电压幅值、采样时间、基准电压、基准频率、电阻幅值、电感幅值和电容幅值；步骤120：通过clarke变换，将所述三相电压幅值转换为两相静态坐标系下的电压矢量；步骤130：确定所述电压矢量的相位角，根据所述相位角的大小确定扇区；步骤140：基于所述相位角所在的扇区，计算特定时间间隔的持续时间；步骤150，基于特定时间间隔的持续时间，确定电压源逆变器每个开关的切换时间；步骤160：基于电压源逆变器每个开关的切换时间，构建两级分布式控制方法控制电网的电压、电流和功率。2.根据权利要求1所述的集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，其特征在于，所述clarke变换的表达式为：α＝a其中，α表示转换后α相的电压幅值；β表示转换后β相的电压幅值；a表示a相的电压幅值；b表示b相的电压幅值；c表示c相的电压幅值。3.根据权利要求1所述的集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，其特征在于，根据所述相位角的大小确定扇区的表达式包括：当0
°
≤θ<60
°
时，n＝1；当60
°
≤θ<120
°
时，则n＝2；当120
°
≤θ<180
°
时，则n＝3；当180
°
≤θ<240
°
时，则n＝4；当240
°
≤θ<300
°
时，则n＝5；当300
°
≤θ<360
°
时，则n＝6；其中，θ表示相位角，n表示扇区的编号，所述扇区的总数为6，每个扇区代表一个空间矢量的输出状态。4.根据权利要求1所述的集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，其特征在于，计算特定时间间隔的持续时间的表达式为：于，计算特定时间间隔的持续时间的表达式为：t0＝t
s-t
1-t2其中，t0表示初始时间间隔；t1表示第一时间间隔；t2表示第二时间间隔；t
s
表示采样时间；v
ref
表示参考电压；v
dc
表示逆变器的直流电压供应水平；n表示扇区的编号；θ表示相位角。5.根据权利要求1所述的集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，其特征在
于，所述两级分布式控制方法包括一级控制方法和次级控制方法；所述一级控制方法包括内部控制和下垂控制；所述内部控制基于平稳正交参考系通过ziegler
–
nichols方法和比例谐振实现电流控制和电压控制；所述下垂控制通过降低频率和输出电压的值，使变流器能够共享网络的总发电量，从而产生平衡的有功和无功功率；所述次级控制方法通过电压、频率恢复的pi控制器，补偿由一次控制引起的公共耦合点处的电压和频率偏差，并将其恢复到基准值，同时降低循环电流。6.根据权利要求5所述的集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，其特征在于，所述电流控制的表达式为：其中，g
i
(s)表示用于电流控制的输出信号；k
pi
表示电流比例增益参数，t
ii
表示积分增益参数，t
di
表示微分增益参数，n表示pid控制的增益滤波器；s表示复变量。7.根据权利要求5所述的集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，其特征在于，所述电压控制的表达式为：其中，g
v
(s)表示用于电压控制的输出信号；k
pv
表示电压比例增益参数，k
rv
表示谐振项，ω
c
表示谐振频率；w0表示基准频率；s表示复变量。8.根据权利要求5所述的集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，其特征在于，所述下垂控制包括计算电流和电压控制回路的频率ω
*
和电压振幅e
*
，表达式分别为：ω
*
＝ω
0-m
f
pe
*
＝e
0-n
d
q其中，ω
*
表示电流控制回路的频率；ω0表示功率转换器的基准频率；m
d
表示有功功率输出的p和q的比例增益；e
*
表示电压控制回路的电压振幅；e0表示功率转换器的电压基准值；n
d
表示无功功率输出的p和q的比例增益；p表示逆变器的有功功率输出；q表示逆变器的无功功率输出。9.根据权利要求5所述的集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，其特征在于，所述次级控制方法包括：计算在pcc处测量的rms值e
pcc
与基准电压e0值之间的电压差；基于所述电压差计算δe和δω值，并将δe和δω值发送到下垂控制以校正偏差。10.根据权利要求9所述的集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，其特征在于，所述δe和δω的表达式为：δe＝k
pe
(e
o-e
pcc
)+k
ie
∫(e
o-e
pcc
)dtδω＝k
pω
(ω
o-ω
pcc
)+k
iω
∫(ω
o-ω
pcc
)dt其中，δe表示电压偏差；k
pe
表示电压偏差的比例增益；e
o
表示基准电压；e
pcc
表示pcc处
测量的rms(电压有效值)值；k
ie
表示电压偏差的积分增益；δω表示频率偏差；k
pω
表示频率偏差的比例增益；ω
o
表示基准频率；ω
pcc
表示测量系统频率；k
iω
为频率偏差的积分增益。

技术总结
本发明提供了一种集成不同类型功率变换器的两级分布式控制方法，包括：定义参数变量；参数变量包括三相电压幅值、采样时间、基准电压、基准频率、电阻幅值、电感幅值和电容幅值；通过Clarke变换，将三相电压幅值转换为两相静态坐标系下的电压矢量；确定电压矢量的相位角，根据相位角的大小确定扇区；基于相位角所在的扇区，计算特定时间间隔的持续时间；基于特定时间间隔的持续时间，确定电压源逆变器每个开关的切换时间；基于电压源逆变器每个开关的切换时间，构建两级分布式控制方法控制电网的电压、电流和功率；提高了电网的鲁棒性和可靠性，降低了系统的能耗和成本，同时提高了系统的灵活性和响应速度。统的灵活性和响应速度。统的灵活性和响应速度。


技术研发人员：陈璨 姚一鸣 马原 毕刘占 吴林林 刘海东 邵尹池 丁然 王晶 张晋奇 徐小华 王枭枭 康泰峰 于宗民 裴宇婷 田树泉 刘佳林 范梁晨曦 王靖然 耿艳 巩彦江 高鹏 温晓东 涂骏峰
受保护的技术使用者：清华四川能源互联网研究院 国家电网有限公司 国网冀北电力有限公司 国网冀北电力有限公司唐山供电公司
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/10/15