CN108199380A - 一种适用于交直流混合微电网的双向dc-ac变换器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交直流混合微电网的母线电压稳定性技术，具体涉及一种适用于交直流混合微电网的双向DC‑AC变换器的控制方法，针对交直流混合微电网中存在功率不平衡问题，对电压波动实行分区控制；分为离网和并网两种状态，并网状态下，根据直流母线电压偏差值进行分区，然后对不同区间采用不同的下垂斜率；在离网状态下，考虑交流子微网与直流子微网的能量供给、负荷消耗选择工作模式，同时采用多斜率的下垂控制；以实现交直流混合微电网的分区域曲线动态下垂控制。该控制方法提供了交直流混合微电网中双向DC‑AC变换器在不同状态下的控制方法，采用多斜率下垂曲线，贴近了真实的下垂曲线，保证微电网的控制精度。

Description

一种适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制 方法

技术领域

本发明属于交直流混合微电网的母线电压稳定性设计技术领域，尤其涉及一种适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法。

背景技术

我国面临能源转型需求，为实现能源转型，提高可再生能源的渗透率，大范围推广分布式发电，不失为一个较为可行的方案。同时，随着科技的发展，大量的直流用电设备也在蓬勃发展，采用交直流供电系统，既可以满足用户的交流用电需求，也可以满足用户的直流负荷，同时可以减少能量在交直流转换过程中的损耗。交直流混合微电网，在中国能源转型阶段，拥有广阔的前景。

交直流混合微电网相较于直流微电网和交流微网，既包含常见的光伏发电单元，也包括蓄电池储能单元和交流发电机。维持混合微电网的稳定运行，不仅需要维持直流母线的电压稳定而且还要维持交流母线电压稳定。为保证交直流混合微电网稳定运行，双向DC-AC变换器需要满足功率的双向流动，即双向变换器有用两种工作模式：逆变模式与整流模式，以此保证微电网交流侧与直流侧功率平衡。

目前适用于微电网中DC-AC变换器，大多属于能量单向流动的逆变器，即将直流侧功率经过逆变后输送至交流电网，而对于适用于交直流混合微电网中的双向DC-AC变换器研究较少。

在拥有多微源的微电网系统中，DC-AC变换器采用下垂控制是较为常见的。在交流侧，有功与频率相关，无功与电压有关；在直流侧，由于不存在无功功率，电压与有功相关。在并网条件下，交直流混合微电网中的交流子网直接与公共电网连结，由公共电网支撑电压与频率，为维持混合微电网的稳定运行，只需保证直流子网中直流母线的电压稳定。在离网条件下，由于微电网失去了公共电网的支撑，交流子网中的微源及DC-AC变换器，需根据交流母线上的电压及频率调整出力。

在交直流混合微电网中，一般是采用电容充放电来实现功率波动的平抑，但是电容的功率波动与电压波动并不是呈线性关系的。因此存在传统下垂曲线采用固定斜率与电容充放电曲线不同步的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多斜率下垂控制，以保证微电网控制精度，维持交直流混合微电网稳定工作的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法，针对交直流混合微电网中存在功率不平衡问题，对电压波动实行分区控制；分为离网和并网两种状态，并网状态下，根据直流母线电压偏差值进行分区，然后对不同区间采用不同的下垂斜率；在离网状态下，考虑交流子微网与直流子微网的能量供给、负荷消耗选择工作模式，同时采用多斜率的下垂控制；以实现交直流混合微电网的分区域曲线动态下垂控制。

在上述的适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法中，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1、根据双向DC-AC变换器的传感器单元判断微电网处于并网状态或离网状态；

步骤2、通过直流子微网稳定条件判断微电网并网状态下的稳定状态；通过直流子微网和交流子微网稳定条件判断微电网离网状态下的稳定状态；

步骤3、分别确定并网状态下和离网状态下双向DC-AC变换器的工作模式，选择对应的下垂系数；

步骤4、将步骤1所得并网或离网状态，步骤3确定的工作模式及所选择的下垂系数作为控制器的参考信号输入控制单元，进入电流控制器和SPWM控制器，输出PWM波控制开关管的通断，通过对双向DC-AC变换器进行控制，实现对交直流混合微电网的控制。

在上述的适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法中，并网状态直流子微网稳定条件的判断、工作模式的确定及下垂系数的选择包括：

1)、直流子微网稳定的判断条件，根据微电网中直流母线电压与功率的约束关系，设定阈值电压U_H1和U_L1，直流母线电压额定值U_ref，直流母线实际电压U，实际电压与额定电压的偏差为ΔU＝U-U_ref，若ΔU>0，直流子微网功率过剩；若ΔU<0，则直流子微网发生功率缺额；

2)、划分工作模式选择下垂系数，根据直流母线电压进行分区，ΔU<0时，双向DC-AC变换器工作于整流模式；ΔU>0时，双向DC-AC变换器工作于逆变模式；当U<U_L1或U>U_H1时，选定下垂系数β；当U_L1<U<U_H1时，采用的下垂系数为α。

在上述的适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法中，离网状态直流子微网和交流子微网稳定条件的判断、工作模式的确定及下垂系数的选择包括：

(1)、直流子微网稳定条件的判断同步骤1)；交流子微网稳定条件的判断则根据交流子微网中存在的约束条件P-f、Q-U，随着微源提供的有功功率P增大，电压频率f会上升；微源提供的无功功率的增多，则电压U_ac会升高；

(2)、确定工作模式，当时，减小各微源的输出功率；当双向DC-AC变换器工作于整流模式；当双向DC-AC变换器工作在逆变模式；当 则需要考虑切除部分负载；为交流侧负载所消耗的有功，P_ac为交流子微网所提供的有功；P_dc为直流子微网所能提供的有功功率；为直流侧负载消耗功率；

(3)、选择下垂系数，交流子微网的约束条件P-f与Q-U的下垂特性方程为：

式中f为交流母线电压频率，f_n为额定频率，P′_ac为交流子微网输出功率，P_n为交流子微网输出额定功率，U_ac为交流母线上电压值，E₀为交流电压额定值，Q′为交流子微网输出无功；a，b为相对应下垂系数。

在上述的适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法中，步骤1)所述微电网中直流母线电压与功率的约束关系，满足约束条件：

逆变模式 ΔP＝ΔP₁+ΔP₂ ΔP＞0

整流模式 ΔP＝ΔP₃+ΔP₄ ΔP＜0

式中，U_H1和U_L1为双向DC-AC变换器控制阈值电压，U_max和U_min为直流母线电压允许的最大值与最小值，ΔP为直流子微网要维持直流母线稳定在额定值所需输出或吸收的功率，ΔP＞0则直流子微网功率过剩，双向DC-AC变换器应向交流侧输出功率，ΔP₁为变换器以下垂系数α所输出的功率，ΔP₂是变换器以下垂系数β所输出的功率；ΔP＜0表示直流侧发生功率缺额，直流侧应吸收功率，ΔP₃为双向DC-AC变换器以下垂系数α所吸收的功率，ΔP₄是双向DC-AC变换器以下垂系数β所吸收的功率；α，β分别为相应下垂曲线的下垂系数。

在上述的适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法中，通过电容的充放电公式：

式中，C_dc为直流侧储能电容，U_dc为直流侧母线电压；

得出下垂系数满足β＜α。

本发明的有益效果是：(1)本发明为一种适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的多斜率下垂控制方法，以平抑由交流子微网和直流子微网的功率不平衡所引起的电压波动作为控制目标，并根据电压波动的大小进行分区控制，实现了对交直流混合微电网的精准控制。

(2)本发明设计了交直流混合微电网在孤岛与并网状态下的控制方式，保证了交直流混合微电网全天候运行的能力。

附图说明

图1为本发明一个实施例交直流混合微电网简化示意图；

图2为本发明一个实施例双向DC-AC变换器结构简图；

图3为本发明一个实施例多斜率下垂控制方法整体流程示意图；

图4为本发明一个实施例电容充放电曲线；

图5为本发明一个实施例多斜率下垂曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例一种适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法，依据交直流两侧的功率供给情况确定变换器的工作模式，且依靠功率不平衡所引起的电压变化进行分区控制，确定相应的阈值电压，超过阈值电压与在阈值电压范围内配置相应的下垂系数，以此通过采用多斜率下垂控制系统使微电网控制的更加精确，同时让微电网运行的更加稳定、更加高效。

由于本实施例的控制方法在并网和离网条件下存在差异，分两种情况描述。

A、并网条件下其控制步骤为：

一、根据双向DC-AC变换器中的传感器单元判断微电网处于并网状态。

二、若处于并网状态，由于交流侧与公共电网相连，所以交流侧电压频率由公共电网支撑，此时只需考虑直流子网的稳定。根据交直流混合微电网中直流母线电压与功率的约束关系，设定阈值电压U_H1和U_L1，直流母线电压额定值U_ref，直流母线实际电压U，实际电压与额定电压的偏差为ΔU＝U-U_ref，ΔU>0可判定直流子网功率过剩；ΔU<0则可认为直流子网发生功率缺额。

三、由步骤二中ΔU是否大于0，以此为判断依据，确定双向DC-AC变换器工作于整流模式或逆变模式；

四、以直流母线电压进行分区，阈值电压为U_H1和U_L1，ΔU<0时变换器工作于整流模式；ΔU>0时变换器工作于逆变模式。直流母线电压U，当U<U_L1或U>U_H1时，选定下垂系数β；若直流母线电压U属于U_L1<U<U_H1时，采用的下垂系数为α。

五、步骤一中的并网状态，步骤四中的判定结果，步骤四选择的下垂系数，作为控制器的参考信号输入控制单元，然后进入电流控制器和SPWM控制器，输出PWM波控制开关管开通关断，实现对双向DC-AC变换器的控制。

而且，直流母线电压偏差与功率之间满足一定的约束条件：

逆变模式 ΔP＝ΔP₁+ΔP₂ ΔP＞0

整流模式 ΔP＝ΔP₃+ΔP₄ ΔP＜0

式中：U_H1和U_L1为双向变换器控制阈值电压，U_max和U_min为直流母线电压允许的最大值与最小值，ΔP为直流子微网要维持直流母线稳定在额定值所需输出或吸收的功率，ΔP＞0则直流子微网功率过剩，为保证直流母线电压稳定，变换器应向交流侧输出功率，ΔP₁为变换器以下垂系数α所输出的功率，ΔP₂是变换器以下垂系数β所输出的功率；ΔP＜0表示直流侧发生功率缺额，此时，直流侧应吸收功率，维持直流母线电压稳定，其中ΔP₃为变换器以下垂系数α所吸收的功率，ΔP₄是变换器以下垂系数β所吸收的功率。α，β分别为相应下垂曲线的下垂系数。

而且，步骤四中的阈值电压的设定是根据直流子微网的功率状态确定的。

而且，为使下垂曲线更贴近电容的充放电曲线，需选取合适的下垂系数α，β.电容的充放电公式为：

式中，C_dc为直流侧储能电容，U_dc为直流侧母线电压。

而且，步骤四中的阈值电压的设定是根据直流子微网的功率状态确定的。

并且，在传统的固定下垂控制中，其下垂系数k确定方法如式所示。

P_max-0＝k·(U_max-U_ref)

ΔP^*＝k·(U_dc-U_ref)

为使下垂曲线更贴近电容的充放电曲线，改进后的下垂控制采用分段的下垂控制，其阈值电压U_H1的设定方法为函数f(U_dc)在(U_ref，U_max)范围内取得最大值时此时U_dc＝U_H1。

双向DC-AC变换器在输出功率和吸收功率时，其下垂曲线为对称的，所以有

U_H1-U_ref＝U_ref-U_L1

依据上述条件，计算出阈值电压U_H1和U_L1。

式中U_dc为直流母线电压，P_max为变换器所能输出的最大功率，U_max为变换器所能承受的最大电压；U_ref为直流母线额定电压；ΔP^*为以固定下垂系数变换器输出功率；ΔP′为直流电容的功率波动。

更进一步地，由电容充放电公式可以得出，随着功率波动的值越大，电压变化越小，即下垂系数需满足：β＜α。

B、在离网条件下其控制步骤为：

①、根据双向DC-AC变换器中的传感器单元判断微电网是否属于并网状态。

当双向DC-AC变换器工作在离网状态时，交流侧失去公共电网的支撑，交流子微网的稳定需要双向DC-AC变换器参与调节。

②、若处于离网状态，就需要保证交直流子微网的稳定，直流子微网是否稳定，其判定依据与并网状态时一致，交流子微网则需考虑母线电压与频率是否处于额定值。交流子微网中存在P-f、Q-U的约束条件，随着微源提供的有功功率P增大，电压频率f会上升；微源提供的无功功率的增多，则电压U_ac会升高。

③、若处于离网状态，除判断直流侧功率是否过剩外还需考虑交流侧功率供给状况。直流子微网功率是否过剩其判定依据与并网条件下控制方法的判定依据一致，即直流母线电压额定值U_ref，直流母线实际电压U，实际电压与额定电压的偏差为ΔU＝U-U_ref，ΔU>0可判定直流子微网功率过剩；ΔU<0则可认为直流子微网发生功率缺额。

当时，减小各微源的输出功率；当 变换器工作于整流模式；当变换器工作在逆变模式；当则需要考虑切除部分负载。

为交流侧负载所消耗的有功，P_ac为交流子微网所提供的有功；P_dc为直流子微网所能提供的有功功率。为直流侧负载消耗功率。

并且，在离网状态下，交流微网中P-f与Q-U的下垂特性方程为：

式中f为交流母线电压频率，f_n为额定频率，P′_ac为交流子微网输出功率，P_n为交流子微网输出额定功率，U_ac为交流母线上电压值，E₀为交流电压额定值，Q′为交流子微网输出无功。a，b为相对应下垂系数。

在离网条件下，交直流混合微电网的控制更加复杂，直流子微网的控制方法与并网条件下一致，但由于在微电网中各微源所能提供的功率有限，同时，在保证直流子微网电压稳定的同时，也需要保证交流子微网电压与频率的稳定。当直流子微网需要的功率大于交流子微网所能提供的功率时，即交流子微网输出功率P′_ac＞P_n，会导致交流子微网中电压频率降低，使系统不能稳定运行，此时则要切除部分次要负载使满足

P_ac，j为交流侧微源j输出功率，为交流侧负载i所消耗的有功，P_dc，j为直流侧微源j输出功率，为直流侧负载i消耗功率。

实施例1

本实施例是一种适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法，针对交直流混合微电网中存在功率不平衡问题，对电压波动实行分区控制，提高直流母线电压控制精度。该控制方法可以工作于离网和并网两种状态，在并网状态下，根据直流母线电压偏差值进行分区，然后对不同区间采用不同的下垂斜率；在离网状态下，考虑交流子微网与直流子微网的能量供给、负荷消耗等条件灵活的选择工作模式，同时采用多斜率的下垂控制，提高双向DC-AC变换器对直流母线电压的控制精度。采用多斜率下垂控制，如图3所示，不需额外的通信线路，可实现各微源各负载的热插拔，并具有一定的自适应调节能力。

本实施案例以包含光伏发电单元、分布式储能单元和柴油发电机的交直流微电网中双向DC-AC变换器的控制为例。如图1所示。

如图2所示，根据双向DC-AC变换器中的传感器单元判断微电网是否属于并网状态。

㈠、若处于并网状态，则只考虑维持直流侧的稳定，其具体控制过程如下:

步骤I：依据母线电压偏差对微电网运行的影响，结合电容充的充放电特性曲线，对直流母线电压进行分区。设直流母线电压额定值为U_ref，直流母线电压U，ΔU>0时，双向DC-AC变换器应工作于逆变模式，当U<U_H1时其下垂系数为α；当U_H1<U时，其下垂系数为β。当ΔU<0时，双向DC-AC变换器应工作于整流模式，若U_L1<U其下垂系数为α；当U<U_L1时，其下垂系数为β。

并且，为使下垂曲线更贴近电容的充放电曲线，如图4所示，需选取合适的下垂系数α，β.电容的充放电公式为：

式中，C_dc为直流侧储能电容，U_dc为直流侧母线电压。由电容充放电公式可以得出，随着功率波动的值越大，电压变化越小，即下垂系数需满足：β＜α。

并且，阈值电压UH1和UL1的设定是根据直流子微网的功率状态确定的。

在传统的固定下垂控制中，其下垂系数k确定方法如式所示。

P_max-0＝k·(U_max-U_ref)

ΔP^*＝k·(U_dc-U_ref)

为使下垂曲线更贴近电容的充放电曲线，改进后的下垂控制采用分段的下垂控制，其阈值电压U_H1的设定方法为函数f(U_dc)在(U_ref，U_max)范围内取得最大值时此时U_dc＝U_H1。

变换器在输出功率和吸收功率时，其下垂曲线为对称的，所以有

U_H1-U_ref＝U_ref-U_L1

依据上述条件，计算出阈值电压U_H1和U_L1。

式中U_dc为直流母线电压，P_max为双向DC-AC变换器所能输出的最大功率，U_max为双向DC-AC变换器所能承受的最大电压；U_ref为直流母线额定电压；ΔP^*为以固定下垂系数双向DC-AC变换器输出功率；ΔP′为直流电容的功率波动。

当双向DC-AC双向变换器工作于逆变模式时，其对于直流子微网而言是消耗功率的负载。

当直流母线电压U属于(U_ref，U_H1)区间时，直流母线电压与输出功率之间的关系式为：

U^*＝U-α·ΔP₁ (1)

U为直流母线电压值，U^*为双向DC-AC变换器从直流侧传输功率ΔP₁至交流侧后直流母线电压值，此时U^*＝U_ref。

当直流母线电压U>U_H1时，直流母线电压与输出功率之间的关系式为：

U^*＝U-β·ΔP₂ (2)

U为直流母线电压值，U^*为双向DC-AC变换器从直流侧传输功率ΔP₂至交流侧后直流母线电压值，U_max为双向DC-AC变换器所能承受的最大直流母线电压。此时，U^*＝U_H1，在以(1)式的中斜率为α的下垂控制，输出相应功率，使直流母线电压为U_ref。

当双向DC-AC变换器工作于整流模式时，其对于直流子微网而言是提供功率的微源。

当直流母线电压U属于(U_L1，U_ref)区间时，直流母线电压与吸收功率之间的关系式为：

U^*＝U-α·ΔP₃ (3)

U为直流母线电压值，U^*为双向DC-AC变换器从交流侧吸收功率ΔP₃后直流母线电压值；此时U^*＝U_ref。

当直流母线电压U<U_L1时，直流母线电压与输出功率之间的关系式为：

U^*＝U-β·ΔP₄ (4)

U为直流母线电压值，U^*为双向DC-AC变换器从交流侧吸收功率ΔP₄后直流母线电压值；当U^*＝U_L1时，采用(3)式，斜率为α的下垂控制，吸收相应功率，使直流母线电压为U_ref。

步骤II：确定微电网步骤I所述取值后，再根据步骤I划分的工作区域对每个区域的控制进行设计，针对双向DC-AC变换器整流模式和逆变模式分别说明。

a.整流模式

在交直流混合微网中，维持微电网的稳定运行，其核心工作时保证微电网的功率平衡，即微源提供的功率与各负荷所消耗的功率处于动态平衡：

式中，P_grid为交流子微网与公共电网之间的功率交换；为交流侧负载i所消耗的有功，P_acdc为双向变换器传输功率，P_acdc大于零表示由直流侧向交流侧输出功率；P_acdc为负值，则表示直流子微网从交流侧吸收功率。P_dc,j为直流侧微源j输出功率，为直流侧负载i消耗功率。

由直流母线电压的跌落值ΔU与直流子微网功率缺额ΔP选择相应的工作区域。

ΔU＝U_ref-U

ΔU≤U_ref-U_L1时，控制式为：

U^*＝U-α·ΔP₃

ΔP＝ΔP₃＝P_acdc

式中ΔP为直流侧输出功率，当处于整流模式时，直流子微网从交流侧吸收功率，故ΔP为负值。

ΔU＞U_ref-U_L1时，需采用分段控制，控制式为：

ΔP＝ΔP₃+ΔP₄

ΔP₃＜0

ΔP₄＜0

ΔP＝P_acdc

当功率缺额较大，电压跌落超出阈值时，采用分段控制。先以斜率为β的控制曲线，吸收功率ΔP₃，使直流母线电压上升至U_L1，然后切换成斜率为α的控制曲线，吸收功率ΔP₄，直至使U^*＝U_ref。其中ΔP₃为双向DC-AC变换器以下垂系数α从交流侧所吸收的功率，ΔP₄是双向DC-AC变换器以下垂系数β从交流侧所吸收的功率。

b.逆变模式

双向DC-AC变换器工作于逆变模式的条件为：

此时微电网中功率平衡关系为

式中，P_grid为交流子微网与公共电网之间的功率交换；为交流侧负载i所消耗的有功，P_acdc为双向变换器传输功率，功率传输方向为从直流侧传递至交流侧，P_acdc为正值，P_dc,j为直流侧微源j输出功率，为直流侧负载i消耗功率。

进一步地，由直流母线电压的升高值ΔU与直流子微网功率过剩额ΔP选择相应的工作区域。

ΔU＝U-U_ref

ΔU≤U_H1-U_ref时，控制式为：

U^*＝U-α·ΔP₁

ΔP₁＝ΔP＝P_dcac

式中ΔP为直流侧输出功率，变换器工作在逆变模式，功率传递方向为从直流子微网传递至交流子微网，ΔP₁为变换器以下垂系数α所输出的功率，ΔP为正值。

ΔU＞U_H1-U_ref时，需采用分段控制，控制式为：

ΔP＝ΔP₁+ΔP₂

ΔP₁＞0

ΔP₂＞0

ΔP＝P_dcac

当功率超额较大，电压升高超出阈值时，采用分段控制。先以斜率为β的控制曲线，输出功率ΔP₁，使直流母线电压下降至U_H1，然后切换成斜率为α的控制曲线，输出功率ΔP₂，直至使U^*＝U_ref

步骤III：经过前面步骤所采样的电压、电流等信号，根据微电网中功率平衡状态，实时判断母线电压处于哪种分区，再经过电压、电流双环控制器，最终经过PWM调节器输出驱动信号，改变开关管状态，实现系统的分区域曲线动态下垂控制。

㈡、离网状态控制过程如下：

当微电网处于离网状态，交流侧失去了大电网的支撑，此时需要交直流两侧的稳定，直流子微网是否稳定判定依据与并网状态时一致，交流子微网则需考虑母线电压与频率是否处于额定值。交流子微网中存在P-f、Q-U的约束条件，随着微源提供的有功功率P增大，电压频率f会上升；微源提供的无功功率的增多，则电压U_ac会升高。

步骤i：处于离网状态，除判断直流侧功率是否过剩外还需考虑交流侧功率供给状况。当时，减小各微源的输出功率；当 双向DC-AC变换器工作于整流模式；当双向DC-AC变换器工作在逆变模式；当则需要考虑切除部分负载。

为交流侧负载所消耗的有功，P_ac为交流子微网所提供的有功，；P_dc为直流子微网所能提供的有功功率。为直流侧负载消耗功率。

步骤ii：以直流母线电压进行分区，阈值电压为U_H1和U_L1，U_ref<0时双向DC-AC变换器工作于整流模式；U_ref>0时双向DC-AC变换器工作于逆变模式。直流母线电压U，当U<U_L1或U>U_H1时，选定下垂系数α；若直流母线电压U属于U_L1<U<U_H1时，采用的下垂系数为β。

而且，直流母线电压偏差与功率之间满足一定的约束条件：

逆变模式 ΔP＝ΔP₁+ΔP₂ ΔP＞0

整流模式 ΔP＝ΔP₃+ΔP₄ ΔP＜0

式中：U_H1和U_L1为双向DC-AC变换器控制阈值电压，U_max和U_min为直流母线电压允许的最大值与最小值，ΔP为直流子微网功率波动值，ΔP＞0则直流子微网功率过剩，ΔP＜0表示直流侧发生功率缺额。α，β分别为相应下垂曲线的下垂系数。

当双向DC-AC变换器工作在离网状态时，交流侧失去公共电网的支撑，交流子微网的稳定需要双向DC-AC变换器参与调节。

而且，在离网状态下，有关直流子微网的控制方式与并网条件相同，只需额外满足

P_ac，j为交流侧微源j输出功率，为交流侧负载i所消耗的有功，P_dc，j为直流侧微源j输出功率，为直流侧负载i消耗功率。

而且，在离网状态下，交流微网中P-f与Q-U的下垂特性方程为：

式中f为交流母线电压频率，f_n为额定频率，P′_ac为交流子微网输出功率，P_n为交流子微网输出额定功率，P_ac为交流子微网所提供的有功；U_ac为交流母线上电压值，E₀为交流电压额定值，Q′为交流子微网输出无功。a，b为相对应下垂系数。

在离网条件下，交直流混合微电网的控制更加复杂，直流子微网的控制方法与并网条件下一致，但由于在微电网中各微源所能提供的功率有限，同时，在保证直流子微网电压稳定的同时，也需要保证交流子微网电压与频率的稳定。当直流子微网需要的功率大于交流子微网所能提供的功率时，即交流子微网输出功率P′_ac＞P_n，会导致交流子微网中电压频率降低，使系统不能稳定运行，此时则要切除部分次要负载使满足

P_ac，j为交流侧微源j输出功率，为交流侧负载i所消耗的有功，P_dc，j为直流侧微源j输出功率，为直流侧负载i消耗功率。

步骤iii：经过前面步骤所采样的电压、电流等信号，根据系统中功率平衡状态，实时判断母线电压处于哪种分区，再经过电压、电流双环控制器，最终经过PWM调节器输出驱动信号，改变开关管状态，实现系统的分区域曲线动态下垂控制。

多斜率下垂曲线如图5所示。

本实施例的控制方法，所有微源将输出功率送入控制模块，配合交流母线与直流母线上的采样单元所采集的电压，电流信号，通过控制算法，输出PWM信号控制变换器的开关管工作，从而实现对DC-AC变换器的控制，达到对交直流流混合微电网的控制效果。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法，其特征是，针对交直流混合微电网中存在功率不平衡问题，对电压波动实行分区控制；分为离网和并网两种状态，并网状态下，根据直流母线电压偏差值进行分区，然后对不同区间采用不同的下垂斜率；在离网状态下，考虑交流子微网与直流子微网的能量供给、负荷消耗选择工作模式，同时采用多斜率的下垂控制；以实现交直流混合微电网的分区域曲线动态下垂控制。

2.如权利要求1所述的适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法，其特征是，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1、根据双向DC-AC变换器的传感器单元判断微电网处于并网状态或离网状态；

步骤2、通过直流子微网稳定条件判断微电网并网状态下的稳定状态；通过直流子微网和交流子微网稳定条件判断微电网离网状态下的稳定状态；

步骤3、分别确定并网状态下和离网状态下双向DC-AC变换器的工作模式，选择对应的下垂系数；

步骤4、将步骤1所得并网或离网状态，步骤3确定的工作模式及所选择的下垂系数作为控制器的参考信号输入控制单元，进入电流控制器和SPWM控制器，输出PWM波控制开关管的通断，通过对双向DC-AC变换器进行控制，实现对交直流混合微电网的控制。

3.如权利要求2所述的适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法，其特征是，并网状态直流子微网稳定条件的判断、工作模式的确定及下垂系数的选择包括：

1)、直流子微网稳定的判断条件，根据微电网中直流母线电压与功率的约束关系，设定阈值电压U_H1和U_L1，直流母线电压额定值U_ref，直流母线实际电压U，实际电压与额定电压的偏差为ΔU＝U-U_ref，若ΔU>0，直流子微网功率过剩；若ΔU<0，则直流子微网发生功率缺额；

2)、划分工作模式选择下垂系数，根据直流母线电压进行分区，ΔU<0时，双向DC-AC变换器工作于整流模式；ΔU>0时，双向DC-AC变换器工作于逆变模式；当U<U_L1或U>U_H1时，选定下垂系数β；当U_L1<U<U_H1时，采用的下垂系数为α。

4.如权利要求3所述的适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法，其特征是，离网状态直流子微网和交流子微网稳定条件的判断、工作模式的确定及下垂系数的选择包括：

(1)、直流子微网稳定条件的判断同步骤1)；交流子微网稳定条件的判断则根据交流子微网中存在的约束条件P-f、Q-U，随着微源提供的有功功率P增大，电压频率f会上升；微源提供的无功功率的增多，则电压U_ac会升高；

(2)、确定工作模式，当时，减小各微源的输出功率；当双向DC-AC变换器工作于整流模式；当双向DC-AC变换器工作在逆变模式；当 则需要考虑切除部分负载；为交流侧负载所消耗的有功，P_ac为交流子微网所提供的有功；P_dc为直流子微网所能提供的有功功率；为直流侧负载消耗功率；

(3)、选择下垂系数，交流子微网的约束条件P-f与Q-U的下垂特性方程为：

式中f为交流母线电压频率，f_n为额定频率，P′_ac为交流子微网输出功率，P_n为交流子微网输出额定功率，U_ac为交流母线上电压值，E₀为交流电压额定值，Q′为交流子微网输出无功；a，b为相对应下垂系数。

5.如权利要求3所述的适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法，其特征是，步骤1)所述微电网中直流母线电压与功率的约束关系，满足约束条件：

逆变模式 ΔP＝ΔP₁+ΔP₂ ΔP＞0

整流模式 ΔP＝ΔP₃+ΔP₄ ΔP＜0

式中，U_H1和U_L1为双向DC-AC变换器控制阈值电压，U_max和U_min为直流母线电压允许的最大值与最小值，ΔP为直流子微网要维持直流母线稳定在额定值所需输出或吸收的功率，ΔP＞0则直流子微网功率过剩，双向DC-AC变换器应向交流侧输出功率，ΔP₁为变换器以下垂系数α所输出的功率，ΔP₂是变换器以下垂系数β所输出的功率；ΔP＜0表示直流侧发生功率缺额，直流侧应吸收功率，ΔP₃为双向DC-AC变换器以下垂系数α所吸收的功率，ΔP₄是双向DC-AC变换器以下垂系数β所吸收的功率；α，β分别为相应下垂曲线的下垂系数。

6.如权利要求3所述的适用于交直流混合微电网的双向DC-AC变换器的控制方法，其特征是，通过电容的充放电公式：

式中，C_dc为直流侧储能电容，U_dc为直流侧母线电压；

得出下垂系数满足β＜α。