一种基于下垂控制的逆变器功率补偿方法与流程

1.本发明涉及微电网控制技术领域，特别涉及一种基于下垂控制的逆变器功率补偿方法。


背景技术：

2.随着各种新能源发电技术的不断进步，发电方式得到了极大的丰富，比如光伏发电、风力发电、热能发电等，但发电技术的发展并没有解决电力系统中普遍存在的电能供给不平衡和电能浪费的问题。而随着电动汽车技术的不断发展，电池技术得到了长足的发展，从成本、充放电性能到安全性都有了进一步的改善，得益于电池技术的进步，如何将电池的储能作用应用到电力系统中，与电力系统有效的结合实现能源平衡和充分利用已成为研究的热点。
3.在公布号为cn 106099983 a的一种低压微电网中逆变器的改进自适应下垂控制方法的专利中，该方法引入虚拟复阻抗使得并联逆变器的等效输出阻抗呈感性，通过等效虚拟复阻抗带来的电压跌落，得到改进的自适应下垂控制，实现了并联逆变器的负载均分，但是该方法并不适用于储能电池补功和储能方面，同时负载功率的均分不利于电网调度。因此，如何实现利用逆变器对储能电池自动补功运行和自动储能运行，是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本技术旨在提供一种基于下垂控制的逆变器功率补偿方法，可以根据负载功率实时变化情况实现微电网内电池充放电控制器的自动切换，当发电机实时最大功率能够满足负载功率需求时，则利用多余的功率对电池进行恒流或恒压充电，当发电机实时最大功率不能够满足负载功率需求时，则通过修正发电机下垂控制有功功率控制系数和电池下垂控制有功功率控制系数，控制电池放电实现对逆变器的功率补偿，从而满足负载功率需求，可以有效抑制负载功率突变给母线电压带来的波动，既提高了逆变器的稳定性，也充分利用了发电机多余功率对电池进行充电，提高了能量的利用率。
5.本技术提供一种基于下垂控制的逆变器功率补偿方法，包括以下步骤：s1：获取发电机实时最大供电功率、实时负载功率；s2：比较发电机实时最大供电功率与实时负载功率，当发电机实时最大供电功率＜实时负载功率时，电池进行放电，包括以下步骤：s23：计算电池下垂控制有功功率控制系数；s24：以电池下垂控制有功功率控制系数，计算所述负载功率下的电池下垂控制输出参考电压；s25：将所述电池下垂控制输出参考电压输入至电池电压综合点，结合发电机母线升压变换回路电压反馈值，得到第一参考偏差量，将所述第一参考偏差量输入至电池pi调
节器，输出电池boost升压回路占空比一；s26：将所述占空比一输入第一pwm生成定时器，输出电池boost升压回路pwm驱动方波一；s27：将所述驱动方波一输入电池boost升压回路igbt驱动模块，对所述驱动方波一进行放大，将放大后的驱动方波一反馈至电池boost升压回路igbt驱动模块，得到电池输出端电压；s28：用电池输出端电压计算电池实时输出的补充功率，并计算发电机实时最大供电功率与电池实时输出的补充功率之和，得到第一功率；s29：比较所述第一功率与实时负载功率，当所述第一功率＝实时负载功率时，保持发电机和电池放电运行；当所述第一功率＜实时负载功率时，返回执行步骤s25。
6.具体的，由于发电机通过提升转速提高输出的有功功率时间较长，具有滞后性，所以随着负载的增加或发生突变等情况，当发电机当前转速下实时输出的最大供电功率如不能满足实时负载功率需求时，直接控制电池放电对发电机不足的功率部分进行补偿，从而防止随着负载功率的增加导致逆变器输入端母线电压剧烈波动或发电机功率过载损坏设备。而随着发电机转速的增加，发电机实时最大供电功率也逐渐增大，当某一计算周期获取的发电机实时最大供电功率满足实时负载功率需求时，则电池停止放电。
7.当电池需要放电补充功率时，首先需要通过电池管理系统（bms）做好电池放电准备，包括bms进行电池放电状态切换，继电器工作是否正常工作，然后再计算发电机下垂控制有功功率控制系数和电池下垂控制有功功率控制系数。如果电池管理系统（bms）检测到当前电池准备工作已完成，则开始执行电池放电程序，如此既可以提高程序的稳定性，也可以降低计算量，保证计算效率，还可以保证充电过程的安全性。
8.根据本技术实施例提供的技术方案，计算电池下垂控制有功功率控制系数包括以下步骤：s241：计算发电机实时最大供电功率与实时负载功率差值的绝对值，设为第一差值；s242：根据所述第一差值，确定发电机的下垂控制有功功率控制系数；s243：用发电机下垂控制有功功率控制系数计算电池下垂控制有功功率控制系数。
9.具体的，发电机实时最大供电功率与实时负载功率差值的绝对值，反应了当前负载功率情况与发电实时最大供电功率的偏差，是后续判断逆变器需要补充功率的多少及修正计算发电机下垂控制有功功率控制系数和电池下垂控制有功功率控制系数的依据。
10.根据本技术实施例提供的技术方案，所述第一差值与发电机的下垂控制有功功率控制系数的对应关系如下，k
gent_m
=mi，p
error
∈（pi，p
i 1
）式中，k
gent_m
为发电机下垂控制有功功率控制系数；mi为发电机的下垂控制有功功率控制系数的具体值，i≥1且为自然数；p
error
为发电机实时最大供电功率与实时负载功率差值的绝对值；pi、p
i 1
均为区间值。
11.具体的，根据实时负载功率的变化情况，对所述发电机的下垂控制有功功率控制
系数进行分段设置并取值，可以大大简化程序计算过程，降低计算量；发电机的下垂控制有功功率控制系数的具体值mi根据实验测量获得。
12.根据本技术实施例提供的技术方案，计算电池下垂控制有功功率控制系数的公式如下，k
bat_m
=p
error
*k
gent_m
/p
gen
式中，k
bat_m
为电池下垂控制有功功率控制系数；p
gent
为发电机实时输出的有功功率。
13.具体的，所述电池下垂控制有功功率控制系数根据所述发电机的下垂控制有功功率控制系数自适应修正，保证了发电机功率和电池放电补功的合理有效分配，最终实现逆变器的功率自动补偿，及时满足实时负载功率的变化需求。
14.根据本技术实施例提供的技术方案，所述电池下垂控制输出参考电压计算公式如下，v
bat_dc
=u
_dc-k
bat_m
*p
bat
式中，v
bat_dc
为所述电池下垂控制输出参考电压；u
_dc
为逆变器输入端母线升压期望值；k
bat_m
为电池下垂控制有功功率控制系数；p
bat
为电池实时输出功率。
15.具体的，u
_dc
为逆变器输入端母线升压期望值，为满足逆变要求，该值常设定为600v。
16.考虑实际逆变器自身功率损耗、负载计算功率与电池输出功率的具体需求变化，所述发电机实时输出的有功功率p
gent
的计算公式如下：p
gent
=p
all-p
bat
=u
dc
*i
dc-p
bat
式中，p
all
为当前所有负载功率之和；u
dc
为逆变器输出端母线实时电压；i
dc
为逆变器输出端母线实时电流；p
bat
为电池实时输出功率。
17.电池输出端电压u
bat
和电池输出端电流i
bat
可以通过电池管理系统（bms）获取，所述电池实时输出功率的计算公式如下：p
bat
=3*u
bat
*i
bat
式中，u
bat
为电池输出端电压；i
bat
为电池输出端电流。
18.根据本技术实施例提供的技术方案，在步骤s25之后还包括以下步骤：s251：比较所述电池下垂控制输出参考电压v
bat_dc
与1.15倍的所述逆变器输入端母线升压期望值u
_dc
，当v
bat_dc
≥1.15*u
_dc
时，则v
bat_dc
=1.15*u
_dc
，否则v
bat_dc
为所述电池下垂控制输出参考电压的计算值。
19.具体的，当所述电池下垂控制输出参考电压的计算值大于1.15倍的逆变器输入端母线升压期望值时，就限制所述电池下垂控制输出参考电压的计算值为1.15倍的逆变器输入端母线升压期望值，确保逆变器整流升压后输出端母线电压处于设备安全范围，防止因逆变器整流升压后输出端母线电压过高带来的igbt驱动模块发热严重和因其电压过高导致的器件损坏。
20.根据本技术实施例提供的技术方案，在步骤s2中，还包括以下步骤：当发电机实时最大供电功率=实时负载功率时，保持发电机供电运行；当发电机实时最大供电功率＞实时负载功率时，电池进行充电，包括以下步骤：s21：获取实时的电池荷电状态；
s22：判断所述电池荷电状态的大小，当所述电池荷电状态≥90%时，对电池进行恒压充电，包括以下步骤：s221：获取所述电池荷电状态对应的电池允许的充电电压；s222：以所述电池允许的充电电压对电池进行恒压充电，当电池荷电状态达到100%时，电池停止充电，保持发电机供电运行；当所述电池荷电状态＜90%时，对电池进行恒流充电，包括以下步骤：s223：获取所述电池荷电状态对应的电池恒流充电电流；s224：以所述电池恒流充电电流对电池进行恒流充电，当所述电池荷电状态≥90%时，返回执行步骤s221。
21.具体的，所述电池荷电状态表示电池剩余可用电量占总容量的百分比，可通过电池管理系统（bms）实时获取电池荷电状态，即电池soc，本技术设定电池荷电状态为90%时为界限，当电池荷电状态≥90%时，通过电池管理系统获取电池荷电状态对应的电池允许的充电电压，并以此充电电压对电池进行恒压充电，电池进入浮充状态，以充分保证电池的安全性和提高使用寿命，当电池荷电状态＜90%时，对电池进行恒流充电，而充电电流的大小则通过比较发电机多余功率可提供的最大充电电流值和电池充电电流允许的最大值确定，选择其中较小的作为电池充电电流对电池进行恒流充电，直至电池荷电状态达到90%时再切换到恒压充电，或者由于实时负载功率发生变化，重新判断并选择电池的充放电模式。
22.根据本技术实施例提供的技术方案，在步骤s221中，获取所述电池荷电状态对应的电池允许的充电电压，包括以下步骤：s2211：获取恒压充电的参考电压；s2212：将所述恒压充电的参考电压输入至电池电压综合点，结合电池实时电压反馈值，得到第三参考偏差量，将所述第三参考偏差量输入至母线降压斩波回路电压pi调节器，输出母线降压斩波回路占空比三；s2213：将所述占空比三输入第三pwm生成定时器，输出母线降压斩波回路pwm驱动方波三；s2214：将所述驱动方波三输入母线降压斩波回路igbt驱动模块，对所述驱动方波三的驱动波形进行放大，将放大后的驱动方波三反馈至母线降压斩波回路igbt驱动模块，得到电池允许的充电电压。
23.根据本技术实施例提供的技术方案，在步骤s223中，获取所述电池荷电状态对应的电池恒流充电电流，包括以下步骤：s2231：计算发电机多余功率可提供的最大充电电流；s2232：获取当前电池允许的最大充电电流；s2233：比较发电机多余功率可提供的最大充电电流和当前电池允许的最大充电电流，保留二者中的较小值，作为恒流充电的参考电流。
24.s2234：将所述恒流充电的参考电流输入至电池电流综合点，结合电池实时电流反馈值，得到第四参考偏差量，将所述第四参考偏差量输入至母线降压斩波回路电流pi调节器，输出母线降压斩波回路占空比四；s2235：将所述占空比四输入第三pwm生成定时器，输出母线降压斩波回路pwm驱动方波四；
s2236：将所述驱动方波四输入母线降压斩波回路igbt驱动模块，对所述驱动方波四的驱动波形进行放大，将放大后的驱动方波四反馈至母线降压斩波回路igbt驱动模块，得到电池恒流充电电流。
25.根据本技术实施例提供的技术方案，区间值的计算公式如下：p1=0，p
i 1
=p
error_max
*i/n式中，p
error_max
表示电池当前可提供的最大可补偿功率；n表示区间数量，n≥3且为奇数；1≤i≤n。
26.具体的，划分区间的具体数量及区间值的确定具体可根据控制精度要求进行细分确定，为满足简化处理器运算负荷同时对电池输出功率进行具体分配的要求，按照奇数区间对电池当前可提供的最大可补偿功率进行划分。
27.综上，本技术公开有一种基于下垂控制的逆变器功率补偿方法，基于上述方案产生的有益效果是，获取发电机实时最大供电功率和实时负载功率，当发电机实时最大供电功率＜实时负载功率时，开始电池放电模式，通过实时修改发电机下垂控制有功功率控制系数，并根据发电机下垂控制有功功率控制系数确定电池下垂控制有功功率控制系数，充分的利用逆变器下垂控制器的自适应特性，保证了发电机功率的充分利用，合理分配电池放电补功功率，充分保证了发电机功率和电池功率的利用率，实现了在发电机功率不足情况下，根据负载功率需求进行功率自动补偿的功能，及时满足负载功率的变化需求，从而有效抑制了随着负载功率的增加导致逆变器输入端母线电压和输出端电压剧烈波动，防止发电机功率过载损坏设备，提高了逆变器运行电压的稳定性。
28.本技术还具有如下效果，当发电机实时最大供电功率＝实时负载功率时，保持当前发电机供电运行状态，当发电机实时最大供电功率＞实时负载功率时，进入电池充电模式，结合逆变器下垂控制技术和电池管理技术，实现了在发电实时最大供电机功率在满足实时负载功率需求的情况下，充分利用发电机的多余功率对电池进行充电储能，充分利用能源，而且当电池荷电状态＜90%时，采用恒流充电模式，通过比较发电机多余功率可提供的最大充电电流和当前电池允许的最大充电电流，取二者中的较小值计算电池充电电流对电池进行恒流充电，既保证了电池充电的快速性，又保证了发电机多余功率的充分利用，而当电池荷电状态≥90%时，采用恒压充电模式，以电池允许的充电电压对电池进行恒压充电，充分保证了电池充电的安全性以及稳定性。
附图说明
29.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
30.图1为本技术基于下垂控制的逆变器功率补偿方法的流程图。
31.图2为本技术利用发电机多余功率对电池进行恒压或恒流充电的控制系统结构示意图。
32.图3为本技术逆变器-电池功率补偿下垂控制系统结构示意图。
33.图4为本技术实施例1电池放电过程逆变器整流升压后输出端母线电压波动图。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。下面参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
35.按照如图1所示的流程，一种基于下垂控制的逆变器功率补偿方法，包括以下步骤：s1：获取发电机实时最大供电功率、实时负载功率；根据发电机的不同型号可以确定发电机的发电功率范围，本技术所用发电机实时最大供电功率与其端电压有效值近似成线性关系，而端电压有效值与发电机转速近似成线性关系，所以可以根据发电机转速计算出发电机端电压有效值，然后根据发电机端电压有效值计算出发电机实时最大供电功率，故所述电机实时最大供电功率的计算公式如下：p
gent_max
=n*u
gent
=y*n*n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）式中，p
gent_max
为电机实时最大供电功率；n为发电机功率有效值与发电机端电压有效值转换系数；u
gent
为发电机端电压有效值；y为发电机端电压有效值与发电机转速的转换系数。
36.所述发电机功率有效值与发电机端电压有效值转换系数n及发电机端电压有效值与发电机转速的转换系数y部分给出数据，如表1所示，根据现有三相四线制运行情况分析，对三相平衡负载，其总负载功率等于单相负载功率的三倍，故实时负载功率的计算公式如下：p
load
=3*u
load
*i
load
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）式中，p
load
为实时负载功率；u
load
为三相发电机单相实时电压值；i
load
为三相发电机单相实时电流值。
37.s2：比较发电机实时最大供电功率与实时负载功率，当发电机实时最大供电功率=实时负载功率时，保持发电机供电运行；当发电机实时最大供电功率＞实时负载功率时，电池进行充电，包括以下步骤：s21：获取实时的电池荷电状态，其中，所述电池荷电状态表示电池剩余可用电量占总容量的百分比，通过电池管理系统（bms）可获得当前实时的电池荷电状态。
38.s22：判断所述电池荷电状态的大小，当所述电池荷电状态≥90%时，对电池进行恒压充电，如图2所示，包括以下步骤：s221：获取所述电池荷电状态对应的电池允许的充电电压，包括以下步骤：
s2211：获取恒压充电的参考电压v_bat_ref；其中，通过电池管理系统（bms）可获得当前电池荷电状态对应的恒压充电的参考电压v_bat_ref；s2212：将所述恒压充电的参考电压v_bat_ref输入至电池电压综合点q3，结合电池实时电压反馈值v_bat_fbk，得到第三参考偏差量，将所述第三参考偏差量输入至母线降压斩波回路电压pi调节器，输出母线降压斩波回路占空比三；s2213：将所述占空比三输入第三pwm生成定时器，输出母线降压斩波回路pwm驱动方波三；s2214：将所述驱动方波三输入母线降压斩波回路igbt驱动模块，对所述驱动方波三的驱动波形进行放大，将放大后的驱动方波三反馈至母线降压斩波回路igbt驱动模块，得到电池允许的充电电压。
39.s222：以所述电池允许的充电电压对电池进行恒压充电，并获取实时的电池荷电状态，当电池荷电状态达到100%时，电池停止充电，发电机保持供电运行。
40.利用发电机多余功率以恒压模式对电池进行恒压充电，使电池进入浮充状态，可以充分保证电池的安全性、稳定性，并提高使用寿命，当电池电荷状态达到100%时，通过电池管理系统（bms）停止对电池充电，防止电池长期处于充电状态，降低电池使用寿命。
41.当所述电池荷电状态＜90%时，对电池进行恒流充电，如图2所示，包括以下步骤：s223：获取所述电池荷电状态对应的电池恒流充电电流，包括以下步骤：s2231：计算发电机多余功率可提供的最大充电电流；其中，所述发电机多余功率可提供的最大充电电流具体计算公式如下，i
bat_chg_gent
=p
error
/u
bat
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）式中，i
bat_chg_gent
为发电机多余功率可提供的最大充电电流；p
error
为发电机实时最大供电功率与实时负载功率差值的绝对值；u
bat
为电池输出端电压；所述电池输出端电压u
bat
可通过电池管理系统（bms）获取；所述发电机实时最大供电功率与实时负载功率差值的绝对值p
error
，反应了当前负载功率情况与发电实时最大供电功率的偏差，是后续判断逆变器需要补充功率的多少及修正计算发电机下垂控制有功功率控制系数和电池下垂控制有功功率控制系数的依据。
42.s2232：获取当前电池允许的最大充电电流i
bat_chg_need
；其中，可通过电池管理系统（bms）获取当前电池允许的最大充电电流i
bat_chg_need
。
43.s2233：比较发电机多余功率可提供的最大充电电流i
bat_chg_gent
和当前电池允许的最大充电电流i
bat_chg_need
，保留二者中的较小值，作为恒流充电的参考电流i_bat_ref；s2234：将恒流充电的参考电流i_bat_ref输入至电池电流综合点q4，结合电池实时电流反馈值i_bat_fbk，得到第四参考偏差量，将所述第四参考偏差量输入至母线降压斩波回路电流pi调节器，输出母线降压斩波回路占空比四；s2235：将所述占空比四输入第三pwm生成定时器，输出母线降压斩波回路pwm驱动方波四；s2236：将所述驱动方波四输入母线降压斩波回路igbt驱动模块，对所述驱动方波四的驱动波形进行放大，将放大后的驱动方波四反馈至母线降压斩波回路igbt驱动模块，得到电池恒流充电电流。
44.s224：以所述电池恒流充电电流对电池进行恒流充电，并获取实时的电池荷电状态，当所述电池荷电状态≥90%时，返回执行步骤s221。
45.母线降压斩波回路电流pi调节器会实时的获取恒流充电的参考电流i_bat_ref，通过对电池实时电流反馈值i_bat_fbk与恒流充电的参考电流i_bat_ref进行求差做pi调节，从而实时的调节母线降压斩波回路输出的电压从而保证电流的稳定。
46.相比于恒压充电模式，恒流充电模式的充电速度高，所以在电池荷电状态较低时，优先选择恒流充电模式，但随着对电池进行恒流充电，电池荷电状态在逐渐增加，当在某一个计算周期内，电池的荷电状态达到了90%及以上时，则立即通过电池管理系统（bms）获得当前电池允许的充电电压，并通过母线降压斩波回路输出所述电池允许的充电电压，通过电池管理系统（bms）切换到恒压充电模式，以充分保证电池的安全性、稳定性，提高使用寿命。
47.当发电机实时最大供电功率＜实时负载功率时，电池进行放电，包括以下步骤：当电池需要放电补偿功率时，首先需要通过电池管理系统（bms）做好电池放电准备，包括bms进行电池放电状态切换，继电器工作状态确定，然后再计算电池下垂控制有功功率控制系数，如果电池管理系统（bms）检测到当前电池准备工作已完成，则开始执行电池放电程序，如此既可以提高程序的稳定性，也可以降低计算量，保证计算效率，还可以保证充电过程的安全性。
48.s23：计算电池下垂控制有功功率控制系数，包括以下步骤：s231：计算发电机实时最大供电功率与实时负载功率差值的绝对值，设为第一差值，具体计算公式如下：p
error
=|p
gent_max-p
load
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）式中，p
error
为发电机实时输出的有功功率与实时负载功率差值的绝对值；p
gent_max
为发电机实时最大供电功率；p
load
为实时负载功率；由于cpu运行中带符号数的运算量远远高于不带符号数的运算量，故为计算发电机多余功率可提供的充电电流，对发电机多余功率取绝对值，可以减小cpu运算负荷。
49.另，对发电机实时输出的有功功率与实时负载功率差值取绝对值，便于后期划分区间值。
50.s232：根据所述第一差值，确定发电机的下垂控制有功功率控制系数，其中，所述第一差值与发电机的下垂控制有功功率控制系数的对应关系如下，k
gent_m
=mi，p
error
∈（pi，p
i 1
）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）式中，k
gent_m
为发电机下垂控制有功功率控制系数；mi为发电机的下垂控制有功功率控制系数的具体值，i≥1且为自然数；p
error
为发电机实时最大供电功率与实时负载功率差值的绝对值；pi、p
i 1
均为区间值；其中，发电机的下垂控制有功功率控制系数的具体值mi在各具体负载条件下根据实验测量获得；区间值的确定具体可根据控制精度要求进行细分确定，为满足简化处理器运算负荷同时对电池输出功率进行具体分配的要求，按照奇数区间对电池当前可提供的最大可补偿功率进行划分，各区间值的计算公式如下：p1=0，p
i 1
=p
error_max
*i/n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）式中，p
error_max
表示电池当前可提供的最大可补偿功率；n表示区间数量，n≥3且为
奇数；p1、p
i 1
表示区间值，1≤i≤n。
51.根据实时负载功率的变化情况及所述第一差值，对所述发电机的下垂控制有功功率控制系数进行分段设置并取值，大大简化了程序计算过程，降低了计算量。
52.s233：用发电机下垂控制有功功率控制系数计算电池下垂控制有功功率控制系数，具体计算公式如下，k
bat_m
=p
error
*k
gent_m
/p
gent
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）式中，k
bat_m
为电池下垂控制有功功率控制系数；k
gent_m
为发电机下垂控制有功功率控制系数；p
gent
为发电机实时输出的有功功率；其中，所述发电机实时输出的有功功率p
gent
的计算公式如下：p
gent
=p
all-p
bat
=u
dc
*i
dc-p
bat
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（8）式中，p
all
为当前所有负载功率之和；u
dc
为逆变器输出端母线实时电压；i
dc
为逆变器输出端母线实时电流；p
bat
为电池实时输出功率；其中，发电机实时最大供电功率p
gent_max
通过发电机的当前运行转速和状态来确定，与接入的负载无关，而发电机实时输出的有功功率p
gent
与接入的负载有关；当前所有负载功率之和p
all
包括了逆变器本身的损耗等负载，而实时负载功率p
load
为仅指逆变器输出端口之后连接的负载。
53.发电机实时输出的有功功率p
gent
通过采集发电机端电压有效值和实时输出电流计算得到，发电机端电压有效值和实时输出电流的采用对应的传感器获得，当负载过大，需要电池补功的时候，发电机实时输出的有功功率p
gent
与发电机实时最大供电功率p
gent_max
相等，当负载较小不需要电池补功时，发电机实时输出的有功功率p
gent
小于发电机实时最大供电功率p
gent_max
。
54.如图3所示的逆变器-电池功率补偿下垂控制系统结构示意图，将发电机下垂控制有功功率控制系数和电池下垂控制有功功率控制系数计算放到下垂控制器闭环之外，既可以提高下垂控制系统计算结果的稳定性，同时也降低了程序的运算量。
55.根据发电机下垂控制有功功率控制系数计算电池下垂控制有功功率控制系数，保证了发电机功率和电池放电补偿功率的合理有效分配，充分保证了发电机功率和电池功率的利用率，进而提高发电机和电池能源利用率。
56.s24：以发电机下垂控制有功功率控制系数，计算实时负载功率下的发电机下垂控制输出参考电压v
gent_dc
，即发电机升压参考电压，具体计算公式如下，v
gent_dc
=u
_dc-k
gent_m
*p
gent
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（9）式中，v
gent_dc
为所述发电机下垂控制输出参考电压；u
_dc
为逆变器输入端母线升压期望值；用电池下垂控制有功功率控制系数计算实时负载功率下的电池下垂控制输出参考电压v
bat_dc
，即电池升压参考电压，具体计算公式如下，v
bat_dc
=u
_dc-k
bat_m
*p
bat
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（10）式中，v
bat_dc
为所述电池下垂控制输出参考电压；p
bat
为电池实时输出功率；其中，为满足逆变器需求要，本技术的逆变器输入端母线升压期望值u
_dc
为600v；电池输出端电压u
bat
和电池输出端电流i
bat
可以通过电池管理系统（bms）获取，所述电池实时输出功率的计算公式如下：
p
bat
=3*u
bat
*i
bat
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（11）式中，u
bat
为电池输出端电压；i
bat
为电池输出端电流。
57.s25：如图3所示，将所述发电机升压参考电压vgent_ref输入至发电机电压综合点q1，结合发电机母线升压变换回路电压反馈值v_fbk，得到第二参考偏差量，将所述第二参考偏差量输入至发电机pi调节器，输出发电机boost升压回路占空比二；将所述电池升压参考电压vbat_ref输入至电池电压综合点q2，结合发电机母线升压变换回路电压反馈值v_fbk，得到第一参考偏差量，将所述第一参考偏差量输入至电池pi调节器，输出电池boost升压回路占空比一；s26：将所述占空比二输入第二pwm生成定时器，输出发电机boost升压回路pwm驱动方波二；将所述占空比一输入第一pwm生成定时器，输出电池boost升压回路pwm驱动方波一；s27：将所述驱动方波二输入发电机boost升压回路igbt驱动模块，对所述驱动方波二进行放大，将放大后的驱动方波二反馈至发电机boost升压回路igbt驱动模块，得到第二电压，所述第二电压为电池放电补功后逆变器输出端母线电压，通过观察逆变器输出端母线电压的波动即可知道电池补功是否起到了效果。
58.将所述驱动方波一输入电池boost升压回路igbt驱动模块，对所述驱动方波一进行放大，将放大后的驱动方波一反馈至电池boost升压回路igbt驱动模块，得到第一电压，所述第一电压为电池输出端电压；s28：用所述电池输出端电压计算电池实时输出功率，并计算发电机实时最大供电功率与电池实时输出功率之和，得到第一功率；s29：比较所述第一功率与实时负载功率，当所述第一功率＝实时负载功率时，保持发电机和电池放电运行；当所述第一功率＜实时负载功率时，返回执行步骤s25。
59.由于发电机提升转速提高输出的有功功率时间较长，具有滞后性，所以随着负载的增加或发生突变等情况，如发电机当前转速下实时最大供电有功功率不能满足实时负载功率需求，直接执行电池放电程序控制电池放电对发电机不足的功率部分进行补偿，从而有效抑制或消除了随着负载功率的增加导致逆变器输入端母线电压和输出端电压剧烈波动的隐患，防止发电机功率过载损坏设备，提高了逆变器运行电压的稳定性。而随着发电机转速的增加，发电机实时最大供电功率也逐渐增大，当某一运行周期获取的发电机实时最大放电功率满足实时负载功率需求时，则电池停止放电，进入充电状态。
60.进一步的，如图3所示，在步骤s24之后还包括以下步骤：s241：分别比较所述发电机下垂控制输出参考电压v
gent_dc
与1.15倍的所述逆变器输入端母线升压期望值u
_dc
、所述电池下垂控制输出参考电压v
bat_dc
与1.15倍的所述逆变器输入端母线升压期望值u
_dc
，当v
gent_dc
≥1.15*u
_dc
时，则v
gent_dc
=1.15*u
_dc
，否则v
gent_dc
为所述发电机下垂控制输出参考电压的计算值，即发电机升压参考电压vgent_ref，当v
bat_dc
≥1.15*u
_dc
时，则v
bat_dc
=1.15*u
_dc
，否则v
bat_dc
为所述电池下垂控制输出参考电压的计算值，即电池升压参考电压vbat_ref。
61.为防止因母线电压过高带来的igbt驱动模块发热严重和因其电压过高导致的器件损坏，当所述发电机下垂控制输出参考电压或所述电池下垂控制输出参考电压的计算值大于1.15倍的逆变器输入端母线升压期望值时，就限制所述发电机下垂控制输出参考电压或所述电池下垂控制输出参考电压的计算值为1.15倍的逆变器输入端母线升压期望值，确保逆变器整流升压后输出端母线电压处于设备安全范围。
62.实施例1在一优选的实施例中，选择30kw逆变器进行验证，所述逆变器具有两个分布式发电端口，一个储能充放电端口，一个逆变输出端口，所述逆变输出端口为三相四线制端口，分布式发电端口一为三相通用电源端口，可接100-500v同用工频电源，分布式发电端口二为备用端口，与分布式发电端口一具有相同的结构和功能。
63.所述分布式发电端口一与输出电压可调的三相工频发电机连接，所述储能充放电端口与额定电压535v的储能电池连接，所述逆变输出端口与三线四线电子负载连接，通过对所述电子负载的调节实现实时负载功率的变化，从而验证本技术基于下垂控制的逆变器功率补偿方法。
64.t1时刻，发电机dtc-308已达到稳定运行状态，经过发电机boost升压回路，逆变器输入端母线电压达到600v，逆变后输出稳定的工频220v电压，此时发电机转速n=3000r/min，开启所述电子负载，施加3.5kw的负载功率，并保持负载功率不变，按照如图1所示的流程图，基于下垂控制的逆变器功率补偿包括以下步骤：s1：计算发电机实时最大供电功率、实时负载功率；根据表1可知发电机转速为3000r/min时，发电机功率有效值与发电机端电压有效值转换系数n为0.04，发电机端电压有效值与发电机转速的转换系数y为25，根据公式（1），经过计算可获得发电机端电压有效值为120v，发电机实时最大供电功率p
gent_max
为3kw。
65.通过所述电子负载可知，所述实时负载功率p
load
为3.5kw。
66.s2：所述发电机实时最大供电功率p
gent_max
＜所述实时负载功率p
load
，说明当前发电机实时最大功率不能够满足实时负载功率需要，需要电池进行补偿功率，通过电池管理系统（bms）检测到当前电池准备工作未完成，逆变器发出指令指示电池管理系统进行电池放电状态切换，并检测继电器工作状态是否正常，准备工作完成后，电池管理系统响应放电请求，电池进入放电程序，包括以下步骤：s23：计算电池下垂控制有功功率控制系数，包括以下步骤：s231：根据公式（4）计算发电机实时最大供电功率与实时负载功率差值的绝对值p
error
为0.5kw，即第一差值p
error
为0.5kw；s232：通过电池管理系统获得电池当前可提供的最大可补偿功率p
error_max
为3kw，将所述电池当前可提供的最大可补偿功率划分为3个区间，根据公式（6），计算出各区间值为p1=0，p2=1kw，p3=2kw，p4=3kw，根据公式（5）及实验测量，发电机下垂控制有功功率控制系数k
gent_m
在各区间的具体值为，k
gent_m
=0.001，p
error_
∈（0，1）k
gent_m
=0.00075，p
error_
∈（1，2）k
gent_m
=0.0005，p
error_
∈（2，3）；由于所述第一差值p
error
为0.5kw，可知此时k
gent_m
=0.001。
67.s233：以发电机下垂控制有功功率控制系数k
gent_m
，计算电池下垂控制有功功率控制系数k
bat_m
，根据公式（7）可以得到电池下垂控制有功功率控制系数k
bat_m
为0.00017。
68.s24：逆变器输入端母线升压期望值u
_dc
为600v，如图3所示，用发电机下垂控制有功功率控制系数计算实时负载功率下的发电机下垂控制输出参考电压v
gent_dc
，根据公式（9）及限幅处理可以得到所述发电机下垂控制输出参考电压v
gent_dc
为597v，即发电机升压参考电压vgent_ref为597v，通过电池管理系统获得电池实时输出功率p
bat
为500w，用电池下垂控制有功功率控制系数计算实时负载功率下的电池下垂控制输出参考电压v
bat_dc
，根据公式（10）可以得到所述电池下垂控制输出参考电压v
bat_dc
为599.92v，即电池升压参考电压vbat_ref为599.92v。
69.s25：如图3所示，将所述发电机升压参考电压vgent_ref输入至发电机电压综合点q1，结合发电机母线升压变换回路电压反馈值v_fbk，得到第二参考偏差量，将所述第二参考偏差量输入至发电机pi调节器，输出发电机boost升压回路占空比二；将所述电池升压参考电压vbat_ref输入至电池电压综合点q2，结合发电机母线升压变换回路电压反馈值v_fbk，得到第一参考偏差量，将所述第一参考偏差量输入至电池pi调节器，输出电池boost升压电路占空比一。
70.s26：将所述占空比二输入第二pwm生成定时器，输出发电机boost升压回路pwm驱动方波二；将所述占空比一输入第一pwm生成定时器，输出电池boost升压回路pwm驱动方波二；s27：将所述驱动方波二输入发电机boost升压回路igbt驱动模块，对所述驱动方波二进行放大，将放大后的驱动方波二反馈至发电机boost升压回路igbt驱动模块，得到第二电压，所述第二电压为电池放电补功后逆变器输出端母线电压，如图4所示，可以看出电池放电补功后，逆变器输出端母线电压的波动非常小，说明电池放电补功起到了效果，保证了各设备的正常运行；将所述驱动方波一输入电池boost升压回路igbt驱动模块，对所述驱动方波一进行放大，将放大后的驱动方波一反馈至电池boost升压回路igbt驱动模块，得到第一电压，所述第一电压为电池输出端电压；s28：通过传感器及电池管理系统获得此时电池输出端电流为1.08a，用所述电池输出端电压计算电池实时输出功率p
bat
为0.5kw（不含逆变器自身的功率损耗），并计算发电机实时最大供电功率与电池实时输出功率之和，得到第一功率为3.5kw；s29：所述第一功率3.5kw=实时负载功率3.5kw，发电机和电池保持供电运行。
71.说明按照本技术方法调整下垂控制调整发电机下垂控制有功功率控制系数和电池下垂控制有功功率控制系数，控制电池放电对发电机不足的功率进行补偿，能够合理有效分配发电机功率和电池放电补偿功率，充分保证了发电机功率和电池功率的利用率，进而提高发电机和电池能源利用率，能够，同时通过电池放电补功，保证了运行过程中逆变器输入端母线电压的稳定，如图4所示，从而保护设备。
72.实施例2运行条件与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于，
t2时刻，发电机转速n=3300r/min，按照如图1所示的流程图，包括以下步骤：s1：计算发电机实时最大供电功率、实时负载功率；根据表1可知发电机转速为3300r/min时，发电机功率有效值与发电机端电压有效值转换系数n为0.045，发电机端电压有效值与发电机转速的转换系数y为40，经过计算可获得发电机端电压有效值为150v，发电机实时最大供电功率p
gent_max
为6.00kw。
73.通过所述电子负载可知，所述实时负载功率p
load
为2.7kw。
74.s2：所述发电机实时最大供电功率p
gent_max
＞所述实时负载功率p
load
，说明当前发电机实时最大功率能够满足实时负载功率需要，且有较多的多余功率，可以充分利用对电池进行充电，电池进入充电模式，包括以下步骤：s21：通过电池管理系统（bms）获得当前实时的电池荷电状态（soc）为60%，说明当前电池剩余可用电量占总容量的60%；s22：为了充分保证充电效率和充电安全性，本技术以电池核电状态90%做界限，区分恒流充电和恒压充电模式，由于当前的电池荷电状态＜90%，进入电池恒流充电模式，对电池进行恒流充电，包括以下步骤：s223：获取所述电池荷电状态对应的电池恒流充电电流，包括以下步骤：s2231：根据公式（4）可以计算出发电机实时输出的有功功率与所述负载功率差值的绝对值p
error
为3.3kw，通过电池管理系统获得电池输出端电压u
bat
为527v，根据公式（3）可以计算出发电机多余功率可提供的最大充电电流i
bat_chg_gent
=6.26a；s2232：通过电池管理系统（bms）获取当前电池允许的最大充电电流i
bat_chg_need
=9a；s2233：比较发电机多余功率可提供的最大充电电流i
bat_chg_gent
和当前电池允许的最大充电电流i
bat_chg_need
，选择发电机多余功率可提供的最大充电电流i
bat_chg_gent
=6.26a作为恒流充电的参考电流i_bat_ref；s2234：如图2所示，将恒流充电的参考电流i_bat_ref=6.26a输入至电池电流综合点q4，结合电池实时电流反馈值i_bat_fbk，得到第四参考偏差量，将所述第四参考偏差量输入至母线降压斩波回路电流pi调节器，输出母线降压斩波回路占空比四；s2235：将所述占空比四输入第三pwm生成定时器，输出母线降压斩波回路pwm驱动方波四；s2236：将所述驱动方波四输入母线降压斩波回路igbt驱动模块，对所述驱动方波四的驱动波形进行放大，将放大后的驱动方波四反馈至母线降压斩波回路igbt驱动模块，得到母线斩波降压后的电池恒流充电电流5.9a；s224：以电池恒流充电电流5.9a对电池进行恒流充电，电池电量会逐渐增加。
75.进一步的，在发电机转速及负载功率不变的条件下，在步骤s224执行过程中，随着电池电量的增加，电池允许的最大充电电流i
bat_chg_need
会逐逐渐减小的情况，本技术储能电池当soc=80%时，电池允许的最大充电电流i
bat_chg_need
减小为4a，此时选择当前电池允许的最大充电电流i
bat_chg_need
=4a作为恒流充电的参考电流i_bat_ref，返回重新执行步骤s2234-s2236，得到母线斩波降压后的电池恒流充电电流3.95a，并以3.95a为电池恒流充电电流对电池进行恒流充电，当所述电池荷电状态≥90%时，返回执行步骤s221，进入恒压充电模式。
76.实施例3与实施例2相同之处不再赘述，不同之处在于，s21：通过电池管理系统（bms）获得当前实时的电池荷电状态（soc）为91%，说明当前电池剩余可用电量占总容量的91%；s22：为了充分保证充电效率和充电安全性，本技术以电池核电状态90%做界限，区分恒流充电和恒压充电模式，由于当前的电池荷电状态＞90%，进入电池恒压充电模式，对电池进行恒压充电，包括以下步骤：s221：获取所述电池荷电状态对应的电池允许的充电电压，包括以下步骤：s2211：通过电池管理系统（bms）获得当前电池荷电状态对应的恒压充电的参考电压v_bat_ref为570v；s2212：如图2所示，将恒压充电的参考电压v_bat_ref输入至电池电压综合点q3，结合电池实时电压反馈值v_bat_fbk，得到第三参考偏差量，将所述第三参考偏差量输入至母线降压斩波回路电压pi调节器，输出母线降压斩波回路占空比三；s2213：将所述占空比三输入第三pwm生成定时器，输出母线降压斩波回路pwm驱动方波三；s2214：将所述驱动方波三输入母线降压斩波回路igbt驱动模块，对所述驱动方波三的驱动波形进行放大，将放大后的驱动方波三反馈至母线降压斩波回路igbt驱动模块，得到母线斩波降压后的电池允许的充电电压570v；s222：以电池允许的充电电压570v对电池进行恒压充电，并获取实时的电池荷电状态，当电池荷电状态达到100%时，电池停止充电，发电机保持供电运行。
77.综合以上实施例可以看出，本技术提供一种基于下垂控制的逆变器功率补偿方法，通过获取发电机实时最大供电功率和实时负载功率，当发电机实时最大供电功率＜实时负载功率时，进入电池放电模式，通过实时修改发电机下垂控制有功功率控制系数，并根据发电机下垂控制有功功率控制系数确定电池下垂控制有功功率控制系数，利用逆变器下垂控制器的自适应特性，保证了发电机功率的充分利用，合理分配电池放电补功功率，充分保证了发电机功率和电池功率的利用率，实现了在发电机功率不足情况下，根据实时负载功率需求进行功率自动补偿的功能，及时满足负载功率的变化需求，从而有效抑制了随着负载功率的增加导致逆变器输入端母线电压和输出端电压剧烈波动，防止发电机功率过载损坏设备，提高了逆变器运行电压的稳定性；当发电机实时最大供电功率＝实时负载功率时，保持当前发电机供电运行状态；当发电机实时最大供电功率＞实时负载功率时，进入电池充电模式，结合逆变器下垂控制技术和电池管理技术，实现了在发电实时最大供电机功率在满足实时负载功率需求的情况下，充分利用发电机的多余功率对电池进行充电储能，以充分利用能源，而且当电池荷电状态＜90%时，采用恒流充电模式，通过比较发电机多余功率可提供的最大充电电流和当前电池允许的最大充电电流，取二者中的较小值计算电池恒流充电电流并对电池进行恒流充电，既保证了电池充电的快速性，又保证了发电机多余功率的充分利用，而当电池荷电状态≥90%时，采用恒压充电模式，以电池允许的充电电压对电池进行恒压充电，充分保证了电池充电的安全性以及稳定性。
78.本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出
其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或者变动仍处于本发明的保护范围之列。