基于虚拟振荡控制的电能路由器及其控制方法、工作模式

本发明属于电网，具体为一种基于虚拟振荡控制的电能路由器及其控制方法、工作模式。

背景技术：

1、随着社会迅猛发展和能源结构转型，分布式能源开发利用被列为经济建设的重大战略。

2、目前配电网结构单一，难以支撑大量分布式能源接入电网，现有的针对于大型工业园区的电能路由器功率较大，能量流动单一，包含高频变压器，体积大成本高，缺少灵活拓展性，无法适应当前多变的应用需求。

3、中小型分布式光伏电能路由器器，要求能量在光伏、电网、负载、储能之间高效互联，多向流动，实现对有功和无功控制。

4、传统电网稳定性和逆变器之间的同步依赖于同步发电机，逆变器被控制在“电网跟随”的方式下，调节注入电网的电流以跟踪功率参考值，然而，在没有同步发电机的纯逆变器电网中，这种控制策略将下的逆变器将无法保持稳定性和全局同步。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出了一种基于虚拟振荡控制的电能路由器。

2、实现本发明目的的技术方案为：一种基于虚拟振荡控制的电能路由器，包括：分布式光伏模块、并网双向逆变器模块、直流负载模块、储能模块，所述并网双向逆变器模块包括两个串联连接的并网双向逆变器，分布式光伏模块和直流负载模块并联于一个并网双向逆变器直流侧，储能模块连接于另一个并网双向逆变器直流侧，分布式光伏模块、两个串联连接的并网双向逆变器模块、直流负载模块、储能模块之间多向功率流动。

3、另一方面，本发明提出了一种基于虚拟振荡控制的电能路由器的控制方法，包括双向并网逆变器模块控制、光伏模块控制、直流负载模块控制、储能模块控制，所述双向并网逆变器模块控制的具体方法为：

4、采集三相电流信号iabc，对三相电流信号iabc进行αβ变换后对应得到αβ系下的电流iα和iβ；

5、将iα、iβ与并网电流参考值iα*和iβ*比较，误差经过旋转矩阵后放大ki倍得到u1和u2；

6、u1和u2经过计算后得到逆变器电压指令导数vˊα和vˊβ；

7、逆变器电压指令导数vˊα和vˊβ经过积分环节得到当前控制周期逆变器电压指令vα和vβ；

8、逆变器电压指令vα和vβ经过pwm调制后得到两个级联的并网双向逆变器h桥的功率开关管通断信号；

9、所述光伏模块控制的具体方法为：光伏模块的双有源桥dabpi采用单移相控制，采用电导增量法mppt，光伏输出电压外环、光伏输出电流内环的结构进行光伏控制；

10、所述直流负载模块控制的具体方法为：直流负载模块的双有源桥dabdi采用单移相控制，采用直流母线负载电压外环、输出电流内环的控制结构进行直流负载模块控制；

11、所述储能模块控制的具体方法为：储能模块的双有源桥dabbi采用单移相控制，采用逆变器直流侧电压外环、电池充电电流内环的控制结构进行储能模块控制。

12、本发明还提出了一种基于虚拟振荡控制的电能路由器的工作模式，包括：

13、模式一：当各单元功率关系满足如下公式时：

14、pl＜ppvmax-pbat-pgamax

15、分布式电源同时向交流电网、负载和储能电池注入功率，交流电网吸收有功功率，电池处于充电状态；

16、模式二：当各单元功率关系满足如下公式时：

17、(ppvmax＞pl)&&[(pl+pbat)＞ppvmax]&&[ppvmax+pgdmax＞pl]

18、分布式电源直接为负载供电，电池由分布式电源与交流电网充电；

19、模式三：当各单元功率关系满足如下公式时：

20、(ppvmax＜pl)&&[ppvmax+pgdmax＞pl]

21、分布式电源与交流电网均为负载供电，交流电网为储能电池充；

22、模式四：当各单元功率关系满足如下公式时：

23、pl＞ppvmax+pgdmax

24、分布式电源、交流电网和储能电池同时为本地负载供电，电网提供有功功率，电池处于放电状态；

25、式中，pl表示直流负载功率，ppvmax表示光伏模块最大输出功率，pgamax表示交流电网可吸收最大功率，pgdamx表示交流电网可发出最大功率，pbat表示储能模块充电功率。

26、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

27、本发明实现了逆变器完全分布式控制，避免了通信造成的误差，减少了通信成本，直流负载模块可自适应的分配端口功率，维持直流侧电压稳定。

28、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

技术特征：

1.一种基于虚拟振荡控制的电能路由器，其特征在于，包括：分布式光伏模块、并网双向逆变器模块、直流负载模块、储能模块，所述并网双向逆变器模块包括两个串联连接的并网双向逆变器，分布式光伏模块和直流负载模块并联于一个并网双向逆变器直流侧，储能模块连接于另一个并网双向逆变器直流侧，分布式光伏模块、两个串联连接的并网双向逆变器模块、直流负载模块、储能模块之间多向功率流动。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟振荡控制的电能路由器，其特征在于，所述并网双向逆变器模块采用三相三线制，每个并网双向逆变器包括两个级联的三相h桥；

3.一种如权利要求1或2所述的基于虚拟振荡控制的电能路由器的控制方法，其特征在于，包括双向并网逆变器模块控制、光伏模块控制、直流负载模块控制、储能模块控制，所述双向并网逆变器模块控制的具体方法为：

4.根据权利要求3所述的基于虚拟振荡控制的电能路由器的控制方法，其特征在于，双向并网逆变器模块hpi控制的具体公式为：

5.根据权利要求3所述的基于虚拟振荡控制的电能路由器的控制方法，其特征在于，并网双向逆变器hpi的无功功率指令qpi*设置为0，直流侧电压指令vp*与逆变器hpi直流侧电压平均值vpav比较，误差经过pi环节得到逆变器hpi有功功率指令ppi*，hpi直流侧电压平均值vpav比较，误差经过pi生成逆变器频率ωpi信息；

6.根据权利要求3所述的基于虚拟振荡控制的电能路由器的控制方法，其特征在于，所述光伏模块控制的具体过程为：

7.根据权利要求3所述的基于虚拟振荡控制的电能路由器的控制方法，其特征在于，所述直流负载模块控制的具体过程为：

8.根据权利要求3所述的基于虚拟振荡控制的电能路由器的控制方法，其特征在于，所述储能模块控制的具体过程为：

9.一种如权利要求1或2所述的基于虚拟振荡控制的电能路由器的工作模式，其特征在于，包括：

技术总结一种基于虚拟振荡控制的电能路由器及其控制方法、工作模式，所述电能路由器由光伏模块、两个双向并网逆变器模块、直流负载模块、储能模块以及控制系统构成，该拓扑和控制方法可以实现各个模块之间功率多向流动，同时，各个模块之间无需通信通道，降低通信延迟的影响，节约成本。所述的并网逆变器双向逆变器模块采用虚拟振荡控制，实现各个逆变器之间分布式控制。采用逆变器功率和旋转角速度混合控制直流侧电压平均值，保障并网质量和系统稳定。直流侧电压外环PI调节下垂系数，分配各逆变器端口功率，实现直流侧电压均衡。技术研发人员：汪诚,丁泽源,王雨露,张凯明,李磊受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29