一种逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法及装置

摘要

本发明适用于微电网控制技术领域，提供了一种逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法及装置，该方法包括：获取逆变器的有功功率信号，计算有功功率信号的小波系数；判断小波系数是否大于预设阈值，若大于则判定逆变器出现有功出力变化；并获取有功出力变化检测值，建立有功出力变化矩阵；基于改进的P‑f下垂控制方程和有功出力变化矩阵，建立逆变器的频率参考非齐次线性方程；求解方程，得到频率参考矩阵的解；基于频率参考矩阵控制逆变器实现频率恢复。本发明提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法能够基于改进的P‑f下垂控制特性改变频率参考，抵消逆变器有功出力变化引起的频率偏差，及时有效地实现频率恢复。

权利要求

1.一种逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法，其特征在于，包括：获取逆变器的有功功率信号，计算所述有功功率信号的小波系数；

判断所述小波系数是否大于预设阈值，若所述小波系数大于所述预设阈值，则判定所述逆变器出现有功出力变化；

若所述逆变器出现有功出力变化，则获取有功出力变化检测值，建立有功出力变化矩阵；

基于改进的P‑f下垂控制方程和所述有功出力变化矩阵，建立所述逆变器的频率参考非齐次线性方程；

求解所述频率参考非齐次线性方程，得到频率参考矩阵的解；

基于所述频率参考矩阵控制所述逆变器，实现频率恢复；

所述基于改进的P‑f下垂控制方程和所述有功出力变化矩阵，建立所述逆变器的频率参考非齐次线性方程之前，所述方法还包括：基于孤岛微电网中分布式电源、滤波器、线路阻抗的参数，及并网系统潮流关系，建立逆变器的出力模型；

当孤岛微电网中的分布式电源运行于静止点时，基于逆变器的出力模型建立输出功率小信号模型；

在所述出力模型和所述输出功率小信号模型中，基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进的P‑f下垂控制方程；

所述逆变器的出力模型包括：

其中， 为逆变器的有功出力； 为逆变器的无功出力； 为线路阻抗， ，为线路电阻，上标‑1表示倒数； 为线路阻抗角； 为逆变器端口电压相角； 为逆变器端口电压幅值； 为并网点电压幅值；

所述输出功率小信号模型包括：

其中， 为逆变器有功出力变化， 为逆变器无功出力变化， 为逆变器电压相角变化， 为逆变器端口电压幅值变化， 为有功‑功角灵敏度， 为有功‑电压灵敏度， 为无功‑功角灵敏度， 为无功‑电压灵敏度； 为线路阻抗， 为并网点的电压幅值， 为静止点的电压， 为逆变器端口电压幅值，为线路阻抗角， 为静止点的电压相角；

所述在所述出力模型和所述输出功率小信号模型中，基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进的P‑f下垂控制方程，包括：在线路阻抗中基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进后的线路阻抗；

基于所述改进后的线路阻抗、所述出力模型和所述输出功率小信号模型，得到所述改进的P‑f下垂控制方程；

所述线路阻抗包括： ；

所述线路电阻包括： ；

所述虚拟负电阻包括： ；

所述改进后的线路阻抗包括： ；

所述改进的P‑f下垂控制方程包括：

其中， 为逆变器输出频率， 为逆变器频率参考， 为频率下垂控制系数， 为逆变器的有功出力， 为逆变器端口电压参考， 为电压下垂控制系数， 为逆变器的无功出力。

2.如权利要求1所述的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法，其特征在于，所述计算所述有功功率信号的小波系数，包括：基于连续小波变换信号表达式计算所述有功功率信号的连续小波变换信号；

基于小波系数表达式计算所述连续小波变换信号的小波系数；

所述连续小波变换信号表达式包括：

其中， 为有功功率信号的连续小波变换信号， 为比例因子， 为平移因子，为有功功率信号， 为母小波；

所述小波系数表达式包括：

其中， 为小波系数， 为有功功率信号， 为有功功率信号的连续小波变换信号， 为比例因子，为平移因子。

3.如权利要求1所述的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法，其特征在于，所述有功出力变化矩阵包括：其中，为有功出力变化矩阵， 为 时刻的逆变器有功出力变化检测值，为 时刻的逆变器有功出力变化检测值， 为 时刻的逆变器有功出力变化检测值。

4.如权利要求1所述的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法，其特征在于，所述基于改进的P‑f下垂控制方程和所述有功出力变化矩阵，建立所述逆变器的频率参考非齐次线性方程，包括：基于所述改进的P‑f下垂控制方程，建立所述逆变器的频率偏差变化表达式；

基于所述频率偏差变化表达式和所述有功出力变化矩阵，建立所述逆变器的频率参考变化表达式；

基于所述频率参考变化表达式，建立所述逆变器的频率参考非齐次线性方程；

所述频率偏差变化表达式包括：

其中， 为频率下垂控制系数， 为 时刻的逆变器有功出力变化检测值；

所述频率参考变化表达式包括：

其中， 为频率下垂控制系数，为有功出力变化矩阵， 为 时刻的频率参考变化， 为 时刻的频率参考变化， 为 时刻的频率参考变化；

所述频率参考非齐次线性方程包括：

其中， 为系数矩阵， 为频率参考矩阵， 为频率下垂控制系数，为有功出力变化矩阵。

5.如权利要求1所述的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法，其特征在于，所述求解所述频率参考非齐次线性方程，得到频率参考矩阵的解，包括：为所述频率参考非齐次线性方程设定初始条件，进行迭代求解，得到所述频率参考矩阵的解；

所述频率参考矩阵的表达式包括：

其中， 为频率参考矩阵， 为 时刻的逆变器频率参考， 为 时刻的逆变器频率参考， 为 时刻的逆变器频率参考。

6.一种逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制装置，其特征在于，包括：小波系数计算模块， 用于获取逆变器的有功功率信号，计算所述有功功率信号的小波系数；

有功出力变化判断模块，用于判断所述小波系数是否大于预设阈值，若所述小波系数大于所述预设阈值，则判定所述逆变器出现有功出力变化；

有功出力变化矩阵构建模块，用于若所述逆变器出现有功出力变化，则获取有功出力变化检测值，建立有功出力变化矩阵；

频率参考方程构建模块，用于基于改进的P‑f下垂控制方程和所述有功出力变化矩阵，建立所述逆变器的频率参考非齐次线性方程；

频率参考矩阵求解模块，用于求解所述频率参考非齐次线性方程，得到频率参考矩阵的解；

频率恢复控制模块，用于基于所述频率参考矩阵控制所述逆变器，实现频率恢复；

逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制装置还包括P‑f下垂控制方程改进模块，用于：基于孤岛微电网中分布式电源、滤波器、线路阻抗的参数，及并网系统潮流关系，建立逆变器的出力模型；

当孤岛微电网中的分布式电源运行于静止点时，基于逆变器的出力模型建立输出功率小信号模型；

在所述出力模型和所述输出功率小信号模型中，基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进的P‑f下垂控制方程；

所述逆变器的出力模型包括：

其中， 为逆变器的有功出力； 为逆变器的无功出力； 为线路阻抗， ，为线路电阻，上标‑1表示倒数； 为线路阻抗角； 为逆变器端口电压相角； 为逆变器端口电压幅值； 为并网点电压幅值；

所述输出功率小信号模型包括：

其中， 为逆变器有功出力变化， 为逆变器无功出力变化， 为逆变器电压相角变化， 为逆变器端口电压幅值变化， 为有功‑功角灵敏度， 为有功‑电压灵敏度， 为无功‑功角灵敏度， 为无功‑电压灵敏度； 为线路阻抗， 为并网点的电压幅值， 为静止点的电压， 为逆变器端口电压幅值，为线路阻抗角， 为静止点的电压相角；

P‑f下垂控制方程改进模块具体用于：

在线路阻抗中基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进后的线路阻抗；

基于所述改进后的线路阻抗、所述出力模型和所述输出功率小信号模型，得到所述改进的P‑f下垂控制方程；

所述线路阻抗包括： ；

所述线路电阻包括： ；

所述虚拟负电阻包括： ；

所述改进后的线路阻抗包括： ；

所述改进的P‑f下垂控制方程包括：

其中， 为逆变器输出频率， 为逆变器频率参考， 为频率下垂控制系数， 为逆变器的有功出力， 为逆变器端口电压参考， 为电压下垂控制系数， 为逆变器的无功出力。

7.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。

说明书

一种逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法及装置

技术领域

[0001] 本发明属于微电网控制技术领域，尤其涉及一种逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法及装置。

背景技术

[0002] 微电网是指由分布式电源、储能装置以及负载组成的小型自治电力系统，微电网可以通过逆变器向电网输送电能。在碳达峰、碳中和目标的倡导下，越来越多的分布式可再生能源开始逐步并网发电，微电网的发展趋向复杂化、多元化、网络化。

[0003] 然而，现有的分布式发电技术难以保证微电网中分布式电源的安全、优质供电，无法提供稳定可靠的微电网运行环境，供电稳定性差，质量难以保障。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明实施例提供了一种逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法及装置，能够。

[0005] 本发明实施例的第一方面提供了一种逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法，包括：

[0006] 获取逆变器的有功功率信号，计算所述有功功率信号的小波系数；

[0007] 判断所述小波系数是否大于预设阈值，若所述小波系数大于所述预设阈值，则判定所述逆变器出现有功出力变化；

[0008] 若所述逆变器出现有功出力变化，则获取有功出力变化检测值，建立有功出力变化矩阵；

[0009] 基于改进的P‑f下垂控制方程和所述有功出力变化矩阵，建立所述逆变器的频率参考非齐次线性方程；

[0010] 求解所述频率参考非齐次线性方程，得到频率参考矩阵的解；

[0011] 基于所述频率参考矩阵控制所述逆变器，实现频率恢复。

[0012] 本发明实施例的第二方面提供了一种逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制装置，包括：

[0013] 小波系数计算模块，用于获取逆变器的有功功率信号，计算所述有功功率信号的小波系数；

[0014] 有功出力变化判断模块，用于判断所述小波系数是否大于预设阈值，若所述小波系数大于所述预设阈值，则判定所述逆变器出现有功出力变化；

[0015] 有功出力变化矩阵构建模块，用于若所述逆变器出现有功出力变化，则获取有功出力变化检测值，建立有功出力变化矩阵；

[0016] 频率参考方程构建模块，用于基于改进的P‑f下垂控制方程和所述有功出力变化矩阵，建立所述逆变器的频率参考非齐次线性方程；

[0017] 频率参考矩阵求解模块，用于求解所述频率参考非齐次线性方程，得到频率参考矩阵的解；

[0018] 频率恢复控制模块，用于基于所述频率参考矩阵控制所述逆变器，实现频率恢复。

[0019] 本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。

[0020] 本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。

[0021] 本发明实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得电子设备执行上述第一方面中任一项所述方法的步骤。

[0022] 本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供了一种逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法，包括获取逆变器的有功功率信号，计算有功功率信号的小波系数；判断小波系数是否大于预设阈值，若大于则判定逆变器出现有功出力变化；并获取有功出力变化检测值，建立有功出力变化矩阵；基于改进的P‑f下垂控制方程和有功出力变化矩阵，建立逆变器的频率参考非齐次线性方程；求解方程，得到频率参考矩阵的解；基于频率参考矩阵控制逆变器实现频率恢复。本发明提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法能够基于小波变换监测逆变器的有功出力实时变化，基于改进的P‑f下垂控制特性改变频率参考，抵消逆变器有功出力变化引起的频率偏差，及时有效地实现频率恢复。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0024] 图1是本发明实施例提供的逆变器输出解耦下的频率恢复控制方法的实现流程示意图；

[0025] 图2是本发明实施例提供的逆变器输出解耦下的频率恢复控制方法的设计思路示意图；

[0026] 图3是本发明实施例提供的逆变器输出解耦下的频率恢复控制方法应用的系统结构示意图；

[0027] 图4是本发明实施例提供的逆变器输出解耦下的频率恢复控制方法的阻抗角与功率耦合关系示例图；

[0028] 图5是本发明实施例提供的逆变器输出解耦下的频率恢复控制方的特性曲线示意图；

[0029] 图6是本发明实施例提供的逆变器输出解耦下的频率恢复控制装置的结构示意图；

[0030] 图7是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

[0031] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

[0032] 为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

[0033] 本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法可以应用于孤岛微电网，在此情况下，各分布式电源通过逆变器、滤波器以及线路阻抗，并入微电网中。

[0034] 图1示出了本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法的实现流程示意图。参见图1，本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率控制方法可以包括步骤S101至S106。

[0035] S101：获取逆变器的有功功率信号，计算有功功率信号的小波系数。

[0036] 其中，S101可以通过小波变换的方式检测逆变器的有功出力变化。

[0037] 在一些实施例中，S101可以包括S201至S202。

[0038] S201：基于连续小波变换信号表达式计算有功功率信号的连续小波变换信号。

[0039] 具体的，将有功功率 作为输入信号，并给定比例因子 和平移因子进行计算。

[0040] 连续小波变换信号表达式包括：

[0041]

[0042] 其中， 为有功功率信号的连续小波变换信号， 为比例因子， 为平移因子， 为有功功率信号， 为母小波。

[0043] S202：基于小波系数表达式计算连续小波变换信号的小波系数。

[0044] 具体的，将有功功率信号 进行分解，通过比例因子 和平移因子 的内积描述小波系数。

[0045] 小波系数表达式包括：

[0046]

[0047] 其中， 为小波系数， 为有功功率信号， 为有功功率信号的连续小波变换信号， 为比例因子，为平移因子。

[0048] 在一些实施例中，采样频率一般设置为几千赫兹，连续采样时间应大于对应功率变化频率响应时间和最小频率恢复时间，以确保每次功率变化后能够实现有效的频率恢复。

[0049] S102：判断小波系数是否大于预设阈值，若小波系数大于预设阈值，则判定逆变器出现有功出力变化。

[0050] 具体的，当有功功率信号 变化时，小波系数 从较低的数值快速增加，若超过特定阈值，则会检测到逆变器有功出力变化。

[0051] 在实际应用中，一些逆变器小扰动信号也可能导致系统检测误判，为了区分变化信号和扰动信号，可以根据当前可允许的逆变器有功出力变化来设置该阈值，只有变化幅值超过该阈值，才会检测到有功出力变化。

[0052] S103：若逆变器出现有功出力变化，则获取有功出力变化检测值，建立有功出力变化矩阵。

[0053] 具体的，若P‑f下垂控制中，逆变器在初始时刻 没有有功出力，即 ，则频率保持在额定功率50Hz。

[0054] 假设逆变器在 时刻发生变化，则逆变器的各时刻有功出力描述表达式可以包括：

[0055]

[0056] 其中，为有功出力变化矩阵， 为 时刻的逆变器有功出力变化检测值，为 时刻的逆变器有功出力变化检测值， 为 时刻的逆变器有功出力变化检测值。具体的， ，其中 为 时刻的逆变器有功出力，
为 时刻的逆变器有功出力。

[0057] S104：基于改进的P‑f下垂控制方程和有功出力变化矩阵，建立逆变器的频率参考非齐次线性方程。

[0058] 在一些实施例中，S104之前，本发明提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法还可以包括构建改进的P‑f下垂控制方程。

[0059] 构建改进的P‑f下垂控制方程可以包括S301至S303。

[0060] S301：基于孤岛微电网中分布式电源、滤波器、线路阻抗的参数，及并网系统潮流关系，建立逆变器的出力模型。

[0061] 在一些实施例中，基于并网系统潮流，计算逆变器的出力模型公式如下：

[0062]

[0063] 其中， 为逆变器的有功出力； 为逆变器的无功出力； 为线路阻抗，，上标‑1表示倒数； 为线路阻抗角； 为逆变器端口电压相角； 为逆变器端口电压幅值； 为并网点电压幅值。

[0064] S302：当孤岛微电网中的分布式电源运行于静止点时，基于逆变器的出力模型建立输出功率小信号模型。

[0065] 在一些实施例中，假设分布式电源运行在静止点 ，在低压微电网中，由于原始线路的电感非常小，可认为电压相角 无限趋近于0。考虑电压变化信号和引起的逆变器有功出力与无功出力的变化，经线性化出力后的逆变器输出功率小信号模型包括：

[0066]

[0067] 其中， 为逆变器有功出力变化， 为逆变器无功出力变化， 为逆变器电压相角变化， 为逆变器端口电压幅值变化， 为有功‑功角灵敏度， 为有功‑电压灵敏度， 为无功‑功角灵敏度， 为无功‑电压灵敏度。

[0068]

[0069] 其中， 为线路阻抗， 为并网点的电压幅值， 为静止点的电压， 为逆变器端口电压幅值， 为线路阻抗角， 为静止点的电压相角。

[0070] 当线路阻抗角 较小时，有功‑电压灵敏度 和无功‑功角灵敏度 较大，表明P‑f下垂控制中有功功率和无功功率之间的耦合程度较强。

[0071] 具体的，当线路阻抗角 时，有功‑功角灵敏度 ，无功‑电压灵敏度，此时为传统的P‑V下垂控制。

[0072] 当线路阻抗角 时，有功‑电压灵敏度 ，无功‑功角灵敏度，此时相角影响无功出力，电压影响有功出力，即P‑f下垂控制存在功率耦合问题。

[0073] 当线路阻抗角 时，有功‑电压灵敏度 ，无功‑相角灵敏度，此时P‑f下垂控制中功率绝对解耦。

[0074] 在一些实施例中，考虑线路阻抗角 大小对逆变器输出功率耦合程度的影响，将引入虚拟阻抗后的线路改善至绝对感性，以降低逆变器输出功率耦合程度，进而减小逆变器无功出力对其输出频率的影响。

[0075] S303：在出力模型和输出功率小信号模型中，基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进的P‑f下垂控制方程。

[0076] 在一些实施例中，S303具体包括：

[0077] 在线路阻抗中基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进后的线路阻抗；

[0078] 基于改进后的线路阻抗、出力模型和输出功率小信号模型，得到改进的P‑f下垂控制方程。

[0079] 具体的，在线路阻抗 中，设置虚拟负电阻 ，以抵消线路电阻。此时改进后的线路阻抗 。

[0080] 此时 ， ，则 。将上式代入逆变器的出力公式，整理得： 。

[0081] 进一步的，得到本发明实施例的P‑f下垂控制方程：

[0082]

[0083] 其中， 为逆变器输出频率， 为逆变器频率参考， 为频率下垂控制系数， 为逆变器的有功出力， 为逆变器端口电压参考， 为电压下垂控制系数， 为逆变器的无功出力。

[0084] 本发明实施例提供的P‑f下垂控制，相对于传统的P‑f下垂控制，可以通过加入虚拟阻抗 消除原始线路中电阻的不利影响。通过将微电网线路阻抗改善至绝对感性，即将线路阻抗角控制为 ，从而实现逆变器输出功率之间的绝对解耦，减小无功出力对输出频率的影响。

[0085] 具体的，针对微电网中阻性加感性线路阻抗导致的逆变器输出功率耦合问题，本发明实施例提供的方法能够构建基于电压灵敏度的逆变器输出功率小信号模型，分析线路阻抗角对功率耦合程度的影响，引入虚拟负电阻抵消原始逆变器线路电阻，通过降低逆变器输出功率耦合程度来减小无功出力对输出频率的影响，与引入较大虚拟电感的传统虚拟阻抗方法不同，不会导致谐波污染加重等问题。

[0086] 进一步的，基于改进的P‑f下垂控制方程，对P‑f下垂控制过程进行设计改进。

[0087] 在一些实施例中，S104可以包括S401至S403。

[0088] S401：基于改进的P‑f下垂控制方程，建立逆变器的频率偏差变化表达式。

[0089] 在一些实施例中，基于逆变器的P‑f下垂控制方程，在 时刻，逆变器的频率偏差变化表达式可以包括：

[0090]

[0091] 其中， 为频率下垂控制系数， 为 时刻的逆变器有功出力变化检测值。

[0092] S402：基于频率偏差变化表达式和有功出力变化矩阵，建立逆变器的频率参考变化表达式。

[0093] 在 时刻，逆变器输出频率保持在额定值，P‑f下垂控制中频率参考将保持不变，即 。

[0094] 在 时刻，逆变器的频率参考变化定义可以包括：

[0095]

[0096] 其中， 为频率下垂控制系数，为有功出力变化矩阵， 为 时刻的频率参考变化， 为 时刻的频率参考变化， 为 时刻的频率参考变化。具体的， 用来补偿该时刻有功出力导致的频率偏差。
为 时刻的逆变器频率参考， 为 时刻的逆变器频率参考。

[0097] S403：基于频率参考变化表达式，建立逆变器的频率参考非齐次线性方程。

[0098] 在 时刻，P‑f下垂控制中的频率参考为 。

[0099] 在 时刻，P‑f控制中的频率参考定义可以包括：

[0100]

[0101] 其中， 为频率参考矩阵， 为 时刻的逆变器频率参考， 为 时刻的逆变器频率参考， 为 时刻的逆变器频率参考。

[0102] 定义系数矩阵 ，构建包含P‑f下垂控制中频率参考的非齐次线性方程：

[0103]

[0104] 其中， 为系数矩阵， 为频率参考矩阵， 为频率下垂控制系数，为有功出力变化矩阵。具体的， 系数矩阵为(n+1)维，其秩为n； 为(n+1)维的单位矩阵； 为秩为n的常数矩阵。

[0105] 在一个具体的示例中， 。

[0106] S105：求解频率参考非齐次线性方程，得到频率参考矩阵的解。

[0107] 在一些实施例中，S105包括：为频率参考非齐次线性方程设定初始条件，进行迭代求解，得到频率参考矩阵的解。

[0108] 具体的，在给定的初始条件 下，通过迭代求解，可以得到各时刻的可变频率参考，即上述非齐次线性方程的解空间 。

[0109] 本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法，在逆变器输出功率解耦的环境下，针对逆变器有功出力变化导致的运行频率偏差问题，基于小波变换检测逆变器有功出力变化数值，能够依据P‑f下垂控制特性分析有功出力与频率偏差之间的关系。当逆变器有功出力实时变化时，可以通过相应改变频率控制参考来补偿实时的频率偏差，通过设置频率恢复控制常数，使频率偏差以指数衰减的方式恢复至可接受的安全域内。

[0110] S106：基于频率参考矩阵控制逆变器，实现频率恢复。

[0111] 本发明实施例提供的频率恢复控制方法能够采用小波变换检测逆变器有功出力的实时变化，基于P‑f下垂控制特性改变频率控制参考 ，进而抵消逆变器有功出力变化引起的频率偏差，并通过设置频率恢复控制常数，使逆变器输出频率能够以指数变化速率恢复至额定值。

[0112] 本发明实施例提供的逆变器输出解耦下的频率恢复控制方法能够依托分布式发电技术与逆变器自治运行控制技术，构建微电网逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制控制方法，使微电网在孤岛运行模态下能够主动应对任一分布式电源的有功出力变化，克服传统下垂控制存在的输出功率耦合与运行频率偏差问题，通过为网内负荷安全供电来保证微电网的优质运行。

[0113] 具体的，频率参考以迭代渐进的方式变化，考虑逆变器有功出力变化的不确定性，优先获取当前时刻的频率参考，即使在有功出力连续变化的情况下，也能获取实时的频率参考。在有功出力实时变化的情况下，可以用来消除逆变器的运行频率偏差。

[0114] 为了分析频率恢复速率，将频率参考变化等价于P‑f下垂控制方程中增加一个控制项 。

[0115] 基于上述控制项 得到改进后的下垂控制方程：

[0116]

[0117] 其中， 为逆变器输出频率， 为 时刻的逆变器频率参考， 为比例因子，为 时刻的逆变器有功出力， 为 时刻的逆变器频率参考， 为逆变器端口电压相角， 为 时刻的逆变器频率参考， 为频率下垂控制系数。

[0118] 具体的，控制项 被定义为可以稳定至 的函数。

[0119] 在一些实施例中，控制项的变化率定义式可以包括：

[0120]

[0121] 其中，为逆变器端口电压相角， 为 时刻的逆变器频率参考， 为常数，为 时刻逆变器输出频率。其中，由于 用于抵消 ，因此 ； 为决定频率恢复速率的常数。

[0122] 进一步的，可得频率偏差变化率的表达式包括：

[0123]

[0124] 其中， 为逆变器端口电压相角， 为逆变器输出频率， 为 时刻的逆变器频率参考， 为常数。

[0125] 求解上述微分方程，可得频率偏差变化的表达式包括：

[0126]

[0127] 其中，为逆变器端口电压相角， 为 时刻逆变器输出频率， 为常系数， 为常数。

[0128] 由以上频率偏差变化的表达式可知，频率偏差可以以特定的速率指数衰减至零。

[0129] 本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法，针对微电网中阻性线路阻抗引起的逆变器输出功率耦合问题，构建基于电压灵敏度的逆变器输出功率小信号模型，分析线路阻抗角对功率耦合撑的影响，采用虚拟复阻抗的方法将线路阻抗改善至感性，通过适当增加线路阻抗角的方式来降低逆变器输出功率耦合程度，进而减小其无功出力对输出频率的影响。

[0130] 进一步的，在逆变器输出功率解耦环境下，这对逆变器有功出力变化导致的运行频率偏差问题，基于小波变化检测逆变器有功出力变化，依据P‑f下垂控制特性定量分析有功出与频率偏差之间的数值关系，在有功出力实时变化的情况下，通过改善频率控制参考实现频率恢复，并设计频率恢复控制常数使频率偏差以指数级速率减小至零。

[0131] 图2示出了本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法的设计思路示意图。

[0132] 参见图2，在一些实施例中，本发明实施例提供的方法应用于包括DG逆变器、功率管、RLC电路、RL电路构成的逆变器输出系统中。本发明实施例针对频率恢复的问题进行虚拟阻抗设计，解决功率耦合的问题，进一步改进P‑f下垂控制，改进频率偏差问题，实现本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法。

[0133] 图3示出了本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法的系统结构图。

[0134] 参见图3，本发明实施例提供的方法应用的系统中，各个分布式电源通过逆变器、LC滤波器、线路阻抗并入微电网中。其中，逆变器控制系统主要包括功率外环控制器和电压内环控制器。

[0135] 具体的，功率外环控制器主要采用P‑f下垂控制方法，通过独立控制逆变器出力、电压以及频率，实现分布式电源的自治运行。进一步的，功率外环控制器主要包括功率计算与下垂控制模块，在功率计算模块中，通过采样逆变器端口电压与电流，计算其有功出力和无功出力；在下垂控制模块中，采用改进的P‑f下垂控制方法，计算得到电压内环跟踪控制的参考电压。

[0136] 另一方面，电压内环控制器主要包括虚拟阻抗与PI跟踪控制模块，在虚拟阻抗模块中，基于逆变器端口电流计算虚拟阻抗压降，并结合下垂控制输出的参考电压，进一步校正电压内环的参考电压。在PI跟踪控制模块中，建立电压环PI控制器与电流环PI控制器，实现参考电压的稳定跟踪。

[0137] 图4示出了本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法中的阻抗角与功率耦合关系图。

[0138] 参见图4，当 时，逆变器线路阻抗为纯阻性时，频率仅与逆变器无功出力相关，而电压仅与逆变器有功出力相关，此时即为传统的P‑V下垂控制方法。

[0139] 当 时，逆变器线路阻抗为阻性加感性时，频率、电压均与逆变器无功出力、有功出力相关，即P‑f下垂控制存在功率耦合问题。

[0140] 当 时，逆变器线路阻抗为纯感性时，频率仅与逆变器有功出力相关，而电压仅与逆变器的无功出力相关，即P‑f下垂控制中功率绝对解耦。考虑到线路阻抗角对功率耦合关系的影响，将虚拟阻抗设计为虚拟负电阻，即 ，通过抵消原始线路的电阻，将线路阻抗改善至绝对感性，进而解决逆变器输出功率耦合的问题。

[0141] 图5示出了本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法的特性曲线示意图。参见图5，直线 为逆变器的传统P‑f下垂特性曲线，其中 为逆变器的实时频率， 为逆变器的实时频率偏差。运行点o对应逆变器的初始运行状态，运行点a和e对应逆变器在第j‑1时刻的运行状态，运行点b、c、d对应逆变器在第j时刻的运行状态。

[0142] 具体的，在传统的P‑f下垂特性曲线 上，在 时刻，逆变器运行在o点，有功出力为0，频率为50Hz，频率偏差为0，表明逆变器有功出力为额定值时，不会存在频率偏差。

[0143] 在 时刻，逆变器运行在e点，有功出力发生变化，频率不能保持在50Hz，表明逆变器有功出力偏移额定值时，会存在频率偏差。

[0144] 在 时刻，逆变器运行在d点，有功出力继续增大，且频率进一步下降，表明逆变器有功出力偏离额定值时，频率偏差与有功出力呈正比。

[0145] 在本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法中，在时刻，逆变器的有功出力为 ，频率偏差为 。通过将频率参考增加至，将P‑f下垂特性曲线改进为直线 ，使逆变器运行在a点，从而不存在频率偏差。

[0146] 类似的，在 时刻，逆变器的有功出力由 增加至 ，频率偏差变为，相对于 时刻，频率偏差增加 。此时逆变器运行在直线 的c点，仍存在
频率偏差。进一步的，将频率参考增加 至 ，将逆变器改进P‑f下垂特性曲线进一步改进为 ，使逆变器运行在b点，不存在频率偏差。可见，在逆变器有功出力变化的情况下，通过改变P‑f下垂控制频率参考来补充频率偏差，进而将逆变器运行频率恢复至额定值。

[0147] 应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

[0148] 图6示出了本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制控制装置的结构示意图。参见图6，本发明实施例提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制装置60可以包括：小波系数计算模块610、有功出力变化计算模块620、有功出力变化矩阵构建模块630、频率参考方程构建模块640、频率参考矩阵求解模块650、频率恢复控制模块660。

[0149] 小波系数计算模块610， 用于获取逆变器的有功功率信号，计算有功功率信号的小波系数。

[0150] 有功出力变化判断模块620，用于判断小波系数是否大于预设阈值，若小波系数大于预设阈值，则判定逆变器出现有功出力变化。

[0151] 有功出力变化矩阵构建模块630，用于若逆变器出现有功出力变化，则获取有功出力变化检测值，建立有功出力变化矩阵。

[0152] 频率参考方程构建模块640，用于基于改进的P‑f下垂控制方程和有功出力变化矩阵，建立逆变器的频率参考非齐次线性方程。

[0153] 频率参考矩阵求解模块650，用于求解频率参考非齐次线性方程，得到频率参考矩阵的解。

[0154] 频率恢复控制模块660，用于基于频率参考矩阵控制逆变器，实现频率恢复。

[0155] 本发明提供的逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制装置能够基于小波变换监测逆变器的有功出力实时变化，基于改进的P‑f下垂控制特性改变频率参考，抵消逆变器有功出力变化引起的频率偏差，及时有效地实现频率恢复。

[0156] 在一些实施例中，小波系数计算模块610具体用于：

[0157] 基于连续小波变换信号表达式计算有功功率信号的连续小波变换信号。

[0158] 基于小波系数表达式计算连续小波变换信号的小波系数。

[0159] 连续小波变换信号表达式包括：

[0160]

[0161] 其中， 为有功功率信号的连续小波变换信号， 为比例因子， 为平移因子， 为有功功率信号， 为母小波。

[0162] 小波系数表达式包括：

[0163]

[0164] 其中， 为小波系数， 为有功功率信号， 为有功功率信号的连续小波变换信号， 为比例因子，为平移因子。

[0165] 在一些实施例中，逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制装置还可以包括P‑f下垂控制方程改进模块，用于：

[0166] 基于孤岛微电网中分布式电源、滤波器、线路阻抗的参数，及并网系统潮流关系，建立逆变器的出力模型。

[0167] 当孤岛微电网中的分布式电源运行于静止点时，基于逆变器的出力模型建立输出功率小信号模型。

[0168] 在出力模型和输出功率小信号模型中，基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进的P‑f下垂控制方程。

[0169] 逆变器的出力模型包括：

[0170]

[0171] 其中， 为逆变器的有功出力； 为逆变器的无功出力； 为线路阻抗，，上标‑1表示倒数； 为线路阻抗角； 为逆变器端口电压相角； 为逆变器端口电压幅值； 为并网点电压幅值。

[0172] 输出功率小信号模型包括：

[0173]

[0174]

[0175] 其中， 为逆变器有功出力变化， 为逆变器无功出力变化， 为逆变器电压相角变化， 为逆变器端口电压幅值变化， 为有功‑功角灵敏度， 为有功‑电压灵敏度， 为无功‑功角灵敏度， 为无功‑电压灵敏度； 为线路阻抗， 为并网点的电压幅值， 为静止点的电压， 为逆变器端口电压幅值，为线路阻抗角， 为静止点的电压相角。

[0176] 在一些实施例中，P‑f下垂控制方程改进模块具体用于：

[0177] 在线路阻抗中基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进后的线路阻抗。

[0178] 基于改进后的线路阻抗、出力模型和输出功率小信号模型，得到改进的P‑f下垂控制方程。

[0179] 线路阻抗包括： ；

[0180] 线路电阻包括： ；

[0181] 虚拟负电阻包括： ；

[0182] 改进后的线路阻抗包括： 。

[0183] 改进的P‑f下垂控制方程包括：

[0184]

[0185] 其中， 为逆变器输出频率， 为逆变器频率参考， 为频率下垂控制系数， 为逆变器的有功出力， 为逆变器端口电压参考， 为电压下垂控制系数， 为逆变器的无功出力。

[0186] 在一些实施例中，有功出力变化矩阵包括：

[0187]

[0188] 其中，为有功出力变化矩阵， 为 时刻的逆变器有功出力变化检测值，为 时刻的逆变器有功出力变化检测值， 为 时刻的逆变器有功出力变化检测值。

[0189] 在一些实施例中，频率参考方程构建模块640具体用于：

[0190] 基于改进的P‑f下垂控制方程，建立逆变器的频率偏差变化表达式。

[0191] 基于频率偏差变化表达式和有功出力变化矩阵，建立逆变器的频率参考变化表达式。

[0192] 基于频率参考变化表达式，建立逆变器的频率参考非齐次线性方程。

[0193] 频率偏差变化表达式包括：

[0194]

[0195] 其中， 为频率下垂控制系数， 为 时刻的逆变器有功出力变化检测值。

[0196] 频率参考变化表达式包括：

[0197]

[0198] 其中， 为频率下垂控制系数，为有功出力变化矩阵， 为 时刻的频率参考变化， 为 时刻的频率参考变化， 为 时刻的频率参考变化。

[0199] 频率参考非齐次线性方程包括：

[0200]

[0201] 其中， 为系数矩阵， 为频率参考矩阵， 为频率下垂控制系数，为有功出力变化矩阵。

[0202] 在一些实施例中，频率参考矩阵求解模块650具体用于：

[0203] 为频率参考非齐次线性方程设定初始条件，进行迭代求解，得到频率参考矩阵的解。

[0204] 频率参考矩阵的表达式包括：

[0205]

[0206] 其中， 为频率参考矩阵， 为 时刻的逆变器频率参考， 为 时刻的逆变器频率参考， 为 时刻的逆变器频率参考。

[0207] 图7是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图7所示，该实施例的终端设备70包括：处理器700、存储器710以及存储在所述存储器710中并可在所述处理器700上运行的计算机程序720，例如逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制程序。所述处理器70执行所述计算机程序720时实现上述各个逆变器输出功率解耦下的频率恢复控制方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S106。或者，所述处理器700执行所述计算机程序720时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图6所示模块610至660的功能。

[0208] 示例性的，所述计算机程序720可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器710中，并由所述处理器700执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序720在所述终端设备70中的执行过程。例如，所述计算机程序720可以被分割成小波系数计算模块、有功出力变化判断模块、有功出力变化矩阵构建模块、频率参考方程构建模块、频率参考矩阵求解模块、频率恢复控制模块。

[0209] 所述终端设备70可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器700、存储器710。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是终端设备70的示例，并不构成对终端设备70的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

[0210] 所称处理器700可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器  (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路 (Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field‑Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

[0211] 所述存储器710可以是所述终端设备70的内部存储单元，例如终端设备70的硬盘或内存。所述存储器710也可以是所述终端设备70的外部存储设备，例如所述终端设备70上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，所述存储器710还可以既包括所述终端设备70的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器710用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器710还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

[0212] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0213] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

[0214] 本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

[0215] 在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0216] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0217] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0218] 所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read‑Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

[0219] 以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。