一种基于灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于节点电压‑有功功率灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法，首次将DG输出有功功率解析成母线电压的函数，构建了有功功率‑母线电压灵敏度矩阵。在灵敏度矩阵中选择PCC母线电压对各DG有功功率灵敏度最大的DG进行调压，根据电压偏差及灵敏度计算其功率调整量预估值；在此基础上考虑DG容量及其它约束条件，生成DG调节功率参考值。DG控制器接收二次调压指令后，将其输出的有功功率调整至参考值。在系统资源充足的情况下，可将PCC母线电压精确控制在目标值，并将其它母线电压控制在允许范围内。本发明专利技术依据灵敏度选择最有效DG进行调压，针对性更强、调压效果更好；且可减小总调节功率，提高微网运行的经济性。

A two voltage control method for low voltage microgrid based on sensitivity matrix

The invention discloses a secondary voltage control method for low-voltage micro-grid based on node voltage active power sensitivity matrix. For the first time, DG output active power is parsed into a function of bus voltage, and an active power bus voltage sensitivity matrix is constructed. In the sensitivity matrix, the PCC bus voltage is selected to regulate the DG with the greatest sensitivity to the active power of each DG, and the power adjustment is estimated according to the voltage deviation and sensitivity. On this basis, the reference value of DG regulating power is generated considering the DG capacity and other constraints. The DG controller receives the two voltage regulation instruction and adjusts the output active power to the reference value. In the case of sufficient system resources, the bus voltage of PCC can be accurately controlled at the target value, and other bus voltages can be controlled within the allowable range. The invention chooses the most effective DG to regulate voltage according to the sensitivity, has stronger pertinence and better voltage regulation effect, and can reduce the total regulating power and improve the economy of microgrid operation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法
本专利技术属于电力信息
，涉及一种基于节点电压-有功功率灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法。
技术介绍
近年来接连发生的大规模停电事故、自然灾害以及全球范围内的能源瓶颈问题，使得互联电网的弊端逐渐暴露，传统电力系统亟待融合可再生能源、具有可持续发展能力的辅助型电网出现。分布式发电具有环境友好、能源利用率高、安装灵活等特性；而微网作为分布式电源的有效载体，成为可再生能源利用及弱化现有大型电网诸多弊端的有效途径之一。微网既可以独立运行，也可以与公用电网并联运行。微网与公用电网并联运行时，除了具备就地消纳负荷、缓解公用电网供电压力的基本功能，还应承担参与电网电能质量控制更等深层次的任务。因此微网必须依靠自身的调节能力进行电压控制，否则会降低电网的局部电能质量。对于孤岛运行的微网，没有外界电源支撑，只能依靠自身调节能力进行电能质量控制。提供合格、稳定的电压成为微网运行的基本任务。从调节范围及调节过程来看，微网电压控制包括一次调压和二次调压。一次调压是调压单元在指定的参考值下调整其电压及输出功率的响应过程，目前多以下垂控制为基础，将电压解析为无功功率的线性函数。然而实际微网系统的电压等级较低，线路阻性成分不可忽略，致使有功与无功功率无法解耦；并且由于线路阻抗与DG容量的不匹配，导致逆变器实际输出的功率无法按照下垂系数分配。现有技术中的部分方法试图通过引入虚拟阻抗解决功率耦合问题。但虚拟阻抗的引入改变了系统结构，增加电压降落，且无法实现功率均分。还有部分方法通过增大下垂系数来改善无功功率的分配，但下垂系数过大会降低电压控制精度甚至影响系统的稳定性。因此，如何在DG下垂系数不等、线路阻抗与容量不匹配的情况下实现功率均分并保持电压稳定成为关键。其他方法通过重新设计DG功率控制器补偿线路电压降落，既可实现无功功率在DG间的均分，又可保证公共耦合点(PointofCommonCoupled，PCC)的电压控制精度。二次调压由微网中央控制器/中心管理器统一整定调整单元的功率或电压参考值，恢复一次调节遗留的偏差，常用的方法是根据调压单元的容量或下垂系数来确定其功率调整量。但是，微网下垂控制的最初思想是模拟电力系统中旋转电机的一次特性，使DG自动追踪系统频率和电压的变化来调整功率输出，主要响应快速负荷波动。而二次调整周期相对较长，旨在恢复一次调整后所遗留的压差和频差，这个恢复过程还需考虑其它方面的问题，如：如何选择调压电源、如何减小运行中的系统备用容量、如何提高现有设备的利用率等问题。二次调压的过程应该是兼顾微网运行的技术性和经济性，因此照搬一次调整的思路利用下垂系数或DG容量来进行二次调整是不合适的。对于这一问题，有现有技术进行了较有新意的探索，根据交流母线电压对无功负荷和DG母线电压的灵敏度来确定电源的无功调整量。这种控制策略可以选择最灵敏的电源进行调压，减少微网的无功储备。但并未阐述灵敏度的具体计算方法；且低压微网线路参数呈阻性，电压与有功功率呈强耦合关系，利用无功电源进行调压，显然存在模型上的不合理假设。综上，现有微网二次电压控制方法主要存在以下两方面的问题：实际微网系统的电压等级较低，线路阻性成分不可忽略。而现有研究为了沿用传统的下垂控制策略，人为加入虚拟阻抗，将电压耦合成无功功率的函数，增加了电压损耗，降低了系统稳定性；并导致数学模型(感性)与实际微网系统(阻性)的物理特性不符，存在模型上的不合理假设。延续一次调节的思想，在二次调压中根据调压单元的容量或下垂系数来确定其功率调整量。这种等比例分配比较适用符合常规思维模式，适用与一次调节；但无法兼顾微网的技术性与经济性，不适用电压的二次调节。
技术实现思路
本专利技术针对二次调压中通过引入虚拟阻抗建立无功功率-电压耦合特性的不合理数学模型、根据对等策略等比例分配DG调节功率两个问题，提出了一种适用于低压微网的二次电压控制策略，在调压模型中保留了低压微网的高阻感比特性，将有功功率解析成母线电压的函数，构建了有功功率-电压灵敏度矩阵，根据灵敏度选择最适宜DG进行调压。在系统资源充足的情况下，可将PCC母线电压精确控制在目标值，将其它母线电压控制在合理范围内。按照这种方式选择最有效DG进行调压，可减小总调节功率，提高微网运行的经济性。具体技术方案如下：一种基于灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立低压微网系统的数学模型；步骤2：进行电压偏差判断：计算PCC母线电压偏差，如果其母线电压偏差小于门槛值，则不启动二次电压调整；否则启动二次电压调整程序；步骤3：在节点电压-有功功率灵敏度矩阵J-1中选择灵敏度最大的DG，计算其功率调整量预估值；步骤4：根据DG功率预估值、DG容量及其它约束条件，计算DG在二次调压中的功率参考值；步骤5：将各功率参考值发送给DG控制器，DG控制器将自身输出的有功功率调整至指令值；更新当前灵敏度矩阵，重复(2)～(4)的过程，当DG容量充足时可将PCC电压恢复至额定值，实现无差调节。进一步的，被选定DG的功率调整量为：其中，k为DG母线电压对节点功率的灵敏度。进一步的，所述DG母线电压对节点功率的灵敏度通过如下步骤获得：④母线电压-有功功率的灵敏度计算。由节点功率平衡特性可知，DG输出功率等于其母线负荷吸收的功率与注入到线路功率之和，即式中，Pi为DG的输出功率，PL,i为母线i的负荷功率，Pij为DG的输出功率流入到线路i-j的部分。线路i-j的功率可进一步表示为Pij＝ViVj(Gijcosθij+Bijsinθij)(3)式中，Vi、Vj为母线i、j的电压幅值，θij为相角差，正常情况下θij≈0；Gij、Bij为线路电导和电纳。节点i的负荷功率可表示为其中，负荷的有功功率分量为根据式(2)计算节点电压变化对节点注入功率的影响，即：将式(3)、(5)代入式(6)，可得式(7)适用任何阻感比的网络，具有通用性；进一步考虑低压微网交流线路的高阻感比特性，那么式(7)可近似成将式(8)改写为矩阵形式，有：上式为有功功率-电压灵敏度矩阵，其物理含义为单位母线电压变化引起的有功功率的增量，该矩阵各元素可以解析表达；进一步对J其求逆可得母线电压-有功功率灵敏度矩阵：J-1矩阵各元素即为各母线电压对不同DG输出有功功率的灵敏度，其中包括PCC母线电压对DG有功功率的灵敏度。附图说明图1为微网结构示意图；图2为本专利技术的二次电压控制流程；图3(a)、图3(b)为本专利技术中所用控制策略的仿真结果；图4(a)、图4(b)为按下垂系统进行二次调压控制的仿真结果；具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，建立所研究微网系统的模型。该过程考虑低压微网的高阻比特性，不加入虚拟阻抗。微网系统主要包括光伏发电单元、蓄电池以及负荷。光伏单元以理想电压源模拟，通过逆变器、滤波器后经交流电缆接入PCC，如图中的DG1～DG3。蓄电池经DC/AC变换器、交流电缆接入PCC。而对于负荷，则需根据负荷的位置、性质以及对电能质量的要求进行有效划分接入不同母线，以减小运行中电压调整的压力。对电压波动不敏感的一般负荷接入距离较近的DG单元交流母线。敏感负荷(图中的L5)对电压控制精度要求较高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立低压微网系统的数学模型；步骤2：进行电压偏差判断：计算PCC母线电压偏差，如果其母线电压偏差小于门槛值，则不启动二次电压调整；否则启动二次电压调整程序；步骤3：在节点电压‑有功功率灵敏度矩阵J‑1中选择灵敏度最大的DG，计算其功率调整量预估值；步骤4：根据DG功率预估值、DG容量及其它约束条件，计算DG在二次调压中的功率参考值；步骤5：将各功率参考值发送给DG控制器，DG控制器将自身输出的有功功率调整至指令值；更新当前灵敏度矩阵，重复(2)～(4)的过程，当DG容量充足时可将PCC电压恢复至额定值，实现无差调节。

【技术特征摘要】
1.一种基于灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立低压微网系统的数学模型；步骤2：进行电压偏差判断：计算PCC母线电压偏差，如果其母线电压偏差小于门槛值，则不启动二次电压调整；否则启动二次电压调整程序；步骤3：在节点电压-有功功率灵敏度矩阵J-1中选择灵敏度最大的DG，计算其功率调整量预估值；步骤4：根据DG功率预估值、DG容量及其它约束条件，计算DG在二次调压中的功率参考值；步骤5：将各功率参考值发送给DG控制器，DG控制器将自身输出的有功功率调整至指令值；更新当前灵敏度矩阵，重复(2)～(4)的过程，当DG容量充足时可将PCC电压恢复至额定值，实现无差调节。2.如权利要求1所述的基于灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法，其特征在于，被选定DG的功率调整量为：其中，k为DG母线电压对节点功率的灵敏度。3.如权利要求所述的基于灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法，其特征在于，所述DG母线电压对节点功率的灵敏度通过如下步骤获得：④母线电压-有功功率的灵敏度计算。由节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖宏飞，钱浩，陈鑫，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33