一种微网中基于下垂特性的模式自适应电压源控制方法技术

本发明专利技术公开了一种微网中基于下垂特性的模式自适应电压源控制方法，由孤岛状态下的改进下垂控制、微电网双模式平滑切换控制、联网状态下的改进下垂控制组成，通过对P‑f型下垂控制增加了限幅和虚拟惯性环节，实现微电网在孤岛运行状态下的多下垂控制型微源的并联稳定运行；通过对外部电网和微电网的相角偏差和电压幅值偏差进行PI调节，得到预同期频率偏差控制信号和电压偏差控制信号，各微源逆变器接收微电网预同期控制系统下达的频率偏差控制信号和电压偏差控制信号后，按照信号平移有功下垂曲线和无功下垂曲线进行控制；通过增加联络线功率控制，根据有功和无功参考值偏差进行调节，分别得到基准有功功率和基准无功功率参考信号，按照信号平移有功下垂曲线和无功下垂曲线进行控制。

Mode adaptive voltage source control method based on droop characteristic in microgrid

The invention discloses a micro grid voltage source mode adaptive droop control method based on the improved droop control, islanding state of the micro grid under dual mode smooth switching control, network improved droop state control, based on P f droop control increased by limiting and virtual inertia, implementation parallel stable operation of microgrid in islanding state under the droop control micro source; PI is regulated by the external power grid and micro grid phase deviation and voltage amplitude deviation, frequency deviation pre period control signal and the voltage deviation control signal, each micro source inverters receive micro grid pre synchronization control system frequency deviation by the control signal and the voltage deviation control signal, control signal according to the translation of active droop curve and reactive power droop curve; by increasing the contact line. Rate control based on active and reactive power reference value deviation adjustment, respectively reference active power and reactive power reference reference signal, control signal according to the translation of active and reactive power droop curve droop curve.

【技术实现步骤摘要】
一种微网中基于下垂特性的模式自适应电压源控制方法
：本专利技术涉及一种微网中基于下垂特性的模式自适应电压源控制方法，属于微电网的运行与控制

技术介绍
：传统的下垂特性的模式自适应电压源控制方法，具有逆变器过流能力弱、频率响应速度快、无法与同步电机型微源并联运行、无法灵活的实现并离网状态切换及联络线功率控制等缺点。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种微网中基于下垂特性的模式自适应电压源控制方法，适用于微电网组网及多种运行模式的逆变器型微源的改进下垂控制策略，能够实现微电网在孤岛运行状态下的稳定运行，并网状态下根据调度指令的联络线功率控制及并离网运行状态的平滑切换，可实现以多台储能自同步电压源换流器组网的离网型微电网安全稳定、经济高效的运行。本专利技术为解决技术问题所采取的技术方案是：一种微网中基于下垂特性的模式自适应电压源控制方法，由孤岛状态下的改进下垂控制、微电网双模式平滑切换控制、联网状态下的改进下垂控制组成；所述的孤岛状态下的改进下垂控制：针对传统下垂控制的逆变器存在过流能力弱、频率响应速度快、无法与同步电机型微源并联运行等缺点，对P-f型下垂控制增加了限幅和虚拟惯性环节，实现微电网在孤岛运行状态下的多下垂控制型微源的并联稳定运行；所述的微电网双模式平滑切换控制：通过对外部电网和微电网的相角偏差和电压幅值偏差进行PI调节，分别得到预同期频率偏差控制信号和电压偏差控制信号，各微源逆变器接收微电网预同期控制系统下达的频率偏差控制信号和电压偏差控制信号后，分别按照信号平移有功下垂曲线和无功下垂曲线进行控制；所述联网状态下的改进下垂控制：是在改进下垂控制的基础上增加了联络线功率控制，根据当前联络线的有功和无功功率和调度系统下达的联络线功率的有功和无功参考值的偏差进行PI调节，分别得到基准有功功率和基准无功功率的参考信号，分别按照信号平移有功下垂曲线和无功下垂曲线进行控制。所述的微电网预同期控制系统包含信号检测单元、合闸信号控制单元及微电网预同期控制单元；其中：信号检测单元实时检测PCC点两侧微电网和外部电网的电压频率、相角和幅值，此处采用基于二阶广义积分器的单同步旋转坐标系的锁相环实现对微电网和外部电网电压的锁相；合闸信号控制单元根据检测的结果，判断微电网是否满足同期并网条件，当检测到同期并网条件满足时，合闸信号控制单元发出合闸指令，闭合微电网PCC点的静态开关STS；微电网预同期控制单元对检测单元检测到的外部电网和微电网的相角和电压幅值偏差进行相角偏差和电压偏差控制，并将调节信号同时发送给具有电压和频率调节能力的各台微源，从而对微电网的电压频率、相角和幅值进行调节，使其满足同期并网条件。本专利技术的积极有益效果如下：1、本专利技术可应用于大容量离网型微电网，克服了目前采用逆变器接口的电压源型微源存在的过流能力弱、频率响应速度快，无法与同步电机型微源并联运行等缺点，可以实现微电网在孤岛运行状态下的多下垂控制型微源的并联稳定运行，以及电力电子型微源和同步电机型微源的共同组网运行，提高微电网组网的灵活性。2、本专利技术可以实现微源的电压和相位预同期控制，不改变微源的控制策略，就可以实现微电网并离网运行状态的平滑切换。3、本专利技术需改变微源的控制策略，就可以实现微电网在并网运行状态下，根据调度指令的联络线功率控制，可以灵活实现微电网的多种运行模式。4、本专利技术可以实现微电网孤岛状态下的稳定运行、并离网状态的平滑切换以及并网状态下按调度指令的联络线功率控制，实现了微源控制模型的归一化。附图说明：图1为本专利技术中改进有功频率下垂控制框图；图2为本专利技术中改进无功电压下垂控制框图；图3为本专利技术中微电网预同期控制系统结构框图；图4为本专利技术中孤岛运行情况下的改进有功频率下垂控制框图；图5为本专利技术中孤岛运行情况下的改进无功电压下垂控制框图；图6为本专利技术中联络线有功功率控制框图；图7为本专利技术中联络线无功功率控制框图；图8为本专利技术中微电网模式自适应改进下垂控制框图。具体实施方式：下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步的解释和说明(参见图1-图8)：实施例：一种微网中基于下垂特性的模式自适应电压源控制方法，由孤岛状态下的改进下垂控制、微电网双模式平滑切换控制、联网状态下的改进下垂控制组成；(一)孤岛状态下的改进下垂控制：在微电网孤岛运行状态下，参照电力系统一次调频有差控制的原理，逆变器型微源采用下垂控制，通过对逆变器输出功率和输出电压幅值/相角之间的下垂控制，使各逆变器共同承担系统中负荷功率波动，参与系统调频调压；针对传统下垂控制存在过流能力差、响应快、惯性小的不足，对P-f型下垂控制进行改进，增加了限幅和虚拟惯性环节。改进有功频率下垂控制如图1所示，在图1中，增加了有功功率限幅控制环节，当微源输出功率超出其允许的运行范围时(Pmin<P<Pmax)，功率限幅环节中的积分器开始工作，实现微源P-f下垂特性曲线的平移，使微源以恒功率方式运行，避免微源因过载或功率反向注入等问题发生故障停机；通过增加虚拟惯性环节，能够使微源的频率缓慢变化到新的参考值，从而增加频率的响应时间。同理，改进无功电压下垂控制也增加了功率限幅环节，控制原理如图2所示。(二)微电网双模式平滑切换控制：为了保证对重要用户的可靠供电，微电网须具备无缝切换功能。由于并网状态和孤岛状态，逆变器均采用下垂控制，所以微电网从并网状态切换到孤岛状态时，逆变器的控制策略不需要改变。但是微电网由孤岛状态切换到并网状态时，需要满足同期并网条件，即微电网和大电网电压的相位、幅值、频率一致时，静态开关才能闭合。对电网的相角进行同步控制时，由于相角量的时变性较大，对通信速度要求较高，而基于多下垂控制的微源组网的微电网中通信线路的传输速度较低，因此微电网预同期控制系统位于微电网静态开关STS附近，经过预同期控制后，得到预同期频率偏差和电压偏差信号，再经过低速通信线传输至各微源逆变器。微电网预同期控制系统的结构如图3所示。微电网预同期控制系统包含信号检测单元、合闸信号控制单元及微电网预同期控制单元。其中，信号检测单元实时检测PCC点两侧微电网和外部电网的电压频率、相角和幅值，此处采用基于二阶广义积分器的单同步旋转坐标系的锁相环(SOGI-SPLL)实现对微电网和外部电网电压的锁相；合闸信号控制单元根据检测的结果，判断微电网是否满足同期并网条件，当检测到同期并网条件满足时，合闸信号控制单元发出合闸指令，闭合微电网PCC点的静态开关STS；微电网预同期控制单元对检测单元检测到的外部电网和微电网的相角和电压幅值偏差进行相角偏差和电压偏差控制，并将调节信号同时发送给具有电压和频率调节能力的各台微源，从而对微电网的电压频率、相角和幅值进行调节，使其满足同期并网条件。微电网预同期控制原理如下式所示，通过对外部电网和微电网的相角偏差和电压幅值偏差进行PI调节，分别得到预同期频率偏差控制信号Δωsyn和电压偏差控制信号ΔEsyn：式中，θpccg、Upccg和θpccm、Upccm分别为公共连接点处主网和微电网的电压矢量的相位和幅值。各微源逆变器接收微电网预同期控制单元下达的频率偏差控制信号和电压偏差控制信号后，分别按照信号平移有功下垂曲线和无功下垂曲线：控制框图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微网中基于下垂特性的模式自适应电压源控制方法，其特征在于：所述的微网中基于下垂特性的模式自适应电压源控制方法由孤岛状态下的改进下垂控制、微电网双模式平滑切换控制、联网状态下的改进下垂控制组成；所述的孤岛状态下的改进下垂控制：针对传统下垂控制的逆变器存在过流能力弱、频率响应速度快、无法与同步电机型微源并联运行等缺点，对P‑f型下垂控制增加了限幅和虚拟惯性环节，实现微电网在孤岛运行状态下的多下垂控制型微源的并联稳定运行；所述的微电网双模式平滑切换控制：通过对外部电网和微电网的相角偏差和电压幅值偏差进行PI调节，分别得到预同期频率偏差控制信号和电压偏差控制信号，各微源逆变器接收微电网预同期控制系统下达的频率偏差控制信号和电压偏差控制信号后，分别按照信号平移有功下垂曲线和无功下垂曲线进行控制；所述联网状态下的改进下垂控制：是在改进下垂控制的基础上增加了联络线功率控制，根据当前联络线的有功和无功功率和调度系统下达的联络线功率的有功和无功参考值的偏差进行PI调节，分别得到基准有功功率和基准无功功率的参考信号，分别按照信号平移有功下垂曲线和无功下垂曲线进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种微网中基于下垂特性的模式自适应电压源控制方法，其特征在于：所述的微网中基于下垂特性的模式自适应电压源控制方法由孤岛状态下的改进下垂控制、微电网双模式平滑切换控制、联网状态下的改进下垂控制组成；所述的孤岛状态下的改进下垂控制：针对传统下垂控制的逆变器存在过流能力弱、频率响应速度快、无法与同步电机型微源并联运行等缺点，对P-f型下垂控制增加了限幅和虚拟惯性环节，实现微电网在孤岛运行状态下的多下垂控制型微源的并联稳定运行；所述的微电网双模式平滑切换控制：通过对外部电网和微电网的相角偏差和电压幅值偏差进行PI调节，分别得到预同期频率偏差控制信号和电压偏差控制信号，各微源逆变器接收微电网预同期控制系统下达的频率偏差控制信号和电压偏差控制信号后，分别按照信号平移有功下垂曲线和无功下垂曲线进行控制；所述联网状态下的改进下垂控制：是在改进下垂控制的基础上增加了联络线功率控制，根据当前联络线的有功和无功功率和调度系统下达的联络线功率的有功...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍薇，燕跃豪，张绍辉，张中青，林慧，杨怡航，马梦茹，郭帅文，蒋建东，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司郑州供电公司，郑州大学，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41