一种分布式发电单元协同控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式发电单元协同控制方法及系统，属于电气工程技术领域，包括：根据分布式发电单元的频率偏差、分布式发电单元与相邻节点之间交换的频率控制信号之间的差值以及频率控制的中间变量的差值，建立频率控制函数调节频率控制信号；且根据分布式发电单元的电压偏差、分布式发电单元与相邻节点之间交换的无功功率与无功功率下垂系数乘积之间的差值以及电压控制的中间变量之间的差值，建立电压控制函数调节电压控制信号；采用电压控制信号补偿分布式发电单元端口母线电压，且采用频率控制信号补偿分布式发电单元的频率参考值；本发明专利技术避免了电压观测器计算误差对控制效果的影响。

A collaborative control method and system for distributed generation unit

【技术实现步骤摘要】
一种分布式发电单元协同控制方法及系统
本专利技术属于电气工程
，更具体地，涉及一种分布式发电单元协同控制方法及系统。
技术介绍
近年来，随着新能源发电在电网中渗透率的持续增加，微电网作为集成多种分布式电源(distributedgeneration,DG)和负荷的控制单元受到了越来越多的关注。对多个并联运行的DG单元采用下垂控制，能够实现微电网的频率和电压稳定，同时实现DGs的有功功率和无功功率按设定的下垂系数成反比分配，但是当系统中存在线路阻抗时，无功功率分配的精度会受到影响，同时，下垂控制会不可避免地引入频率偏差和电压偏差，使微电网无法运行在额定点。因此，为实现微电网更好的运行条件，需要在下垂控制的基础上加入二次控制以恢复系统的频率和电压，进而实现精确的功率分配。二次控制的实现有分布式和集中式两种方式。集中式控制依赖于集中控制器统一采集和处理信息，每个DG单元都需要与集中控制器进行通讯，任意一处故障都会导致控制器失效或可靠性差。分布式控制依赖于一致性算法，仅需要相邻节点之间的信息交换，即可实现全局变量的控制，具有即插即用的能力，更适用于微电网的控制。对于存在线路阻抗的微电网而言，无功功率控制和母线电压恢复控制之间存在矛盾，如果控制各DG无功功率按各自容量成比例分配，则无法实现各DG节点的母线电压都恢复至额定值，一种折中的方案是控制各DG节点母线电压的平均值达到额定值。目前实现平均母线电压控制的分布式控制方法主要依赖于电压观测器，电压观测器可以基于相邻节点之间电压观测值的信息交换，使各节点的电压观测值趋于一致并达到微电网的实际平均电压。但是电压观测器的输出受输入扰动的影响较大，在电压观测器具有初值的情况下，电压观测器无法准确收敛到微电网系统实际的电压平均值。另外，传统分布式的二次控制，通常需要针对电压恢复控制、无功功率控制、频率恢复控制和有功功率控制分别设置四个控制器，控制器结构复杂，各控制器之间的动态协调比较困难。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种分布式发电单元协同控制方法及系统，旨在解决现有对分布式电源的二次控制主要依赖电压观测器，但电压观测器受输入扰动的影响导致无法准确观测分布式电源的平均电压的问题。为实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种分布式发电单元协同控制方法，包括：(1)根据分布式发电单元的频率偏差、分布式发电单元与相邻节点之间交换的频率控制信号之间的差值以及频率控制的中间变量的差值，建立频率控制函数调节频率控制信号；且根据分布式发电单元的电压偏差、分布式发电单元与相邻节点之间交换的无功功率与无功功率的下垂系数乘积之间的差值以及电压控制的中间变量之间的差值，建立电压控制函数调节电压控制信号；(2)采用电压控制信号补偿分布式发电单元端口母线电压，且采用频率控制信号补偿分布发电单元的频率参考值；(3)根据分布式发电单元端口母线电压以及频率参考值，获取控制逆变器开关管的脉冲宽度调制信号(PWM：pulsewidthmodulation)。优选地，频率控制函数为：其中，uωi为第i个分布式发电单元对应的频率控制信号；ζωi为频率控制的中间变量；Rpi为第i个分布式发电单元对应的有功功率的下垂系数；Pi为第i个分布式发电单元对应的有功功率；Ni为与第i个分布式发电单元有通讯的节点集合；ap，bp和gp为权重系数；为第i个分布式发电单元对应的频率控制信号的一阶导数；为频率控制的中间变量的一阶导数；(uωi-RpiPi)为频率偏差。优选地，电压控制函数为：其中，uvi为第i个分布式发电单元对应的电压控制信号；ζvi为第i个分布式发电单元对应的电压控制的中间变量；Rqi为第i个分布式发电单元的无功功率的下垂系数；Qi为第i个分布式发电单元对应的无功功率；Ni为与第i个分布式发电单元有通讯的节点集合；aq，bq和gq为权重系数；为第i个分布式发电单元对应的电压控制信号的一阶导数；为第i个分布式发电单元对应的电压控制的中间变量的一阶导数；(uvi-RqiQi)为电压偏差。优选地，电压控制函数的控制目标为各分布式发电单元的端口母线电压平均值恢复至额定值，且各分布式发电单元输出的无功功率按无功功率的下垂系数成反比分配，具体数学表达式为：Rq1Q1＝Rq2Q2＝…＝RqNQN其中，为第i个分布式发电单元的端口母线电压的测量值；vodi为dq坐标轴下第i个分布发电单元的d轴端口母线电压的测量值；voqi为dq坐标轴下第i个分布发电单元的q轴端口母线电压的测量值；vn为微电网额定电压；N为分布发电单元的总个数；RqN为第N个分布式发电单元的无功功率的下垂系数；QN为第N个分布式发电单元对应的无功功率；优选地，频率控制函数的控制目标为各分布式发电单元的频率为微电网的额定频率，且各分布式发电单元输出的有功功率按有功功率的下垂系数成反比分配，具体数学表达式为：ωi＝ωnRp1P1＝Rp2P2＝…＝RpNPN其中，ωi为第i个分布发电单元的频率；ωn为微电网的额定频率；RpN为第N个分布式发电单元的无功功率的下垂系数；PN为第N个分布式发电单元对应的无功功率；优选地，分布式发电单元端口母线电压与电压控制信号之间的关系为：其中，为dq坐标轴下第i个分布式发电单元的d轴端口母线电压参考值；为dq坐标轴下第i个分布式发电单元的q轴端口母线电压参考值；vn为微电网额定电压；Rqi为第i个分布式发电单元的无功功率的下垂系数；Qi为第i个分布式发电单元对应的无功功率；uvi为第i个分布式发电单元对应的电压控制信号；优选地，分布式发电单元的频率参考值与频率控制信号之间的关系为：其中，ωn为微电网的额定频率；Rpi为第i个分布式发电单元的无功功率的下垂系数；Pi为第i个分布式发电单元对应的无功功率；uωi为第i个分布式发电单元对应的频率控制信号；为第i个分布式发电单元的频率参考值；优选地，上述步骤(3)具体包括：(3.1)将分布式发电单元的端口母线电压的测量值从abc坐标系分解到dq坐标系下，获取分布式发电单元的d轴和q轴端口母线电压的测量值；(3.2)将分布式发电单元的d轴和q轴端口母线电压的测量值分别与分布式发电单元的d轴和q轴端口母线电压的参考值做差，获取第一差值；(3.3)将第一差值输入电压外环PI控制器，获取分布式发电单元的d轴和q轴电感电流的参考值；(3.4)将分布式发电单元的电感电流的测量值从abc坐标系分解到dq坐标系下，获取分布式发电单元的d轴和q轴电感电流的测量值；(3.5)将分布式发电单元的d轴和q轴电感电流的测量值分别与分布式发电单元的d轴和q轴电感电流的参考值做差，获取第二差值；(3.6)将第二差值输入电流内环PI控制器，获取控制逆变器开关管的脉冲宽度调制信号。另一方面，本专利技术提供了一种分布式发电单元协同控制系统，包括：频率控制器、电压控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式发电单元协同控制方法，其特征在于，包括：/n(1)根据分布式发电单元的频率偏差、分布式发电单元与相邻节点之间交换的频率控制信号之间的差值以及频率控制的中间变量的差值，建立频率控制函数调节频率控制信号；/n且根据分布式发电单元的电压偏差、分布式发电单元与相邻节点之间交换的无功功率与无功功率的下垂系数乘积之间的差值以及电压控制的中间变量之间的差值，建立电压控制函数调节电压控制信号；/n(2)采用所述电压控制信号补偿分布式发电单元端口母线电压，且采用所述频率控制信号补偿分布式发电单元的频率参考值；/n(3)根据所述分布式发电单元端口母线电压以及频率参考值，获取控制逆变器开关管的脉冲宽度调制信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布式发电单元协同控制方法，其特征在于，包括：
(1)根据分布式发电单元的频率偏差、分布式发电单元与相邻节点之间交换的频率控制信号之间的差值以及频率控制的中间变量的差值，建立频率控制函数调节频率控制信号；
且根据分布式发电单元的电压偏差、分布式发电单元与相邻节点之间交换的无功功率与无功功率的下垂系数乘积之间的差值以及电压控制的中间变量之间的差值，建立电压控制函数调节电压控制信号；
(2)采用所述电压控制信号补偿分布式发电单元端口母线电压，且采用所述频率控制信号补偿分布式发电单元的频率参考值；
(3)根据所述分布式发电单元端口母线电压以及频率参考值，获取控制逆变器开关管的脉冲宽度调制信号。


2.根据权利要求1所述的分布式发电单元协同控制方法，其特征在于，所述频率控制函数为：



其中，uωi为第i个分布式发电单元对应的频率控制信号；ζωi为频率控制的中间变量；Rpi为第i个分布式发电单元对应的有功功率的下垂系数；Pi为第i个分布式发电单元对应的有功功率；Ni为与第i个分布式发电单元有通讯的节点集合；ap，bp和gp为权重系数；为第i个分布式发电单元对应的频率控制信号的一阶导数；为频率控制的中间变量的一阶导数；(uωi-RpiPi)为频率偏差。


3.根据权利要求1所述的分布式发电单元协同控制方法，其特征在于，所述电压控制函数为：



其中，uvi为第i个分布式发电单元对应的电压控制信号；ζvi为第i个分布式发电单元对应的电压控制的中间变量；Rqi为第i个分布式发电单元的无功功率的下垂系数；Qi为第i个分布式发电单元对应的无功功率；Ni为与第i个分布式发电单元有通讯的节点集合；aq，bq和gq为权重系数；为第i个分布式发电单元对应的电压控制信号的一阶导数；为第i个分布式发电单元对应的电压控制的中间变量的一阶导数；(uvi-RqiQi)为电压偏差。


4.根据权利要求1至3任一所述的分布式发电单元协同控制方法，其特征在于，所述电压控制函数的控制目标为：各分布式发电单元的端口母线电压平均值恢复至额定值，且各分布式发电单元输出的无功功率按无功功率的下垂系数成反比分配。


5.根据权利要求1至3任一所述的分布式发电单元协同控制方法，其特征在于，所述频率控制函数的控制目标为：各分布式发电单元的频率为微电网的额定频率，且各分布式发电单元输出的有功功率按有功功率的下垂系数成反比分配。


6.根据权利要求1所述的分布式发电单元协同控制方法，其特征在于，所述分布式发电单元端口母线电压与电压控制信号之间的关系为：



其中，为dq坐标轴下第i个分布式发电单元的d轴端口母线电压参考值；为dq坐标轴下第i个分布式发电单元的q轴端口母线电压参考值；vn为微电网额定电压；Rqi为第i个分布式发电单元的无功功率的下垂系数；Qi为第i个分布式发电单元对应的无功功率；uvi为第i个分布式发电单元对应的电压控制信号。


7.根据权利要求1所述的分布式发电单元协同控制方法，其特征在于，所述分布式发电单元的频率参考值与所述频率控制信号之间的关系为：



其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈霞，石梦璇，周建宇，闫林芳，文劲宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42