一种孤岛微电网功率精准分配的二次控制方法技术

本发明专利技术公开了一种孤岛微电网功率精准分配的二次控制方法，该方法采用的微电网系统的控制模型包含功率控制外环模块和电压电流控制内环模块，功率控制外环模块还包括改进下垂控制模块；改进下垂控制模块基于传统下垂控制增加了无功功率二次控制，通过设计DG无功功率期望值自适应算法，根据DG无功功率期望值采用PI控制器生成电压控制补偿量V

【技术实现步骤摘要】
一种孤岛微电网功率精准分配的二次控制方法
本专利技术属于微电网控制
，具体地说是一种孤岛微电网功率精准分配的二次控制方法。
技术介绍
微电网可由分布式电源(DistributedGenerator，DG)、储能系统、负荷等多个发电单元、用电单元灵活，可实现自我协调。微电网中分布式电源发电与大电网互为补充，在减少大电网的容量、提高供电可靠性及用电峰谷调节等方面显示出独特的优势，但是滥用以及不规范无管理性地使用分布式发电逐渐也使得其弊端日渐明显，因而，微电网作为电网与分布式电源的中间层，能够保证在分布式能源接入率最大化的同时，减小分布式电源直接接入电网运行的风险，充分发挥电网灵活高效运行的技术优势，通过有效的控制策略将分布式电源的电压和频率稳定在各自的额定值附近才能保障电力系统安全可靠的运行。微电网具有并网和孤岛两种工作模式。在孤岛模式下，各分布式电源并联运行，由于此时没有大电网支撑，分布式电源的电压和频率容易波动，所以该模式下的控制策略的选择对微电网安全运行至关重要，下垂控制策略是一种经典的微电网控制策略，通过模拟同步机下垂特性来调节有功和无功功率，为微电网系统在孤岛运行状态时提供电压和频率支撑。但是传统下垂控制中由于各DG馈线阻抗差异较大，实现输出无功功率受馈线阻抗差异影响，无法按照DG容量比例实现无功功率的精确分配。为解决微电网中无功功率分配不均的问题，研究人员提出了多种改善无功功率分配精度的方法。常用的方法有将虚拟阻抗加入传统下垂控制环节，但加入的虚拟阻抗的增加将导致输出电压明显跌落，大大降低了微电网系统电压质量。另有研究将无功偏差作用于有功/频率下垂控制，产生有功扰动；再通过低宽带通讯发出同步信号，将该扰动作用到下垂控制中无功/电压下垂环节，以此消除无功偏差。但该方法会产生频率的波动，影响微电网的电能质量和稳定性，且通信存在延时情况，方法实际应用难度较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对传统下垂控制中无功功率输出与线路阻抗有关以致难以实现无功功率合理分配的问题，提供一种孤岛微电网功率精准分配的二次控制方法，该方法能够实现在负荷波动情况下自适应调整各分布式电源的功率分配情况，使得输出无功功率与线路阻抗无关，实现无功功率按分布式电源容量比合理分配输出，仿真结果验证了该改进策略的有效性。本专利技术的目的是通过以下技术方案解决的：一种孤岛微电网功率精准分配的二次控制方法，其特征在于：该方法基于包括多个分布式电源的微电网系统，各分布式电源通过对应相连的电压型三相有源逆变器和LC滤波器接入微电网系统的公共节点，微电网系统处于孤岛运行状态；该微电网系统的控制模型包含皆带有坐标变换模块的功率控制外环模块和电压电流控制内环模块，其中功率控制外环模块还包括功率计算模块、改进下垂控制模块，电压电流控制内环模块还包括电压电流双环控制器、PWM脉冲调制器，该控制模型用于控制各分布式电源输入微网的有功无功功率，实现各分布式电源输出功率的精准分配；其中改进下垂控制模块的具体控制步骤为：A、改进下垂控制模块获取功率计算模块输出的第i个分布式电源输出的有功功率实际值Pi和无功功率实际值Qi；B、根据第i个分布式电源的额定无功功率QNi和第i个分布式电源的输出的无功功率实际值Qi获得第i个分布式电源稳态时输出的无功功率期望值Q期i：式(3)中，QNi为第i个分布式电源的额定无功功率；Qi为第i个分布式电源输出的无功功率实际值；Q期i为第i个分布式电源稳态时输出的无功功率期望值；C、将第i个分布式电源的输出的无功功率实际值Qi和第i个分布式电源稳态时输出的无功功率期望值Q期i输入改进下垂控制模块中的PI控制器，获得第i个分布式电源的电压控制补偿量Vi'：Vi'＝(kP+kI/s)(Q期i-Qi)(4)式(4)中，Vi'为第i个分布式电源的电压控制补偿量；kP为PI控制器的比例放大系数；kI为PI控制器的积分比例系数；1/s为PI控制器的积分算子；D、将第i个分布式电源的电压控制补偿量Vi'与第i个分布式电源在传统下垂控制时的微电网系统电压参考值Vi相叠加获得第i个分布式电源的微电网系统电压补偿参考值Vi*：Vi*＝Vi+Vi'＝VN-ni(Qi-QNi)+(kP+kI/s)(Q期i-Qi)(5)式(5)中，Vi*为第i个分布式电源的微电网系统电压补偿参考值；VN为微电网系统的额定电压；ni为第i个分布式电源的无功下垂系数，根据其自身容量设置；E、改进下垂控制模块将第i个分布式电源在传统下垂控制时的微电网系统频率参考值fi和获得的第i个分布式电源的微电网系统电压补偿参考值Vi*合成为三相电压参考值uref后输送给电压电流控制内环模块。所述功率控制外环模块采集第i个分布式电源对应的LC滤波器后的输出电压uoabc和输出电流ioabc，经坐标变换模块进行Clack和Park坐标变换，获得变换后的旋转坐标系下的直轴电压分量uod、交轴电压分量uoq、直轴电流分量iod以及交轴电流分量ioq，输入功率计算模块中得到第i个分布式电源对应的LC滤波器后输出的有功功率实际值Pi和无功功率实际值Qi，功率计算模块中的功率计算公式为：式(1)中，Pi为第i个分布式电源输出的有功功率实际值；Qi为第i个分布式电源输出的无功功率实际值。所述步骤D中的第i个分布式电源在传统下垂控制时的微电网系统电压参考值Vi和所述步骤E中的第i个分布式电源在传统下垂控制时的微电网系统频率参考值fi基于传统下垂控制方法的控制方程获得，该控制方程如下：式(2)中，fN为微电网系统额定频率；fi为第i个分布式电源在传统下垂控制时的微电网系统频率参考值；VN为微电网系统额定电压；Vi为第i个分布式电源在传统下垂控制时的微电网系统电压参考值；mi为第i个分布式电源的有功下垂系数；ni为第i个分布式电源的无功下垂系数；PNi为第i个分布式电源的额定有功功率；QNi为第i个分布式电源的额定无功功率；Pi为第i个分布式电源输出的有功功率实际值；Qi为第i个分布式电源输出的无功功率实际值。所述电压电流控制内环模块中的电压电流双环控制器接收改进下垂控制模块输送的三相电压参考值uref；同时电压电流控制内环模块采集第i个分布式电源对应的LC滤波器后的输出电压uoabc和电容电流icabc，经坐标变换模块进行Clack和Park坐标变换后亦输入电压电流双环控制器；电压电流双环控制器处理后得到指令信号；指令信号再经坐标变换模块进行Clack和Park坐标反变换后送入PWM脉冲调制器；PWM脉冲调制器产生开关信号控制电压型三相有源逆变器中功率器件的通断来实现上述指令信号。第i个分布式电源对应的LC滤波器后的输出电压uoabc经Clack和Park坐标变换的具体过程为：其中，Clack坐标变换的公式为：式(6)中，uα和uβ为经过Clack坐标变换所得静止坐标系下的电压值；ua、ub、uc为功率控制外环模块采集的第i个分布式电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种孤岛微电网功率精准分配的二次控制方法，其特征在于：该方法基于包括多个分布式电源的微电网系统，各分布式电源通过对应相连的电压型三相有源逆变器和LC滤波器接入微电网系统的公共节点，微电网系统处于孤岛运行状态；该微电网系统的控制模型包含皆带有坐标变换模块的功率控制外环模块和电压电流控制内环模块，其中功率控制外环模块还包括功率计算模块、改进下垂控制模块，电压电流控制内环模块还包括电压电流双环控制器、PWM脉冲调制器，该控制模型用于控制各分布式电源输入微网的有功无功功率，实现各分布式电源输出功率的精准分配；其中改进下垂控制模块的具体控制步骤为：/nA、改进下垂控制模块获取功率计算模块输出的第i个分布式电源输出的有功功率实际值P

【技术特征摘要】
1.一种孤岛微电网功率精准分配的二次控制方法，其特征在于：该方法基于包括多个分布式电源的微电网系统，各分布式电源通过对应相连的电压型三相有源逆变器和LC滤波器接入微电网系统的公共节点，微电网系统处于孤岛运行状态；该微电网系统的控制模型包含皆带有坐标变换模块的功率控制外环模块和电压电流控制内环模块，其中功率控制外环模块还包括功率计算模块、改进下垂控制模块，电压电流控制内环模块还包括电压电流双环控制器、PWM脉冲调制器，该控制模型用于控制各分布式电源输入微网的有功无功功率，实现各分布式电源输出功率的精准分配；其中改进下垂控制模块的具体控制步骤为：
A、改进下垂控制模块获取功率计算模块输出的第i个分布式电源输出的有功功率实际值Pi和无功功率实际值Qi；
B、根据第i个分布式电源的额定无功功率QNi和第i个分布式电源的输出的无功功率实际值Qi获得第i个分布式电源稳态时输出的无功功率期望值Q期i：



式(3)中，QNi为第i个分布式电源的额定无功功率；Qi为第i个分布式电源输出的无功功率实际值；Q期i为第i个分布式电源稳态时输出的无功功率期望值；
C、将第i个分布式电源的输出的无功功率实际值Qi和第i个分布式电源稳态时输出的无功功率期望值Q期i输入改进下垂控制模块中的PI控制器，获得第i个分布式电源的电压控制补偿量Vi'：
Vi'＝(kP+kI/s)(Q期i-Qi)(4)
式(4)中，Vi'为第i个分布式电源的电压控制补偿量；kP为PI控制器的比例放大系数；kI为PI控制器的积分比例系数；1/s为PI控制器的积分算子；
D、将第i个分布式电源的电压控制补偿量Vi'与第i个分布式电源在传统下垂控制时的微电网系统电压参考值Vi相叠加获得第i个分布式电源的微电网系统电压补偿参考值Vi*：
Vi*＝Vi+Vi'＝VN-ni(Qi-QNi)+(kP+kI/s)(Q期i-Qi)(5)
式(5)中，Vi*为第i个分布式电源的微电网系统电压补偿参考值；VN为微电网系统的额定电压；ni为第i个分布式电源的无功下垂系数，根据其自身容量设置；
E、改进下垂控制模块将第i个分布式电源在传统下垂控制时的微电网系统频率参考值fi和获得的第i个分布式电源的微电网系统电压补偿参考值Vi*合成为三相电压参考值uref后输送给电压电流控制内环模块。


2.根据权利要求1所述的孤岛微电网功率精准分配的二次控制方法，其特征在于：所述功率控制外环模块采集第i个分布式电源对应的LC滤波器后的输出电压uoabc和输出电流ioabc，经坐标变换模块进行Clack和Park坐标变换，获得变换后的旋转坐标系下的直轴电压分量uod、交轴电压分量uoq、直轴电流分量iod以及交轴电流分量ioq，输入功率计算模块中得到第i个分布式电源对应的LC滤波器后输出的有功功率实际值Pi和无功功率实际值Qi，功率计算模块中的功率计算公式为：



式(1)中，Pi为第i个分布式电源输出的有功功率实际值；Qi为第i个分布式电源输出的无功功率实际值。


3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小莲，刘海涛，韦伟，胡佳玮，汪麒，李恒聪，张旭，卢何逸，吉宇，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32