[发明专利]一种微网无功-电压控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统中微网技术领域，尤其涉及一种微网无功-电压控制装置及其控制方法。

背景技术

微网是一种新型智能型的分布式电源接入方式，它是由多个负载、微源以及储能单元共同组成的新型分布式电源系统，其典型拓扑结构和控制策略如图1所示，作为一种智能电源系统，微网具有并网和离网运行两种模式，对外表现为单一受控源，克服了传统DG的随机波动，可以解决高渗透率DG并网问题，减弱分布式发电对大电网的冲击和不利影响，充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益，

在孤岛微网状态下，由于没有电网支持，多台VSI常常使用下垂控制共同支撑孤岛微网的电压和频率，同时分配系统中的有功功率和无功功率，下垂控制策略如图2所示。然而传统下垂控制策略对阻抗特性的匹配性要求严格，微网中储能单元的地理位置分散，功率等级不等，因此线路阻抗的不一致性会使得无功功率无法按照功率等级均分，如图3所示；虚拟电抗下垂控制可以减少下垂控制对阻抗特性的依赖性，但并不能完全消除阻抗对无功均分的影响，并且使得输出电压的跌落，恶化微网的电能质量。

发明内容

针对上述技术背景所提到的微网电压-无功控制策略不足，本发明提供一种具有阻抗自校正功能的微网无功-电压控制装置及其控制方法，特别适合于孤岛微网的无功功率均分和电压支持。本发明使用无功功率-端口电压(Q-U)下垂控制取代了传统的虚拟电抗下垂控制中的无功-内电势电压控制(Q-E droop)，先由改进斜率的Q-E下垂控制器确定开环内电势指令值，并用阻抗校正器闭环控制Q-U下垂特性，获得内电势的闭环修正值，保证Q-U droop特性的一致性，在平衡输出阻抗的同时避免了端口电压的跌落。

本发明是这样实现的，一种微网无功-电压控制方法，其用于采样逆变器（VSI）硬件电路的输出电压测量值U_o和输出电流测量值I_o，并经处理后获得该VSI硬件电路中IGBT的驱动电压信号U_PWM，而实现对该VSI硬件电路的输出电压的闭环控制，该微网无功-电压控制装置包括：

PQ计算器，其用于根据该输出电压测量值U_o和该输出电流测量值I_o计算获得该VSI硬件电路的有功功率测量值P和无功功率测量值Q；

功率控制器，其包括：

有功功率P-ω控制器，其用于根据该有功功率测量值P获得频率ω；以及

无功功率Q-E控制器，其用于根据该无功功率测量值Q和该输出电压测量值U_o获得幅值E；

乘法器，其用于根据该频率ω和该幅值E获得内电势E^*，该电势E^*满足表达式：E^*=E sinωt；

虚拟阻抗控制器，其用于根据该输出电流测量值I_o以及该电势E^*，获得输出电压给定值U^*，该输出电压给定值U^*满足表达式：U^*= E^*—I_o ω L_v，其中，L_v为设定的虚拟电感值；以及

电压控制器，其用于根据该输出电压给定值U^*获得VSI硬件电路中IGBT的驱动电压信号U_PWM，以作用于该VSI硬件电路实现输出电压的闭环控制；

其中，该无功功率Q-E控制器包括：

Q-E下垂控制器，其用于获取内电势指令值E^*的开环补偿值ΔE₁，ΔE₁满足表达式：ΔE₁=n_E（Q^*—Q），其中n_E为该VSI硬件电路的Q-E下垂系数，Q^*为无功功率的指令值；

阻抗校正器，其用于获取内电势指令值E^*的闭环补偿值ΔE₂，ΔE₂满足表达式：，n_u为所设定的Q-U下垂系数，G(S)为无功-电压闭环控制器的传递函数，为了保证端口电压-无功的下垂特性，G(S)含有积分环节；以及

加法器，其用于获取该幅值E完成阻抗自校正功能，该幅值E满足表达式：E= E^*+ΔE₁+ΔE₂。