[发明专利]基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电网控制领域，尤其涉及一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法。

背景技术

随着能源危机的出现和节能减排的发展要求，大量使用可再生能源的微电网发展迅速。微电网中的分布式电源通过电力电子器件与电网相连，当大电网故障，微电网与大电网解裂进入孤岛运行状态时，需由其内部的分布式电源为微电网系统提供电压、频率支撑，广泛采用模拟同步发电机特性的下垂控制实现此目标，如P-f、Q-V下垂控制，P-V、Q-f下垂控制等。但是对于确定的下垂曲线，当负荷变化时，运行点相应变化，无法实现电压和频率的无差调节。

已有的方法是当负荷变化导致电压频率变化时，主动调整下垂曲线的斜率，即改变P-f下垂曲线中额定频率50Hz对应的额定功率P_N的值、Q-V下垂曲线中的空载电压值，使系统电压、频率恢复至额定运行点，实现无差调节。但此方法未考虑下垂斜率受系统稳定运行的约束条件限制，自动调整后的稳态运行点，可能导致系统运行的不稳定。

发明专利（申请号201210107053.4）公开了一种基于旋转坐标虚拟阻抗的孤岛电网控制及优化方法，针对实际微电网中的复杂阻抗特性，采用坐标旋转正交变换设计坐标旋转虚拟阻抗，改善微电网的阻抗特性，但是，该专利主要针对微电网稳态运行的计算分析与优化运行，没有考虑微电网系统新能源、负荷的短时间内实时波动的暂态调节过程，无法实现孤岛运行的微电网系统电压、频率无差调节。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法，该控制方法在主动调整P-f、Q-V下垂曲线斜率的基础上，引入小信号稳定分析，验证主动调整后的斜率的可行性，在保证系统稳定性的前提下，实现电压、频率的无差调节。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法，包括以下步骤：

（1）分布式电源提供电压频率支撑：孤岛运行下的微电网，由采用下垂控制的分布式电源提供电压频率支撑，所述逆变器采用P-f、Q-V下垂控制，即有功功率调节逆变器输出电压的频率，无功功率调节逆变器输出电压的幅值，逆变器输出特性满足有功功率-频率下垂特性曲线和无功功率-电压下垂特性曲线；

（2）调整下垂曲线：当负荷变化引起电压频率偏离额定值时，调节器自动调整下垂曲线的斜率；

（3）分析检验：利用小信号稳定分析得到下垂曲线的斜率的上下限，比较器检验计算调整后的斜率是否在允许范围内；

（4）执行操作：如果调整后的斜率在上下限之间，满足允许范围，调节器将逆变器的稳定运行点恢复至额定电压，如果调整后的斜率超过上下限值其中一个，则按照最靠近调整后的斜率的限值进行整定下垂曲线。

所述步骤（1）中，有功功率-频率下垂特性曲线即P-f下垂曲线，方程为f＝f₀-K_pP，其中P为逆变器输出的有功功率，f为逆变器实际输出电压频率，f₀为空载时系统的频率，K_p为P-f曲线的下垂斜率；此外，f_n为系统的额定频率50Hz，对应P-f下垂曲线中的参考有功功率P_n。

所述步骤（1）中，无功功率-电压下垂特性曲线即Q-V下垂曲线，方程为V＝V₀-K_qQ，其中Q为逆变器输出的无功功率，V为逆变器实际输出电压的幅值，V₀为空载时系统的电压，K_q为Q-V曲线的下垂斜率。

所述步骤（2）中，P-f曲线的斜率K_p由曲线方程推导得出：K_p＝(f₀-f)/P，工作中，将K_p改为根据系统运行参数实时生成的系数K_pi：