[发明专利]基于虚拟阻抗与虚拟电源的低压微电网逆变器控制体系

说明书

本发明公开了一种基于虚拟阻抗与虚拟电源的低压微电网逆变器控制体系，控制体系分为下垂控制器、虚拟控制器、电压/电流双环控制器；通过改进下垂参数，建立能模拟虚拟电源作用的下垂控制器，对下垂控制器电压采用分数阶PID进行追踪控制；通过分析虚拟负电感与微源无功均分的关系，确定精准的无功均分所需的虚拟负电感的数值，在虚拟控制器实现虚拟阻抗，将虚拟控制器压降反馈至下垂控制器，参与虚拟电源电压的分数阶PID跟踪控制；在电压/电流双环控制器采用分数阶PID对逆变器电压进行跟踪控制，根据滤波器的传递函数确定控制器中的滤波参数，采用差分遗传算法对分数阶PID控制器参数进行优化。本发明能确保低压微电网功率解耦、改善无功功率均分效果。

技术领域

本发明涉及智能电网控制领域，具体涉及一种基于虚拟阻抗与虚拟电源的低压微电网改进下垂控制方法的设计及其完整的控制系统。

背景技术

随着新能源和可再生能源发电的不断渗透，为有效解决分布式发电大规模并网状态下所引发的诸多问题，充分发挥其潜能，在分布式发电技术领域产生了微电网。微电网以微源的形式整合如光伏发电、风力发电等各种类型可再生能源，提高了资源的使用效率，并通过热电联产来更好地协调各式微源。下垂控制法作为广泛适用于微网中逆变器的控制方法之一，可实现微源的即插即用功能及点对点控制，在协调微源工作时对微源间的通信并无太大依赖，所以在微源的功率平衡及电压稳定等方面，下垂控制表现得更加高效和可靠。

在低压微网中，以阻性为主的线路阻抗会造成下垂控制中的功率耦合问题，目前针对上述问题通常采用以下几种控制方法：(1)虚拟坐标转换方法；(2)虚拟阻抗法。前者通过对功率进行虚拟坐标转换可一定程度上解耦功率，但是微网稳定性降低。后者通过控制逆变器的输出阻抗来使线路阻抗呈感性，进而达到功率解耦的目的，一般可分为两类，一是取数值相对于线路阻抗较大的虚拟电感，使其线路整体阻抗大致呈感性，但增加了系统的谐波电感，同时阻性线路阻抗的依旧存在会使功率解耦的程度不彻底，二是取数值等于线路阻抗的虚拟负电阻，用来抵消线路阻抗，功率解耦效果较好，但抵消后的感性线路阻抗可能会加大无功功率均分的偏差。除功率耦合问题外，无功均分问题也影响着微网的稳定运行，因各微源线路阻抗压降的不同导致各微源输出电压不同，所以微源间的无功均分会存在一定程度的偏差，可能会出现某些微源出力异常的现象。正是出于上述原因，所以急需一种既能解耦功率，又能改善无功功率均分的控制方法，来确保低压微网的功率及电压的稳定。

发明内容

本发明目的在于提供一种确保低压微电网的功率解耦、改善无功功率均分效果的基于虚拟阻抗与虚拟电源的低压微电网逆变器控制体系。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述控制体系分为下垂控制器、虚拟控制器、电压/电流双环控制器；通过改进下垂参数，建立能模拟虚拟电源作用的下垂控制器，并对下垂控制器电压采用分数阶PID进行追踪控制；通过分析虚拟负电感与微源无功均分的关系，确定精准的无功均分所需的虚拟负电感的数值，在虚拟控制器实现虚拟阻抗，并将虚拟控制器压降反馈至下垂控制器，参与虚拟电源电压的分数阶PID跟踪控制；在电压/电流双环控制器同样采用分数阶PID对逆变器电压进行跟踪控制，根据滤波器的传递函数确定控制器中的滤波参数，并采用差分遗传算法对分数阶PID控制器参数进行优化。

本发明所述控制体系的具体构建步骤如下：

步骤1，确定虚拟电源的下垂特性方程；

步骤2，设计虚拟电源下垂控制参数；

步骤3，设计虚拟电源实现的下垂控制器；

步骤4，提出精准的无功功率均分所需的条件；

步骤5，设计虚拟阻抗实现的虚拟控制器；

步骤6，设计基于分数阶PID的电压/电流双环控制器；

步骤7，设计电压/电流环控制器的参数。