[发明专利]基于功率解耦的微电网改进下垂控制策略

说明书

本发明涉及微电网控制领域，具体为一种基于功率解耦的微电网改进下垂控制策略。在实际R/X值较高微电网的线路中，采用传统下垂控制策略的逆变器输出有功和无功之间存在耦合导致无法实现合理分配。获取微电网逆变器输出端与微电网并网点之间的线路阻抗并根据线路阻抗生成转换的新的有功功率P`和无功功率Q`以及新的给定有功功率P₀`和无功功率Q<sub>0</sub>`作为传统下垂控制策略的输入参数，然后将产生的电压U_m和频率f参数输入指令生成模块对逆变器进行调整。应用本发明公开的方法可以防止现有技术中基于虚拟阻抗改进的下垂控制策略导致的电压跌落问题，保证了良好的电能质量。

技术领域

本发明涉及微电网控制领域，具体为基于功率解耦的微电网改进下垂控制策略。

背景技术

微电网是一种将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一 起的小型发配电系统，一方面可以看做一个独立系统满足负荷侧对电能质量的需求，另一方 面可看成负荷实现与大电网的联网运行。实现对微网的有效控制及实现并离网的无缝切换是 确保微网发展的关键问题。

微网逆变器现有的常用控制方法有PQ控制、V/f控制和下垂控制。下垂控制策略是模拟 同步发电机的自同步和电压下垂特性实现对逆变器的控制。

传统下垂控制策略分别通过P-f和Q-U控制来获得系统稳定的频率和电压。本文为了简化 分析，构造如图4所示的单台逆变器的等效电路简化图，并根据(a)单台逆变器的简化电路 进行系统输出功率的分析。

在(a)单台逆变器连接电路中，微电网逆变器输出电压为U_i∠δ_i，负载电流为I_i∠Φ_i，交 流侧母线电压为U_pcc∠δ_pcc，线路阻抗Z_i∠θ_i＝R_i+jX_i。δ为逆变器与PCC点输出电压的相位差： δ＝δ_i-δ_pcc。(b)是由(a)逆变器简化电路中各物理量之间的关系构成的相量图。

为了得到微网逆变器采用下垂控制时各物理量之间的对应关系，现对系统逆变器的输出 功率进行计算分析。由图4逆变器简化电路可得逆变器输出的视在功率表达式为：

据式(1)可以进一步得出逆变器输出的有功功率和无功功率的表达式，分别表示为：

式中cosθ_i＝R_i/Z_i,sinθ_i＝X_i/Z_i，传统下垂控制策略一般应用于在线路阻抗呈感性(XR) 的高压网络，系统逆变器输出的相电压相角δ很小，有sinδ≈δ，cosδ≈1，因此逆变器输出的有 功功率和无功功率可近似表示成：

传统P-f、Q-U下垂控制基于式(3)，根据逆变器实时有功、无功输出，动态调节逆变器 频率及电压。

下垂控制对通信平台的依赖性低，在DG数量多的情况下对减少各逆变器间的互联线和解 决因互联线存在而产生的控制干扰问题具有不可代替的优势。传统的下垂控制策略借鉴大电 网一次调频的有差调节过程，在线路呈感性的情况下能够实现系统功率的合理分配。采用下 垂控制的逆变器能够在不改变系统现有控制策略的情况下，将分布式电源接入大电网，实现 “即插即用”，故下垂控制方法在微网逆变器控制策略中备受青睐。传统的下垂控制策略直 接应用于微网系统时因线路R/X取值较高，系统输出的有功和无功之间存在强耦合，导致对 系统负荷频率控制不准确，此外微网分布范围广线路参数不易统计，所以实现微网线路参数 在线辨识及改进微网控制策略使逆变器输出功率实现解耦是下垂控制有效应用于低压微网的 关键技术。