本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)的控制方法，尤其是涉及一種針對分布式電源的全分散式孤島無功控制方法。
背景技術：
：分布式發(fā)電是指直接布置在配電網(wǎng)或分布在負荷附近的發(fā)電設施，能夠經(jīng)濟、高效、可靠地發(fā)電。分布式電源位置靈活、分散，能與大電網(wǎng)互為備用，在一定程度上分擔了輸電網(wǎng)從電廠向用戶遠距離和大功率輸電的功能。盡管分布式電源優(yōu)點突出，但分布式電源相對于大電網(wǎng)來說是一個不可控電源，大電網(wǎng)也往往限制或隔離分布式電源。為了協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源的矛盾，又提出了微電網(wǎng)的概念。微電網(wǎng)是一個由負荷與微電源共同組成的系統(tǒng)，它可同時提供電能和熱量；微電源由電力電子器件負責能量轉(zhuǎn)換，并提供必需的控制；對大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，對用戶則表現(xiàn)為可定制的電源。目前，微電網(wǎng)可以工作在并網(wǎng)狀態(tài)和孤網(wǎng)狀態(tài)。在孤網(wǎng)狀態(tài)下，分布式電源一般采用下垂控制的方法來合理地分攤負荷。而在下垂控制中，有功負荷可以較簡單地通過頻率下垂的方式分配給各個分布式電源，因為在穩(wěn)態(tài)過程中微網(wǎng)系統(tǒng)的頻率變化是連續(xù)的。但是，由于各個分布式電源機端阻抗不一定相同，各個分布式電源的輸出電壓也是不一定相等的。從而，無功功率和電壓的下垂控制難以取得良好的效果。在無功負荷劇烈波動的情況下，PCC點的電壓也難以迅速趨于穩(wěn)定。為解決目前無功功率和電壓的下垂控制的難題，有學者提出引入虛擬阻抗的概念，來削弱機端阻抗的影響，但是這種方法容易影響微網(wǎng)的電壓質(zhì)量；也有學者通過向微網(wǎng)中各個分布式電源注入一種含有無功功率信息的諧波電壓信號來合理地分攤無功負荷，但是這種方法有可能造成分布式電源機端輸出電壓的失真。另外，目前的研究主要集中在采用無功功率-電壓(Q-V)下垂控制的分布式電源上，卻忽略了采用電壓-無功功率(V-Q)下垂控制的分布式電源，并且極少有研究成果能夠解決無功負荷波動時PCC點電壓的恢復問題。技術實現(xiàn)要素：為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種針對分布式電源的全分散式孤島無功控制方法，同時對采用無功功率-電壓(Q-V)下垂控制和采用電壓-無功功率(V-Q)下垂控制的分布式電源進行控制，并且在孤網(wǎng)狀態(tài)下應用于分布式電源的無功功率分攤和即插即用。本發(fā)明的技術方案采用如下步驟：本發(fā)明針對采用Q-V下垂控制的分布式電源或者采用V-Q下垂控制的分布式電源，通過兩種電壓控制方式同時進行控制得到兩個變化量，兩個變化量相加或者進一步處理得到參考值，施加到分布式電源上進行電壓或者功率的控制。若針對采用Q-V下垂控制的分布式電源，各個分布式電源同時通過第一輸出電壓控制方式和第二輸出電壓控制方式分別進行控制，再分別通過第一低通濾波器和第二低通濾波器進行解耦，解耦后得到第一控制輸出電壓變化量Vpri(Qi)和第二控制輸出電壓變化量Vsec(α,VPCC,cal)，采用以下公式將第一控制輸出電壓變化量Vpri(Qi)、第二控制輸出電壓變化量Vsec(α,VPCC,cal)相加得到輸出電壓參考值Vi,ref，進而對分布式電源進行電壓控制；Vi,ref＝Vpri(Qi)+Vsec(α,VPCC,cal)；若針對采用V-Q下垂控制的分布式電源，各個分布式電源首先同時通過第一目標電壓控制方式和第二目標電壓控制方式分別進行控制，再通過第一和第二低通濾波器進行解耦，解耦后得到第一控制目標電壓變化量Vpri,obj(Qi)和第二控制目標電壓變化量Vsec,obj(α,VPCC,obj)，采用以下公式將第一控制目標電壓變化量Vpri,obj(Qi)和第二控制目標電壓變化量Vsec,obj(α,VPCC,obj)相加得到目標電壓控制量Vi,obj，并通過潮流計算得到PCC點(公共連接點)目標電壓幅值VPCC,obj；Vi,obj＝Vpri,obj(Qi)+Vsec,obj(α,VPCC,obj)然后對于各個分布式電源，同時通過根據(jù)目標電壓控制量Vi,obj進行的電壓跟蹤前饋控制和根據(jù)PCC點目標電壓幅值VPCC,obj進行的電壓跟蹤反饋控制分別進行控制，得到電壓跟蹤前饋值和電壓跟蹤反饋值采用以下公式將兩者相加得到無功功率輸出的參考值Qi,ref，進而對分布式電源進行功率的控制：Qi,ref=Qi,refback+Qi,refforward.]]>所述第一輸出電壓控制方式采用以下公式計算得到第一控制輸出電壓變化量Vpri(Qi)：Vpri(Qi)=(V*-nQi)+[(V*-niQi)-(V*-nQi)]11+T1s]]>其中，V*為分布式電源的輸出電壓參考值，Qi為分布式電源的無功功率輸出值，n為標準下垂斜率，ni為第i臺分布式電源的下垂斜率，n＝(Vmax-Vmin)/Si，Si是分布式電源的視在功率容量，Vmax和Vmin分別為分布式電源的輸出電壓上、下限，T1為第一低通濾波器的時間常數(shù)，s為頻域變量。所述的第i臺分布式電源的下垂斜率ni具體采用以下公式計算得到：ni=nk+1VPCC,ref(Xk-Xi),i≠knk=n]]>其中，Xi為第i臺分布式電源的輸出端電抗，Xk為第k臺分布式電源的輸出端電抗且是微網(wǎng)內(nèi)所有分布式電源的輸出端電抗中的最大值，ni為第i臺分布式電源的下垂斜率，nk為第k臺分布式電源的下垂斜率且為標準下垂斜率，即nk＝n，VPCC,ref為PCC點電壓參考值。所述第二輸出電壓控制方式采用以下公式計算得到第二控制輸出電壓變化量Vsec(α,VPCC,cal)：Vsec(α,VPCC,cal)=α(VPCC,ref-VPCC,cal)11+T2s]]>其中，α為增益系數(shù)，VPCC,cal為PCC點實際電壓幅值，VPCC,ref為PCC點電壓參考值，T2為第二低通濾波器的時間常數(shù)，s為頻域變量。所述第一目標電壓控制方式采用以下公式計算得到第一控制目標電壓變化量Vpri,obj(Qi)：Vpri,obj(Qi)=Vpri(Qi)=(V*-nQi)+[(V*-niQi)-(V*-nQi)]11+T1s]]>其中，V*為分布式電源的輸出電壓參考值，Qi為分布式電源的無功功率輸出值，n為標準下垂斜率，ni為第i臺分布式電源的下垂斜率，n＝(Vmax-Vmin)/Si，Si是分布式電源的視在功率容量，Vmax和Vmin分別為分布式電源的輸出電壓上、下限，T1為第一低通濾波器的時間常數(shù)，s為頻域變量。所述第二目標電壓控制方式采用以下公式計算得到第二控制目標電壓變化量Vsec,obj(α,VPCC,obj)：Vsec,obj(α,VPCC,obj)=α(VPCC,ref-VPCC,obj)11+T2s]]>其中，α為增益系數(shù)，VPCC,obj為PCC點目標電壓幅值，VPCC,ref為PCC點電壓參考值，T2為第二低通濾波器的時間常數(shù)，s為頻域變量。所述電壓跟蹤前饋控制采用以下公式計算得到電壓跟蹤前饋值Qi,refforward=Si-1n(Vi,obj-Vmin)]]>其中，n為標準下垂斜率，n＝(Vmax-Vmin)/Si，Si是分布式電源的視在功率容量，Vmax和Vmin分別為分布式電源的輸出電壓上、下限，Vi,obj表示目標電壓控制量。所述電壓跟蹤反饋控制采用以下公式計算得到電壓跟蹤反饋值Qi,refback=KP(VPCC,obj-VPCC,cal)+KI∫(VPCC,obj-VPCC,cal)dt]]>其中，KP為PI比例環(huán)節(jié)系數(shù)，KI為PI積分環(huán)節(jié)系數(shù)，VPCC,obj表示PCC點目標電壓幅值，VPCC,cal為PCC點實際電壓幅值。本發(fā)明具有的有益的效果是：本發(fā)明可以在孤島微電網(wǎng)中應用于分布式電源的無功功率分攤和即插即用且不需要信息交互，極大的降低了系統(tǒng)的復雜性和成本，且能夠在無功負荷波動時解決PCC點的電壓恢復問題。在本發(fā)明中，濾波器在提升微網(wǎng)動態(tài)性能和維持系統(tǒng)穩(wěn)定性方面有著重要作用。本發(fā)明在本地的分布式電源(DistributedGenerator，簡稱為DG)中可以完成無功功率一次控制、二次控制，可以在不借助集中控制器和通信的情況下，將系統(tǒng)無功負荷分攤給各個分布式電源，并使得各個分布式電源合理地調(diào)整機端輸出電壓，進而使得PCC點電壓趨于穩(wěn)定；其中的兩個低通濾波器用以對分布式電源的動態(tài)特性進行解耦，并改善系統(tǒng)的性能。本發(fā)明可在不借助于信息交互的情形下，應用于采用無功功率-電壓(Q-V)下垂控制和采用電壓-無功功率(V-Q)下垂控制的分布式電源，也可以拓展到微電網(wǎng)的其他應用方面。附圖說明圖1為本發(fā)明方法中采用Q-V下垂控制的分布式電源的控制方法示意圖。圖2為本發(fā)明方法中采用V-Q下垂控制的分布式電源的控制方法示意圖。圖3為傳統(tǒng)下垂控制中的分布式電源等效模型圖。圖4為本發(fā)明方法中的改進下垂斜率法的原理示意圖。圖5為本發(fā)明的仿真驗證的微電網(wǎng)模型圖。圖6(a)為本發(fā)明的仿真驗證中微網(wǎng)無功負荷波動時PCC點電壓變化曲線。圖6(b)為本發(fā)明的仿真驗證中微網(wǎng)無功負荷波動時各個分布式電源輸出無功功率的變化曲線。圖7(a)為本發(fā)明的仿真驗證中PCC點電壓參考值變化時的PCC點電壓變化曲線圖7(b)為本發(fā)明的仿真驗證中PCC點電壓參考值變化時的各個分布式電源輸出無功功率的變化曲線圖8(a)為本發(fā)明的仿真驗證中投切分布式電源DG2時的PCC點電壓變化曲線圖8(b)為本發(fā)明的仿真驗證中投切分布式電源DG2時的各個分布式電源輸出無功功率的變化曲線圖中：所有圖中的DG1，DG2，DG3，DG4均為同一組的四個分布式電源。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明方法針對兩種不同下垂控制的分布式電源采用不同的無功控制方式進行。1)如圖1所示，針對采用Q-V下垂控制的分布式電源，各個分布式電源同時通過第一輸出電壓控制方式、第二輸出電壓控制方式進行控制，分別得到第一控制輸出電壓變化量Vpri(Qi)、第二控制輸出電壓變化量Vsec(α,VPCC,cal)，并通過第一和第二低通濾波器進行解耦；采用公式將第一控制輸出電壓變化量Vpri(Qi)、第二控制輸出電壓變化量Vsec(α,VPCC,cal)相加得到輸出電壓參考值Vi,ref，進而對分布式電源進行電壓控制；Vi,ref＝Vpri(Qi)+Vsec(α,VPCC,cal)步驟1)中的第一輸出電壓控制方式采用以下公式計算得到第一控制輸出電壓變化量Vpri(Qi)：Vpri(Qi)=(V*-nQi)+[(V*-niQi)-(V*-nQi)]11+T1s]]>其中，V*為分布式電源的輸出電壓參考值，Vmax和Vmin分別為分布式電源的輸出電壓上、下限，Si是分布式電源的視在功率容量，Qi為分布式電源的無功功率輸出值，n為標準下垂斜率，n＝(Vmax-Vmin)/Si，T1為第一低通濾波器的時間常數(shù)，s為頻域變量。第一控制輸出電壓變化量Vpri中的ni采用以下公式計算得到：ni=nk+1VPCC,ref(Xk-Xi),i≠knk=n]]>其中，Xi為第i臺分布式電源的輸出端電抗，Xk為第k臺分布式電源的輸出端電抗且是微網(wǎng)內(nèi)所有分布式電源的輸出端電抗中的最大值，ni為第i臺分布式電源的下垂斜率，nk為第k臺分布式電源的下垂斜率且為標準下垂斜率(即nk＝n)，VPCC,ref為PCC點的電壓參考值。第二輸出電壓控制方式采用以下公式計算得到第二控制輸出電壓變化量Vsec(α,VPCC,cal)：Vsec(α,VPCC,cal)=α(VPCC,ref-VPCC,cal)11+T2s]]>其中，α為增益系數(shù)，VPCC,cal為PCC點實際電壓幅值，T2為第二低通濾波器的時間常數(shù)，s為頻域變量。2)如圖2所示，針對采用V-Q下垂控制的分布式電源，各個分布式電源首先通過第一目標電壓控制方式、第二目標電壓控制方式進行控制，分別得到第一控制目標電壓變化量Vpri,obj(Qi)、第二控制目標電壓變化量Vsec,obj(α,VPCC,obj)，并通過第一和第二低通濾波器進行解耦；將Vpri,obj(Qi)和Vsec,obj(α,VPCC,obj)相加得到目標電壓控制量Vi,obj，并通過潮流計算得到PCC點目標電壓幅值VPCC,obj；然后各個分布式電源同時通過電壓跟蹤前饋控制和電壓跟蹤反饋控制進行控制，分別得到電壓跟蹤前饋值和電壓跟蹤反饋值并將兩者相加得到無功功率輸出的參考值Qi,ref，進而對分布式電源進行控制。上述關系如下公式表示。Vi,obj=Vpri,obj(Qi)+Vsec,obj(α,VPCC,obj)Qi,ref=Qi,refback+Qi,refforward]]>第一目標電壓控制方式采用以下公式計算得到第一控制目標電壓變化量Vpri,obj(Qi)：Vpri,obj(Qi)=Vpri(Qi)=(V*-nQi)+[(V*-niQi)-(V*-nQi)]11+T1s]]>其中，第一控制目標電壓變化量Vpri,obj(Qi)與第一控制輸出電壓變化量Vpri(Qi)計算方法相同，參數(shù)意義也相同。第二目標電壓控制方式采用以下公式計算得到第二控制目標電壓變化量Vsec,obj(α,VPCC,obj)：Vsec,obj(α,VPCC,obj)=α(VPCC,ref-VPCC,obj)11+T2s]]>其中，α為增益系數(shù)，VPCC,obj為PCC點目標電壓幅值，T2為第二低通濾波器的時間常數(shù)，s為頻域變量。電壓跟蹤前饋控制采用以下公式計算得到電壓跟蹤前饋值Qi,refforward=Si-1n(Vi,obj-Vmin)]]>電壓跟蹤反饋控制采用以下公式計算得到電壓跟蹤反饋值Qi,refback=KP(VPCC,obj-VPCC,cal)+KI∫(VPCC,obj-VPCC,cal)dt]]>其中，KP為PI比例環(huán)節(jié)系數(shù)，KI為PI積分環(huán)節(jié)系數(shù)。本發(fā)明是為微電網(wǎng)中所有的分布式電源(DG)而設計的，每個分布式電源(DG)都有對應的控制方法。各個分布式電源都通過一個集成的本地控制方法進行。本發(fā)明主要由兩個部分組成：針對采用Q-V下垂的分布式電源的控制，針對采用V-Q下垂的分布式電源的控制。通過解耦處理，微電網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)特性與采用傳統(tǒng)的下垂控制方法時的是類似的，因此采用本發(fā)明控制后的系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。本發(fā)明的設計原理如下：在傳統(tǒng)下垂控制中，分布式電源的等效模型圖如圖3所示。其中，Lf,i和Cf,i是第i臺分布式電源的LC濾波器的電感和電容參數(shù)，Lfeeder,i是第i臺分布式電源的饋線電感，LT,i是第i臺分布式電源所連的變壓器Ti的內(nèi)部電感，Vi∠δi是第i臺分布式電源的機端電壓，VPCC∠0°是PCC點的電壓。由于線路電阻可以忽略不計，第i臺分布式電源與PCC點間的線路阻抗Xi可以用以下公式來表示：Xi＝Xfeeder,i+XT,i＝ω(Lfeeder.i+LT,i)其中，Xfeeder,i表示第i臺分布式電源與PCC點間的饋線電抗，XT,i表示第i臺分布式電源與PCC點間所連的變壓器的內(nèi)部電抗。而傳統(tǒng)下垂控制則可用以下公式來表示：ωi=ω*-miPiVi=V*-niQi]]>其中，ωi為第i臺分布式電源的輸出角頻率，Vi為第i臺分布式電源的機端電壓幅值，ω*和V*分別為角頻率和機端電壓幅值的基準值，Pi為第i臺分布式電源的輸出有功功率，Qi為第i臺分布式電源的輸出無功功率，mi為第i臺分布式電源的有功下垂系數(shù)，ni為第i臺分布式電源的無功下垂系數(shù)。另外，如圖3所示，第i臺分布式電源的機端電壓幅值Vi可由PCC點電壓幅值VPCC計算得到：Vi=VPCC+QiXiVPCC---(12)]]>結合上面兩個公式，可得到第i臺分布式電源的輸出無功功率的計算方式：Qi=VPCC(V*-VPCC)Xi+VPCCni]]>當微網(wǎng)中有兩臺分布式電源DG1和DG2時，且分布式電源的視在功率容量相等S1＝S2，則兩臺分布式電源輸出無功功率的差值為：ΔQerr=Q1-Q2Q1=(X2-X1)+VPCC(n2-n1)X2+VPCCn2]]>若要使兩臺分布式電源輸出無功功率的差值為零即ΔQerr＝0，則必須滿足：n2=n1+1VPCC(X1-X2)]]>當視在功率相同的兩臺分布式電源采用傳統(tǒng)下垂控制時，若各個分布式電源的輸出無功功率相等，則控制效果最好；但是由上述公式可知，當各個分布式電源的饋線電感不同時，輸出無功功率也會不相等。本發(fā)明方法中減少兩臺分布式電源輸出無功功率的差值的原理如圖4所示：假設X1>X2，增大DG2的無功下垂系數(shù)n2能夠減少兩臺分布式電源輸出無功功率的差值。本發(fā)明的具體實施例如下：在Matlab/Simulink軟件中建立一個典型的孤島交流微電網(wǎng)，微電網(wǎng)包括四個1MW的分布式發(fā)電機(DG1，DG2，DG3，DG4)、一個固定負荷和兩個可變負荷，如圖5所示。其中，DG1和DG2采用Q-V下垂控制，而DG3和DG4采用V-Q下垂控制。系統(tǒng)的其他參數(shù)如圖5和表1所示：表1系統(tǒng)部分參數(shù)值在仿真示例中，設計了三種工況進行仿真驗證：(1)初始無功負荷為1.2MVar，PCC點電壓參考值為0.91p.u.。當t＝20s時，系統(tǒng)總無功負荷升至1.5MVar；當t＝30s，系統(tǒng)總無功負荷升至1.8Mvar。仿真圖像如圖6所示。圖6(a)為微網(wǎng)無功負荷波動時PCC點電壓變化曲線，圖6(b)為微網(wǎng)無功負荷波動時各個分布式電源輸出無功功率的變化曲線。由圖6(a)可知，當系統(tǒng)無功負荷上升時，PCC點電壓幅值有一個很短的暫態(tài)過程，并且迅速地收斂到PCC點電壓參考值。整個暫態(tài)過程的電壓幅值偏差不超過0.001p.u.。而由圖6(b)可知，當無功負荷波動時，本發(fā)明方法能夠使各個分布式電源的輸出無功功率的偏差削減為零。(2)初始無功負荷為1.2MVar，當t＝25s，PCC點電壓參考值由0.91p.u.升至0.95p.u.。根據(jù)公式(4)，四臺分布式電源的無功下垂系數(shù)也相應發(fā)生改變，參數(shù)值如表2所示。仿真圖像如圖7所示。表2VPCC,ref＝0.95時各分布式電源的無功下垂系數(shù)參數(shù)數(shù)值DG1的無功下垂系數(shù)n10.2DG2的無功下垂系數(shù)n20.367DG3的無功下垂系數(shù)n30.326DG4的無功下垂系數(shù)n40.262圖7(a)為PCC點電壓參考值變化時的PCC點電壓變化曲線，圖7(b)為PCC點電壓參考值變化時的各個分布式電源輸出無功功率的變化曲線。由圖7(a)可知，當PCC點電壓參考值上升至0.95p.u.時，PCC點電壓幅值能夠迅速收斂到新的電壓參考值并且電壓幅值偏差不超過0.001p.u.。而在圖7(b)中，各個分布式電源的輸出無功功率能夠隨著電壓參考值的變化迅速作出反應，并且收斂于同一無功功率值。(3)初始無功負荷為1.2MVar，PCC點電壓參考值為0.91p.u.。當t＝15s時，DG2退出微網(wǎng)系統(tǒng)；當t＝44s時，DG2重新投入微網(wǎng)系統(tǒng)運行。仿真圖像如圖8所示。圖8(a)為投切分布式電源DG2時的PCC點電壓變化曲線，圖8(b)為投切分布式電源DG2時的各個分布式電源輸出無功功率的變化曲線。在圖8(a)中，當DG2退出微網(wǎng)系統(tǒng)時，PCC點電壓幅值有一個很短的暫態(tài)過程，并且迅速地收斂到PCC點電壓參考值。而由圖8(b)可知，在DG2退出微網(wǎng)系統(tǒng)后，其他三臺分布式電源的輸出無功功率能迅速上升并都收斂于新的穩(wěn)態(tài)值，而DG2的輸出無功功率則迅速下降并且也能收斂和保持穩(wěn)定；而當DG2重新投入微網(wǎng)系統(tǒng)運行后，四臺分布式電源的輸出無功功率又都能迅速地收斂于DG2退出微網(wǎng)系統(tǒng)前的穩(wěn)態(tài)值。必須指出的是，本發(fā)明提出的新型控制方法能夠滿足采用Q-V下垂控制和采用V-Q下垂控制的分布式電源的控制要求。在沒有通信和中央控制系統(tǒng)的情況下，本發(fā)明的控制方法能夠較好解決微網(wǎng)無功負荷平均分攤和PCC點電壓恢復問題，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。本發(fā)明的控制方法使得系統(tǒng)有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，是一個可行的控制方法。上述具體實施方式用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3