一種基于改進(jìn)型下垂控制的微電網(wǎng)多主從混合控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)控制方法，尤其是涉及一種基于改進(jìn)型下垂控制的微電網(wǎng) 多主從混合控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著經(jīng)濟快遞發(fā)展，一次性能源消耗隨之增加，環(huán)境問題日益凸顯，利用 先進(jìn)的電力電子技術(shù)將風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能電池等整合在一起的微電網(wǎng)應(yīng)運而生。微 電網(wǎng)能夠在一定程度上克服分布式電源出力隨機性和間歇性的缺陷，更加合理有效的利用 分布式發(fā)電，提高了能源利用率，解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電難題。但是在微電網(wǎng)中包含了多個 分布式電源(Distributed Generation，即DG或微電源），而各個DG之間需要進(jìn)行合理的協(xié) 調(diào)控制，不同微電源需要采用不同的控制器。微電網(wǎng)中多個微電源協(xié)調(diào)控制是解決微電網(wǎng) 持續(xù)穩(wěn)定運行、減小微電網(wǎng)對配電網(wǎng)的沖擊、提高運行經(jīng)濟性和提高能源利用率的重要保 障。
[0003] 微電網(wǎng)層面的控制策略主要分為對等控制、主從控制和分層控制。其中：主從控制 策略要求微電網(wǎng)內(nèi)部存在主控單元與從控單元，這種控制策略在微電網(wǎng)運行模式由并網(wǎng)向 孤島模式過渡過程中，存在控制策略的切換過程;對等控制策略則認(rèn)為微電網(wǎng)內(nèi)部電源地 位平等，可以實現(xiàn)"即插即用"，在并網(wǎng)向孤島模式過渡過程中微電網(wǎng)不需要改變控制方法， 但是控制方式單一，一些波動性微電源不能經(jīng)濟運行;分層控制策略能夠?qū)崟r與所有的微 電源及負(fù)荷通信，并不斷修正當(dāng)前的運行點參考值，但是其完全依賴于上層的控制通信單 元。微電源的控制策略可以分為恒功率(PQ)控制、恒壓恒頻(ν/F)控制和下垂(droop)控制。 下垂控制無需聯(lián)絡(luò)就可以實現(xiàn)多微電源的功率非配，得到廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的droop控制 受到線路等的影響難以實現(xiàn)功率的快速分配，較大的負(fù)荷會引起系統(tǒng)頻率偏移，需要對 droop進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種頻率穩(wěn)定、抗沖 擊性能好的基于改進(jìn)型下垂控制的微電網(wǎng)多主從混合控制方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0006] -種基于改進(jìn)型下垂控制的微電網(wǎng)多主從混合控制方法，采用主從控制法控制微 電網(wǎng)中的多個分布式電源DG，所述的DG分別與交流母線連接，其特征在于，所述的主從控制 法對主控DG采用改進(jìn)型droop控制，將頻率差f-匕與電壓差U-U Q作為反饋信號分別加入到f 和U，其中f、f n、U、UQ分別為主控DG輸出頻率、電網(wǎng)頻率額定值、主控DG輸出電壓、主控DG輸出 無功功率為0時的輸出電壓幅值。
[0007] 所述的反饋信號帶有PI控制環(huán)節(jié)，并對下垂系數(shù)進(jìn)行修正，反饋信號f-fn、U_U〇與 主控DG輸出頻率f、主控DG輸出電壓U的關(guān)系為：
[0008]
[0009]
[0010]其中，Pn為DG在額定頻率下的輸出有功功率，Uo為DG輸出無功功率為0 (8卩Qn = 0)時 的電壓幅值，P、Q分別為DG輸出有功功率、無功功率的實測值，m、n分別為有功、無功的下垂 系數(shù)，m'f分別為修正后的有功、無功的下垂系數(shù)，并滿足 1^>!11、1^>11，1([)、1(1分別為?1控制 的比例系數(shù)、積分系數(shù)，s為拉普拉斯算子。
[0011] 所述的有功的下垂系數(shù)m和無功的下垂系數(shù)η計算方法為：
[0012]
[0013]
[0014]式中，Pmax*DG在頻率下降時允許輸出的最大有功功率，fmin為DG輸出有功功率最 大時相應(yīng)的最小頻率，QmaxSDG在電壓幅值下降時允許輸出的最大無功功率，UminSDG輸出 無功功率最大時相應(yīng)的最小電壓幅值。
[0015] 所述的主從控制法的從控DG采用恒功率控制。
[0016] 所述的主控DG設(shè)有至少兩個。
[0017]本發(fā)明提出了對傳統(tǒng)droop控制進(jìn)行改進(jìn)的方法，并且綜合考慮傳統(tǒng)的主從控制 與對等控制的特點，將本發(fā)明所提的改進(jìn)型droop控制應(yīng)用到多主從混合協(xié)調(diào)控制當(dāng)中，通 過合理設(shè)置droop控制的下垂系數(shù)，可以實現(xiàn)外界功率變化在各個分布式電源之間的合理 分配，從而滿足負(fù)荷變化的需要，維持孤島運行模式下對于電壓和頻率的支持作用。仿真結(jié) 果驗證了本發(fā)明所提控制方法應(yīng)用于多主從混合協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)上的有效性和可行性。 [0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0019] ⑴主控DG采用改進(jìn)型droop控制，將頻率差卜匕與電壓差U-Uo作為反饋信號，實現(xiàn) 補償，使頻率和電壓穩(wěn)定。
[0020] (2)在反饋信號上增加 PI環(huán)節(jié)，并對下垂系數(shù)進(jìn)行放大修正，放大反饋環(huán)節(jié)的補償 作用，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。
[0021] (3)從控DG采用恒功率控制，有助于間歇性微電源實現(xiàn)最經(jīng)濟運行，同時還具有對 等控制的"即插即用"特點，只要保證至少有一個微電源運行在下垂?fàn)顟B(tài)下，其余的微電源 都可以進(jìn)行微電源的"即插即用"。
[0022] (4)功率分配由多個主控DG-起完成，更加可靠簡單，單個主控DG的故障不會影響 系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性;在并網(wǎng)向孤島模式過渡過程中微電網(wǎng)無需改變控制策略，系統(tǒng)運行更 加流暢。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明改進(jìn)型droop控制原理框圖；
[0024] 圖2為多主從控制微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3(a)~圖3(g)為采用本發(fā)明控制方法控制微電網(wǎng)的仿真曲線圖，其中圖3(a)為 DG1的輸出電壓波形圖，圖3 (b)為DG1的輸出電流波形圖，圖3 (c)為DG1的有功功率和無功功 率波形圖，圖3(d)為母線電壓波形圖，圖3(e)為母線電流波形圖，圖3(f)為母線的有功功率 和無功功率波形圖，圖3(g)為母線處的頻率變化曲線圖；
[0026]圖4為傳統(tǒng)droop控制和本發(fā)明改進(jìn)型droop控制分別應(yīng)用在混合控制系統(tǒng)時的系 統(tǒng)頻率。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0028] 實施例
[0029] 對于線路阻抗主要呈感性的逆變器，微電網(wǎng)中的分布式電源輸出具有P-f、Q-U都 呈線性關(guān)系（即Ρ-f和Q-U特性），通過這種關(guān)系實現(xiàn)并聯(lián)分布式電源輸出功率的合理分配。 由此可得傳統(tǒng)的droop控制關(guān)系式為：
[0030] f = fn+m(Pn-P) (1)
[0031] U = U〇-nQ (2)
[0032] 式中：fn為電網(wǎng)頻率的額定值;Pn為微電源在額定頻率下的輸出有功功率;Uo為微 電源輸出無功功率為〇(即(^ = 〇)時的電壓幅值;P、Q分別為逆變電源輸出有功、無功功率的 實測值;m、n為有功、無功的下垂系數(shù)，其計算公式為：
[0033]
[0038]
[0039]
[0040] AT :m_、η_7?ηι多it厄tfJ Γ駐承雙，定刈 Γ 駐承雙取人，一取73m、ntfJ-T1 苜到一 萬倍之間，取值范圍與m、n-致，具體擴大多少主要根據(jù)系統(tǒng)要求的不同而不同，本發(fā)明采 用擴大一千倍的下垂修正可以得到理想仿真效果;控制的比例系數(shù)、積分系數(shù);s 為拉普拉斯算子。
[0041] 通過調(diào)節(jié)PI控制的比例系數(shù)心、積分系數(shù)Ki來補償微電源輸出電壓變動的影響， 增強頻率和電壓的動態(tài)穩(wěn)定性;m'n#是對droop系數(shù)m、n的放大修正，主要是放大反饋環(huán)節(jié) 的補償作用，因為原來的反饋系數(shù)m、n太小反饋效果不明顯，需要對反饋線上的下垂系數(shù)m、 η進(jìn)行放大處理。這種改進(jìn)在下垂特性上具體表現(xiàn)為:對于前一時刻的下垂特性的平移，平 移的多少、快慢主