专利名称：一种基于逆系统的微网有功无功功率独立控制方法
技术领域：
本发明属于电力系统中的微网技术领域，尤其涉及一种基于逆系统的微网有功无功功率独立控制方法。
背景技术：
微网(Microgrid)通常被定义为由微电源(即微网中的分布式电源Distributed Generation, DG)、储能设备和负荷等共同组成的系统，如图1所示。图中，微网由一组放射型馈线组成，通过一个公共连接点与大电网相连，A、B、C三条馈线上有敏感负荷，需要有微电源提高供电可靠性，而在只有非敏感负荷的馈线上则可不需要有微电源。在节点1、2、3、 4处有四个微电源，当微网独立运行时，敏感负荷与配电网断开，由微电源对其提供功率支持，当微网与配电网联网运行时，微电源也可以向非敏感负荷供电。微电源可包括光伏发电、风力发电、燃料电池发电、微燃机发电等，微电源和储能设备通常由电力电子器件负责能量转换，并提供必要的控制。微网可以为高科技园区、居民小区、大学校园或海岛等供电；微网中微电源通常带有本地负荷，但微电源与本地负荷不一定时时刻刻都匹配，不同微电源需要通过微网线路进行功率传输，且传输线通常长度为几公里。传统功率传输控制方法中的P_f、Q-U控制方法是适用于高压传输线参数的功率传输控制，即适用于传输线参数中感抗远大于电阻的情况。而对于微网中传输线参数的特点，原控制方法不再适用。微网中传输线参数如表1所示，感抗值和电阻值为同一个数量级，使得功率传输方程中有功和无功耦合在一起，且忽略感抗或者电阻都会导致功率传输控制的不精确。表1微网传输线阻抗参数
额定电压 (千伏)导线型号阻抗 (欧/公里)电阻感抗LJ-161. 980. 358LJ-251. 280. 3450. 38LJ-350. 920. 336LJ-500. 640. 325LJ-700. 460. 31
发明内容
针对上述背景技术中提到的现有微网传输线功率中有功功率和无功功率的相互耦合、导致有功无功功率独立调节不易、不利于微网内潮流调控的不足，本发明提出了一种基于逆系统的微网有功无功功率独立控制方法。本发明的技术方案是，一种基于逆系统的微网有功无功功率独立控制方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤1 功率传输决策单元根据微电源的输出功率和负荷，计算出传输线上传输的有功功率和无功功率；步骤2 逆系统控制单元根据步骤1得到的数据，计算出被控微电源输出的电压有效值和电压相位角；步骤3 脉宽调制PWM控制单元根据步骤2得到的数据，实时计算并发出脉冲信号，控制被控微电源的逆变器，实现线路上有功功率和无功功率传输控制。所述有功功率和无功功率的计算公式分别为
(P-P - P Γ ，1 ~ 1 DGl 1 LoadX<其中P为与微电源1相连的线路上忽略线路有功损耗时应传输的有功功率；Q为与微电源1相连的线路上忽略线路无功损耗时应传输的无功功率；Prei为微电源1发出的有功功率；Qdci为微电源1发出的无功功率；PLoadl为本地负荷1的有功功率；Qkjadl为本地负荷1的无功功率。所述P、Q的计算公式分别为
P = P2= -J^-jiRiU, COsSn - U2) + XU1 sm^12] Γ πK + Xi
Q = Q2 = -J^I-ruI sm 知 + x 队 c0S《2 - U2)]
K + χ其中P2为母线2处线路侧的有功功率；Q2为母线2处线路侧的无功功率；仏为母线1的电压有效值；U2为母线2的电压有效值；δ 12为电压相量[^与&的夹角；R为传输线的电阻；X为传输线的感抗。所述电压有效值的计算公式为
TT P2R+ Q2X ττU1= 2 广2 +U2o
U 2所述电压相位角的计算公式为
^ _ P2X -Q2R
12'P2R+ Q2X +U22。
本发明的优点在于针对微网中传输线的实际参数特点，利用逆系统控制方法实现
了传输线上功率传输的精确控制，并很好地实现了有功、无功的独立控制，有利于微网中有
5功、无功潮流的独立调整。
图1为实施例中微网基本结构图。图2为实施例中有功无功独立控制框图。图3为逆系统有功无功独立控制原理图。图4为实施例中传输线及两端被控系统示意图。图5为实施例中传输线两端电压电流表示及相量分析图。图6为逆系统独立控制单元内部运算示图。图7为有功无功独立控制方法应用于微网有功调节示例仿真实验图。图8为有功无功独立控制方法应用于微网无功调节示例仿真实验图。
具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。本发明的原理通过控制微网线路一端微电源的输出电压有效值和相位来实现微网线路中的功率传输控制，电压有效值和相位是利用逆系统方法将功率传输方程求逆所得逆系统的输出，这里，以线路另一端的电压为参考电压。其实现步骤为首先由功率传输决策单元根据各微电源的本地信息计算出与所控微电源相连的线路上应传输的有功功率和无功功率，将数据送给逆系统控制单元；再由逆系统控制单元根据输入的有功功率和无功功率计算出所控微电源应输出的电压有效值和相位，由于计算中以线路另一端的电压为参考值，因此由逆系统控制单元解得的电压相位差即为所控微电源应输出的电压相位；最后由脉宽调制 PWM控制单元根据电压有效值和相位实时计算并发出脉冲信号，控制被控微电源的逆变器， 实现线路上有功功率和无功功率的独立控制。该控制方法所需控制模块包括功率传输决策单元、逆系统控制单元、以及脉宽调制PWM控制单元，如图2所示。本发明的
具体实施例方式(1)功率传输决策单元根据微电源输出功率和负荷计算出微网传输线上应传输的有功功率和无功功率，这里，以微电源1的控制为例，可以通过下述公式计算
权利要求
1.一种基于逆系统的微网有功无功功率独立控制方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤1 功率传输决策单元根据微电源的输出功率和负荷，计算出传输线上传输的有功功率和无功功率；步骤2 逆系统控制单元根据步骤1得到的数据，计算出被控微电源输出的电压有效值和电压相位角；步骤3 脉宽调制PWM控制单元根据步骤2得到的数据，实时计算并发出脉冲信号，控制被控微电源的逆变器，实现线路上有功功率和无功功率传输控制。
2.根据权利要求1所述一种基于逆系统的微网有功无功功率独立控制方法，其特征是所述有功功率和无功功率的计算公式分别为
3.根据权利要求2所述一种基于逆系统的微网有功无功功率独立控制方法，其特征是所述P、Q的计算公式分别为
4.根据权利要求1所述一种基于逆系统的微网有功无功功率独立控制方法，其特征是所述电压有效值的计算公式为
5.根据权利要求1所述一种基于逆系统的微网有功无功功率独立控制方法，其特征是所述电压相位角的计算公式为
全文摘要
本发明公开了电力系统中微网技术领域中的一种基于逆系统的微网有功无功功率独立控制方法。首先计算出与所控微电源相连的线路上应传输的有功功率和无功功率；再由逆系统控制单元根据输入的有功功率和无功功率计算出所控微电源应输出的电压的有效值和相位；最后由脉宽调制PWM控制单元根据电压有效值和相位实时计算并发出脉冲信号，控制被控微电源的逆变器，实现线路上有功功率和无功功率传输控制。本发明解决了微网中传输线功率传输中有功功率和无功功率的相互耦合问题，提供了一种适用于微网中线路参数特点、能够精确控制功率传输、并能实现有功功率和无功功率独立调节的控制方法。
文档编号H02J3/00GK102157937SQ20111008715
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者刘承佳, 李雨薇, 李鹏, 王阳, 马梦朝, 魏喆 申请人:华北电力大学