一种适用于低压微网的改进型下垂控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于低压微网的改进型下垂控制方法，在电压电流环中加入一种新的虚拟阻抗的设计，电压外环采用比例积分控制以保证输出波形具有较高的跟踪精度，电流内环采用比例控制以提高系统的动态响应速度；将等效线路阻抗设计为在工频附近呈现阻性，满足低压微网的线路阻抗特点，同时降低了微源逆变器功率均分控制对输出线路阻抗的敏感性；等效线路阻抗在高频谐波段呈感性，能够有效抑制非线性负载造成的高频谐波，有效避免高频谐波噪声对微源输出电能质量的影响。
【专利说明】-种适用于低压微网的改进型下垂控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适用于低压微网的改进型下垂控制方法，属于电力电子装置调制 技术。
【背景技术】
[0002] 由于下垂控制器不需要联络线和负载信息就可以实现微网中多微源间功率平均 分配，因此在微网多微源协调控制中受到广泛的应用。然而微源间功率的精确平均分配除 了匹配下垂控制器中的下垂系数以外，对微源输出电压、相角及线路阻抗都有严格的要求。
[0003] 由于低压微网的线路阻抗主要为阻性，不同于高压线路中的感性阻抗特性，原有 的经典下垂控制曲线（P-f、Q-U)是否仍然适用于低压微网引起了广泛的争议。一般而言， 目前通过电压电流环中虚拟阻抗的引入，将线路输出阻抗可以等效为感性、阻性、阻感混合 型和容性这几种。1)当等效线路阻抗为感性，依旧可以采用经典的同步发电机P-f、Q-U 下垂控制方程，等效后的线路阻抗基本由虚拟阻抗决定，这也是目前常采用的方法；2)当 等效线路阻抗为阻性，由于低压微网中线路中的阻性比例极大，众多学者认为在低压环境 中应该采用阻性网络环境，此时，应该采用p-u、Q-f下垂控制方程，这种方法常见于小规 模微网环境中，但是同感性阻抗一样，由于虚拟阻抗对等效线路阻抗的增大作用，输出端电 压会受到影响，不通过恰当的控制方法，输出电压存在静差达不到额定值；3)当等效线路 阻抗为阻感混合型，由于电压源逆变器普遍采用LC滤波电路，加上低压微网中一般存在 0. 4k/10k变压器，所以认为低压微网实际是一个阻感混合型网络，在这种情况下f、U与PQ 轴都相关，互相耦合控制较为复杂，一般都通过虚拟阻抗的加入将等效后的线路阻抗变为 纯阻性或者纯感性；4)当等效线路阻抗为容性，由于经典的下垂曲线并不具备无功补偿器 的倾斜特性，部分学者认为在低压微网中部署几台容性输出阻抗的逆变器，即接入点电压 随着输出功率呈正比，有益于改善电压偏移，实现局部电压调整。
[0004] 传统观点认为低压微网的阻抗特点主要为阻性，应该通过电压电流环中虚拟阻抗 的引入，将线路等效阻抗设计为阻性。但是随着微网环境中非线性负载的大量投入，逆变器 输出大量高频谐波从发电端源头严重影响了微网系统的电能质量，阻性等效阻抗并不能抑 制高频谐波。
【发明内容】
[0005] 发明目的：针对低压微网中采用传统下垂控制器多微源之间功率分配精度不高和 非线性负载影响的问题，本发明提供一种适用于低压微网的改进型下垂控制方法，通过对 虚拟阻抗的设计，将等效虚拟阻抗设计成在工频附近呈现阻性，满足低压微网的线路阻抗 特点，高频谐波段呈感性，有效抑制非线性负载造成的高频谐波。
[0006] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] -种适用于低压微网的改进型下垂控制方法，包括如下步骤：
[0008] (1)对采用下垂控制器的微源逆变器输出功率，不仅对下垂参数进行匹配，对输出 阻抗也进行匹配；由于对输出阻抗的设计并不能完全满足精度要求，因此在电压电流环中 弓丨入虚拟阻抗Z_(s);其中，s为拉式变换复变量参数；
[0009] (2)在引入虚拟阻抗Z_(s)的电压电流环中，电压外环采用PI控制以保证输出波 形具有较高的精度，电流内环采用比例控制以提高系统的动态响应速度；
[0010] (3)对引入虚拟阻抗Zvii(s)的电压电流环进行简化，得到前向增益G(s)、不加入 虚拟阻抗Zvii(s)时的输出滤波阻抗Zjs)和加入虚拟阻抗Zvii(s)后的等效线路阻抗Z,丨(λ') 表达式；
[0011] (4)设计虚拟阻抗Zvir = KlSAs+K2)，将下垂控制器在工频阈值范围内的低频区域 设计成低压微网中普遍的阻性，将高频谐波频谱段设计成感性以滤去高频谐波；其中，Ki和 κ2为虚拟阻抗参数。
[0012] 本发明，通过新的虚拟阻抗Z_(s)的设计，方案中设计的电压电流环可以精确控 制等效输出阻抗，满足在工频附近呈阻性、高频谐波区呈感性的特点，得到新的等效线路阻 抗波特图。
[0013] 具体的，所述步骤（3)中：
[0014] 简化后的引入虚拟阻抗Zvii(s)的电压电流环为：
【权利要求】
1. 一种适用于低压微网的改进型下垂控制方法，其特征在于：包括如下步骤： (1)对采用下垂控制器的微源逆变器输出功率同时匹配下垂参数和输出阻抗，并且在 电压电流环中引入虚拟阻抗ZviJs);其中，s为拉式变换复变量参数； ⑵在引入虚拟阻抗ZviJs)的电压电流环中，电压外环采用PI控制，电流内环采用比 例控制； (3) 对引入虚拟阻抗Zvjs)的电压电流环进行简化，得到前向增益G(s)、不加入虚拟 阻抗ZviJs)时的输出滤波阻抗Zjs)和加入虚拟阻抗Z viJs)后的等效线路阻抗⑷表达 式； (4) 设计虚拟阻抗Z& = KlSAs+K2)，将下垂控制器在工频阈值范围内的低频区域设计 成低压微网中普遍的阻性，将高频谐波频谱段设计成感性；其中，I和K 2为虚拟阻抗参数。
2. 根据权利要求1所述的适用于低压微网的改进型下垂控制方法，其特征在于：所述 步骤（3)中： 简化后的引入虚拟阻抗Z^(s)的电压电流环为：
前向增益G(s)为：
D(s) = LCs3+(R+K · KPWMC) s2+(l+K · kpKPWM) s+K · kiKP丽 不加入虚拟阻抗ZviJs)时的输出滤波阻抗Zjs)为：
加入虚拟阻抗Zvjs)后的等效线路阻抗为：
其中，u。为输出电压，uMf为输出电压参考值，i为电流内环的电流；kp和为电压外环 中PI控制器的控制参数，KPWM为微源逆变器的等效模型；L和C为LC输出滤波器参数，R为 LC输出滤波器的电感寄生内阻，K为电流内环中比例控制器的控制参数。
3. 根据权利要求2所述的适用于低压微网的改进型下垂控制方法，其特征在于：所述 微源逆变器的等效模型KPWM取为常数10。
【文档编号】H02J3/46GK104092249SQ201410308681
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】郑建勇, 梅军, 张宸宇, 邓凯, 胡洛瑄, 周福举 申请人:东南大学