一种基于虚拟电阻调节的网络微电网无功均衡控制方法
【专利说明】-种基于虚拟电阻调节的网络微电网无功均衡控制方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于微电网功率分配领域，特别涉及一种适用于复杂微电网的带通讯无功 均衡控制方法。 【【背景技术】】
[0002] 随着对环境问题和清洁能源的关注日趋增长，更多的可再生能源（RES)诸如太阳 能电池，风力发电机和微型燃气轮机以分布式单元的形式通过电力电子变换器并入电网 中。微网的出现即是有效管理、合理整合各类分布式发电单元，使这些单元能够通过公共连 接点（PCC)连接入电网内。当微电网稳定运行时，其能够为负载提供高品质的电能。然而， 微网也面临许多问题，如控制稳定性和功率均分问题。
[0003] 微网分为孤岛与并网两种运行模式。孤岛运行时，负载需求必须被多个分布式发 电单元合理均分。这就意味着每个分布式单元需要输出与其功率额定值相匹配的功率。现 有系统通常使用频率和电压幅值的下垂控制来满足功率匹配。虽然下垂控制能够实现精确 的有功功率均分，但馈线阻抗不匹配和本地负载不一致导致该方法难以实现无功功率。此 外，当微网结构呈现网络化时，无功功率均分问题会进一步恶化。
[0004] 通过文献检索发现，为了提升无功功率均分的精度，有研究人员提出了许多改良 的方法，主要分为有通讯与无通讯两类方法。无通讯方法中，一种是通过注入小信号交流电 压的方法减小了无功功率均分误差。但是这种方法可能会减小分布式发电的电压和线电流 品质。一种是利用虚拟阻抗提升功率控制的稳定性和功率均分精度。但该方法的关注点 多在于分布式发电单元中输出阻抗的不匹配，而物理馈线阻抗的不匹配并没有被考虑到。 有通讯的方法中，一种是通过预先设计好的虚拟电感和使用通讯估计的物理馈线阻抗修正 "Q-V"下垂斜率，从而补偿馈线中的不匹配压降。然而，在网络化的微网中，不匹配因素不仅 仅体现在馈线中，还与本地负载和网络结构有关。如果不全面考虑这些因素，上述的方法是 难以如预期般正确工作的。
[0005] 为了提高网络化微网中的无功功率均分性能，采用通讯方法能够达到较好的效 果。现有的通讯方法中，有以下几个方面的局限性：（1)互联通讯方式受分布式发电单元的 数量限制；(2)单向通讯的方式对通讯同步性要求非常高，且控制效果易受影响；（3)二次 调压控制的方式基于设定点调节，如果产生不准确的功率指令值时设置点的改变会导致微 网不稳定。 【
【发明内容】
】
[0006] 基于上述现有通讯方法的局限性，本发明的目的在于提出一种基于虚拟电阻调节 的网络微电网无功均衡控制方法，该控制方法借助通讯和PI控制器，使分布式发电单元能 够很好的跟踪无功指令。此外，该方法能够免疫指令值的不匹配，且通讯不可用时，它能够 提供更好的性能。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种基于虚拟电阻调节的网络微电网无功均衡控制方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤1，采用虚拟阻抗恒定的控制方法，保持网络微电网中虚拟阻抗参数值不变， 其值为上一次调节结果；同时，中央控制器正常采集分布式单元发电功率；
[0010] 步骤2,当微电网的负载发生变化时，网络微电网中的中央控制器检测负载变化；
[0011] 步骤3,当中央控制器检测到负载变化后，迅速更新控制器中的每个分布式发电单 元的功率信息；并根据公式
计算出每个分布式发电单元新的无功功率 指令值；
[0012] 其中，Qraf l是分布式发电单元的无功功率指令值，Qrated l是分布式发电单元i的额 定无功功率，Qre i为第i个DG单元的无功功率；
[0013] 步骤4,将新的无功功率指令发送给各分布式发电单元，使能虚拟电阻调节；
[0014] 步骤5,虚拟电阻根据无功功率的调整进行同步调节，跟踪微网中中央控制器的无 功功率指令；
[0015] 步骤6,逐步排除无功功率均分的误差，直到完成功率跟踪后，微网转回到步骤1 所处的状态。
[0016] 进一步的，步骤6通过多个步骤5的累加结果最终排除无功功率均分的误差。
[0017] 进一步的，当DG单元的无功输出与无功指令相等时完成功率跟踪。
[0018] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：与传统的有公共交流母线的微网不 同，网络微电网由于自身内部复杂的结构导致其时常面临更严重的无功功率均分问题。在 这种情况下，分布式发电单元之间的无功功率均分误差难以被有效的消除。为了有效解决 这种无功均分难题，本发明首先分析了无功功率输出与虚拟阻抗调节之间的关系。其次，提 出了可以解决无功均分问题的通讯机制，用来对每一个分布式发电单元各自的虚拟阻抗调 节分配无功功率指令，并以此来补偿网络中的不匹配。这种方法能够避免调节阶段中产生 的负载变化影响和通讯通道中的时间延迟。按照指定的指令值，分布式发电单元能够很好 的输出想要的无功功率并且实现无功功率均分。与现有的方法相比，这个方法能够免疫指 令不匹配情况。另一方面来说，当通讯不可用时，它能够提供更好的性能。 【【附图说明】】
[0019] 图1为网络微电网结构示意图。
[0020] 图2为应用于下垂控制中的虚拟阻抗理论示意图。
[0021] 图3为虚拟电阻调节的网络微电网无功均衡控制策略示意图。
[0022] 图4为基于传统控制策略的功率均分仿真图。其中图4(a)为有功功率输出示意 图；图4(b)为无功功率输出示意图。
[0023] 图5为基于虚拟电阻调节的网络微电网无功均衡控制策略的仿真图。其中图5(a) 为有功功率输出；图5(b)为无功功率输出。 【【具体实施方式】】
[0024] 本发明分为以下几个部分：
[0025] 1.分析分布式发电单元无功功率输出与阻抗调节之间的关系；
[0026] 2.在微电网中引入虚拟阻抗，选择并实时调整虚拟阻抗成分，用以追踪无功功 率；
[0027] 3.根据设定的指令值，使分布式发电单元能够很好地输出无功功率并准确实现无 功功率均分。
[0028] 为了实现带有通讯方式的基于虚拟电阻调节的网络微电网无功均衡控制方法，本 发明首先分析线路中两节点之间功率关系，并根据得到的功率关系寻找控制量。基于得到 的控制量，实现本发明提出的控制方法，具体如下：
[0029] (一）网络微电网节点间功率分析
[0030] 随着即插即用的分布式发电单元越来越多的被用于微电网，微网逐渐形成网络化 结构，如附图1所示。在网络化微网中，分布式发电单元能够与网络中任何一个节点相连。 微电网中，两节点之间进行功率传输时有功与无功功率有如下关系：
[0031] 有功功率：
[0032] 无功功率：
[0033] 其中R，X为两节点间电阻和电抗，U、V为两节点电压幅值，δ是两个节点的相角 差。对有功与无功两公式变形后可以得到分布式发电单元的输出电压公式：