提高多逆变器并联低压微电网功率、电压分配精度的方法与流程

本发明涉及一种提高多逆变器并联低压微电网功率分配精度的方法，通过实时调节下垂系数来增加功率和电压分配精度。

背景技术：

多逆变器并联低压微电网是一种由分布式电源、分布式储能装置、逆变装置、输电线路及相关负荷组成的独立可控系统，可运行于并网和孤岛模式。

在多逆变器并联低压微电网逆变装置控制系统中，大多采用pq下垂控制和恒压恒频(v-f)控制。传统下垂控制策略通过模拟传统同步发电机的下垂特性，对逆变装置输出有功-频率、无功-电压进行独立解耦控制。但在多逆变器并联低压微电网实际运行过程中，存在线路阻抗分布不均匀、输出压降非线性等问题，这就会导致功率、电压分配存在误差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高多逆变器并联低压微电网功率、电压分配精度的方法，具体应用型自适应下垂控制策略提高多逆变器并联低压微电网功率、电压分配精度，该方法是对多逆变器并联低压微电网输出功率建立数学模型，并对其进行简化。针对传统多逆变器并联低压微电网下垂控制进行改进，提出一种新型自适应下垂系数在下垂控制中，并定义相关下垂控制曲线。

本发明采取如下技术方案来实现的：

提高多逆变器并联低压微电网功率、电压分配精度的方法，包括以下步骤：

1)建立多逆变器并联低压微电网中逆变器输出有功、无功功率数学模型；

2)对步骤1)中逆变器输出有功、无功功率数学模型进行化简；

3)将步骤2)中逆变器输出有功与输出电压角频率建立下垂关系式、逆变器输出无功功率与输出电压幅值建立下垂关系式，根据p-ω、q-u下垂特性，得到传统下垂控制方程；

4)对步骤3)传统下垂控制方程进行改进，引入新型自适应下垂系数mi、ni，得到新型自适应下垂控制方程；

5)将步骤4)得到的新型自适应下垂控制方程应用于高多逆变器并联低压微电网功率、电压控制环节中，提高多逆变器并联低压微电网功率、电压分配精度。

本发明进一步的改进在于，步骤1)建立多逆变器并联低压微电网中逆变器输出有功、无功功率数学模型为：

其中：pi为逆变器输出有功功率；qi为逆变器输出无功功率；ui为逆变器输出电压；u0为负载阻抗两端电压；δi为功角；zi＝ri+jxi为线路等效阻抗；ri为线路电阻；xi为线路感抗。

本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：根据多逆变器并联低压微电网中、线路阻抗呈阻性ri＞＞xi，ri≈zi，xi≈0，对步骤1)中逆变器输出有功、无功功率数学模型进行化简后的：

本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：根据p-ω、q-u下垂特性示意图，得到传统下垂控制方程：

其中：ω是被控逆变器输出电压角频率；u是被控逆变器输出电压幅值；ω0是空载输出电压角频率参考值；u0是空载输出电压幅值参考值；m是有功功率下垂系数；n是无功功率下垂系数；p是负载分配的有功功率；q是负载分配的无功功率。

本发明进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：对步骤3)传统下垂控制方程进行改进，引入新型自适应下垂系数mi、ni、mi、ni数学表达式为：

其中：ωmax、ωmin、umax、umin为输出电压角频率和电压幅值的阈值上限、下限；δp、δq为当前输出有功、无功功率与目标有功、无功功率的差值；得到新型自适应下垂控制方程：

本发明进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：将步骤4)得到的新型自适应下垂控制方程应用于高多逆变器并联低压微电网功率、电压控制环节中，提高多逆变器并联低压微电网功率、电压分配精度。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：

1、本发明提出的自适应有功下垂系数可以根据电压角频率偏差大小自动调整，可以有效增加多逆变器并联低压微电网内部各分布式电源点有功功率分配精度；

2、本发明提出的自适应无功下垂控制可以根据无功电压偏差实时调节下垂系数，面对同样无功调节量，电压响应调节范围更小，可以有效消除多逆变器并联低压微电网稳态电压偏差。

附图说明

图1为多逆变器并联低压微电网结构图；

图2为两个分布式并联电源点戴维南等效电路图；

图3为下垂特性示意图，其中图3(a)为有功-频率下垂特性示意图，图3(b)为无功-电压下垂特性示意图；

图4为新型自适应下垂特性示意图，其中图4(a)为有功-频率新型自适应下垂特性示意图，图4(b)为无功-电压新型自适应下垂特性示意图；

图5为负荷功率突减传统下垂控制功率分配仿真波形；

图6为负荷功率突减自适应下垂控制功率分配仿真波形；

图7为负荷功率突减传统下垂控制母线电压仿真波形；

图8为负荷功率突减自适应下垂控制母线电压仿真波形；

图9为负荷功率突增传统下垂控制功率分配仿真波形；

图10为负荷功率突增自适应下垂控制功率分配仿真波形；

图11为负荷功率突增传统下垂控制母线电压仿真波形；

图12为负荷功率突增自适应下垂控制母线电压仿真波形。

具体实施方式

下面通过附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，多逆变器并联低压微电网结构中有i(i＝1，2，3,...n)个分布式电源点与逆变器，每个逆变器输出接口接由lcl滤波装置用来抑制高次谐波，r1,i＝1，2，3,...n表示逆变器侧电感串联等效电阻，线路阻抗zline＝rline+jxline，rline为线路电阻，xline为线路感抗，在低压微电网中rline＞＞xline。pi＝1，2，3,...n、qi＝1，2，3,...n表示逆变器输出有功、无功功率，zload为负荷等效阻抗。

如图2所示，建立两个分布式并联电源点戴维南等效电路图，其中：u1∠δ1、u2∠δ2为第一、第二逆变器输出电压；u0∠0为负载阻抗两端电压；z1＝r1+jx1、z2＝r2+jx2、为第一、第二输电线路等效阻抗。

单个逆变器输出有功、无功功率可表示为：

在多逆变器并联低压微电网中，线路阻抗呈阻性(ri＞＞xi，ri≈zi，xi≈0)，则上式可简化为：

在多逆变器并联低压微电网中，各分布式电源点逆变器参数不尽相同，输电线路阻抗存在参数漂移、采集存在误差，这将导致向负荷输送的功率不能按实际容量进行精确配比。

如图3所示，在多逆变器并联低压微电网中，通过模拟同步发电机下垂特性来对逆变器进行控制，根据p-ω、q-u下垂特性示意图可以得到传统下垂控制方程为：

式(3)中：ω是被控逆变器输出电压角频率；u是被控逆变器输出电压幅值；ω0是空载输出电压角频率参考值；u0是空载输出电压幅值参考值；m是有功功率下垂系数；n是无功功率下垂系数；p是负载分配的有功功率；q是负载分配的无功功率，传统的下垂控制是一种有差调节。

p-ω、q-u下垂特性呈线性关系，既下垂系数m、n为定值，若采样常规下垂控制，会造成功率分配误差。在多逆变器并联低压微电网实际运行中，一些电气设备对于功率波动较为敏感，当功率分配误差较大时，极易造成设备脱网。

如图4所示，本发明提出一种新型自适应下垂控制方案，通过自动调节下垂系数来减少功率分配偏差。新型自适应下垂特性示意图中的新型自适应下垂系数mi、ni可以表示为：

式(4)、(5)中：为了保证下垂控制稳定，设定输出电压角频率和电压幅值的阈值上限、下限，既设定ωmax、ωmin、umax、umin；δp、δq为当前输出有功、无功功率与目标有功、无功功率的差值。

当面对同样有功、无功调节，采用新型自适应下垂控制的功率波动更小。以有功-频率调节为例，当在a点发生功率波动，下垂系数mi由电压角频率阈值上限处至工作点a逐渐增大，由工作点a至电压角频率阈值下限处逐渐减少。在a点处面对同样调节量δω，传统下垂曲线功率波动δp1大于新型自适应下垂曲线功率波动δp2，在多逆变器并联低压微电网中，逆变器输出功率变化率大幅减少，有效避免了功率分配误差，减少了系统电压波动。

为了验证本发明提出的多逆变器并联低压微电网自适应下垂控制方案的有效性。在matlab/simulink下搭建如图2所示含有两个分布式电源点的多逆变器并联低压微电网仿真模型，线路参数如表1所示。仿真设定负荷突减工况为：系统稳定运行至1.2s时，负荷功率由55mw突减至30mw；负荷突增工况为：系统稳定运行至1.2s时，负荷功率由55mw突增至80mw。

表1多逆变器并联低压微电网线路参数

如图5所示，当多逆变器并联低压微电网负荷功率在1.2s减少35mw后，采用常规下垂控制下的dg1输出功率由30mw变至25mw，dg2输出功率由25mw变至15.5mw，相对误差达到24.5％，功率分配偏差过大是由于线路阻抗不匹配造成的。

如图6所示，当多逆变器并联低压微电网负荷功率在1.2s减少35mw后，采用自适应下垂控制下的dg1输出功率由30mw变至19.7mw，dg2输出功率由25mw变至10.1mw，相对误差只有0.5％，对功率分配偏差可以很好控制。

如图7所示，当多逆变器并联低压微电网负荷功率在1.2s减少35mw后，采用传统下垂控制面对负载突减，母线电压升高后无法恢复至原额定电压，存在稳态电压偏差，极易造成一些电气设备因为过电压保护动作而停止运行。

如图8所示，当多逆变器并联低压微电网负荷功率在1.2s减少35mw后，采用自适应下垂控制控制面对负载突减，母线电压先上升再恢复至额定电压，消除了稳态电压偏差，保证了多逆变器并联低压微电网的供电可靠性。

如图9所示，当多逆变器并联低压微电网负荷功率在1.2s增加35mw后，采用常规下垂控制下的dg1输出功率由30mw变至36.1mw，dg2输出功率由25mw变至35.2mw，相对误差达到24.8％，与功率突减工况类似，同样存在功率分配偏差过大的问题。

如图10所示，当多逆变器并联低压微电网负荷功率在1.2s增加35mw后，采用自适应下垂控制下的dg1输出功率由30mw变至40.3mw，dg2输出功率由25mw变至39.9mw，相对误差只有0.6％，很好的避免了传统下垂控制策略的有差特性，能更大程度上利用自身的容量，在短时间内有更多的功率来配合调节系统的功率不平衡。

如图11所示，当多逆变器并联低压微电网负荷功率在1.2s增加35mw后，采用传统下垂控制面对负载突增，与功率突减工况类似电压母线电压降低后无法恢复至原额定电压，电压偏差较为严重。

如图12所示，当多逆变器并联低压微电网负荷功率在1.2s增加35mw后，采用自适应下垂控制控制面对负载突增，母线电压先上升再恢复至额定电压，电压调节能够维持在设定的小偏移量范围内，消除了稳态电压偏差，提高多逆变器并联低压微电网中分布式电源点的利用率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。