串联型微电网分散式频率恢复控制方法及装置

本发明涉及电网，特别涉及串联型微电网分散式频率恢复控制方法及装置。

背景技术：

1、为减少化石燃料消耗、降低二氧化碳的排放，可再生能源的开发和利用成为了必然趋势。可再生能源通常具有随机性和波动性特征，比如光伏、风机等，这与传统同步发电机的特性有很大的差异。基于电力电子技术的微电网是解决可再生能源接入的有效方式，这对改变能源结构布局、促进智能电网的发展具有重要意义。

2、串联和并联是组成复杂电力网络两种基本的方式。频率是衡量电能质量的重要指标之一，微电网的频率控制方法可以分为集中式控制、分布式控制和分散式控制。集中式依赖于中央控制器，需要全局通信采集各dg本地信息传输至中央控制器进行计算，再通过高带宽通信传输至各分布式电源执行机构。该种控制方式能够获得好的电压电流波形，且能实现较为复杂的控制目标，能够使得系统频率总是工作在额定值。但该控制方法依赖于集中控制器和高带宽的通信网络，当集中式控制器出现故障时，系统将会奔溃。分布式控制方法不需要集中控制器，只需要采集邻近dg的信息便可实现整体的频率恢复控制，可以实现系统频率总是控制在额定值。但该种控制方法依然需要通信，通信延迟和通信故障严重影响频率恢复的性能。

3、下垂控制作为并联型微电网最具典型的一种分散式控制策略，其主要机理是模拟同步发电机的功率-频率特性。在下垂控制下系统的频率随负载的变化而变化，系统很难将频率维持在额定值。基于通信的二层频率恢复控制方法是解决下垂控制导致频率跌落的有效方法。但该方法需要通信才能实现，且对频率恢复使能一致性同步信号要求较高。

4、为了实现串联型微电网的分散式控制，文献：he jinwei,li yunwei,liangbeihua,wang chengshan.inverse power factor droop control for decentralizedpower sharing in series-connected-microconverters-based islanding microgrids[j].ieee transactions on industrial electronics,2017,64(9).提出了功率因素-频率逆下垂控制策略，该控制方法具有很好的动态和稳态性能，但只能运行在阻感负载情况下，不适用于阻容负载。

5、为了克服上述运行范围的制约，文献sun yao,shi guangze,li xing,yuanwenbin,su mei,han hua,hou xiaochao.an f-p/q droop control in cascaded-typemicrogrid[j].ieee transactions on power systems,2018,33(1).提出了f-p/q的分散式下垂控制策略，该控制策略能实现阻感和阻容负载情况下的稳定运行。然而，该方法不能运行在纯阻性的负载情况，且稳态时具有多个稳定的平衡点，当出现不理想的稳态平衡点时，系统负载电压将会严重的跌落，甚至会给分布式微源带来不可逆转的损坏。

6、文献sun yao,li lang,shi guangze,hou xiaochao,su mei.power factorangle droop control a general decentralized control of cascaded inverters[j].ieee transactions on power delivery,2020,pp(99).提出了功率因素角下垂控制策略，能够实现唯一稳态工作点运行。但上述控制策略在负载变化时，频率都将会波动，不能总是工作在额定频率点处。因此，需要对串联型微电网的频率恢复进行深入探索。

7、针对上述问题，本文提出了一种串联型微电网的分散式频率恢复控制方法。所提控制方法基于串联系统线路电流这一公共信息，将频率恢复项作为频率偏置加到功率因素角下垂控制中，实现系统的频率恢复控制。该控制方法是一种完全分散式的控制方式，仅需要各dg的本地电压电流信息便可，相比基于通信的控制方法，所提控制方法提高了系统的可靠性。随着负载变化，所提控制策略能够将频率总是控制在额定值，确保了系统的频率质量。

技术实现思路

1、本发明意在提供串联型微电网分散式频率恢复控制方法及装置，以提供一种完全分散式的仅需要各dg的本地电压电流信息便可的控制方式，以提高系统的可靠性。

2、本方案中的串联型微电网分散式频率恢复控制方法，包括以下步骤：

3、步骤1：串联型微电网由n个分布式发电(distributed generators,dgs)串联连接组成为负载供电，工作在孤岛模式，每个dg配置独立的lc滤波器，实现单独控制，第i个dg输出的有功功率和无功功率表示为：

4、

5、其中，pi为第i个dg输出的有功功率，qi为第i个dg输出的无功功率，vi为第i个dg输出电压幅值，δi第i个dg输出电压相角，z′load和θ′load代表整个系统含线路部分的负载阻抗模值和相角；

6、步骤2：通过分解式(1)中的实部和虚部，得出串联型微电网的功率传输特性，表达式为:

7、

8、

9、步骤3：串联微电网的自同步控制，分散式功率因素角下垂控制表示如下：

10、

11、vi＝v*  (5)

12、式中ω*为额定角频率，ωi为第i个dg的角频率，为额定功率因素角参考，m为一个正系数为第i个dg的功率因素角，v*第i个dg的输出电压参考。第i个dg的输出电压通过电压电流环控制器跟踪式(4)和式(5)合成的参考电压，从而实现分散式控制。

13、由式(4)可得，当系统进入稳态时有，

14、

15、式中i,j∈{1,2,…,n}。

16、根据式(2)-(6)可得，系统的稳态平衡点表示如下：

17、

18、当负载功率因素角增大时，系统的频率将会发生跌落。因此，为了使得系统频率总是工作在给定范围，确保高电能质量供电，需要探索串联型微电网的频率恢复控制策略。

19、步骤4：分散式频率恢复控制策略表示为：

20、

21、式中ωline,i为线路电流角频率，可以通过锁相环本地采样获取。k为收敛使能系数，且k≥0。当k＝0时，频率恢复使能失效，系统工作在功率因素角下垂模式，当k>0时，频率恢复使能，且不同的k值可以控制系统的收敛速度。从式(8)可知，各个下标均为i，所提控制策略是一种完全分散式的控制方式，不需要任何通信便可实现频率恢复。

22、本方案的工作原理及其有益效果：(1)针对现有串联型微电网分散式控制下的频率跌落问题，提出了分散式频率恢复控制策略，该控制策略能够将频率控制在给定值，提高了系统的频率质量。

23、(2)所提控制策略是一种完全分散式的控制方式，相比基于通信的频率恢复控制方法，该方法避免了因通信故障导致的系统失稳问题。因此，所提控制方法提高了系统的可靠性。

24、(3)基于实时仿真平台，验证了所提控制方法随着负载大小、负载特性等变化时的有效性。

25、串联型微电网分散式频率恢复控制的装置，包括控制单元，所述控制单元包含所述串联型微电网分散式频率恢复控制方法。