一种基于改进型下垂控制的微电网多主从混合控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种微电网控制方法，尤其是涉及一种基于改进型下垂控制的微电网 多主从混合控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着经济快递发展，一次性能源消耗随之增加，环境问题日益凸显，利用 先进的电力电子技术将风力发电、光伏发电、储能电池等整合在一起的微电网应运而生。微 电网能够在一定程度上克服分布式电源出力随机性和间歇性的缺陷，更加合理有效的利用 分布式发电，提高了能源利用率，解决了偏远地区的供电难题。但是在微电网中包含了多个 分布式电源(Distributed Generation，即DG或微电源），而各个DG之间需要进行合理的协 调控制，不同微电源需要采用不同的控制器。微电网中多个微电源协调控制是解决微电网 持续稳定运行、减小微电网对配电网的冲击、提高运行经济性和提高能源利用率的重要保 障。
[0003] 微电网层面的控制策略主要分为对等控制、主从控制和分层控制。其中：主从控制 策略要求微电网内部存在主控单元与从控单元，这种控制策略在微电网运行模式由并网向 孤岛模式过渡过程中，存在控制策略的切换过程;对等控制策略则认为微电网内部电源地 位平等，可以实现"即插即用"，在并网向孤岛模式过渡过程中微电网不需要改变控制方法， 但是控制方式单一，一些波动性微电源不能经济运行;分层控制策略能够实时与所有的微 电源及负荷通信，并不断修正当前的运行点参考值，但是其完全依赖于上层的控制通信单 元。微电源的控制策略可以分为恒功率(PQ)控制、恒压恒频(ν/F)控制和下垂(droop)控制。 下垂控制无需联络就可以实现多微电源的功率非配，得到广泛应用。但是传统的droop控制 受到线路等的影响难以实现功率的快速分配，较大的负荷会引起系统频率偏移，需要对 droop进行改进。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种频率稳定、抗冲 击性能好的基于改进型下垂控制的微电网多主从混合控制方法。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006] -种基于改进型下垂控制的微电网多主从混合控制方法，采用主从控制法控制微 电网中的多个分布式电源DG，所述的DG分别与交流母线连接，其特征在于，所述的主从控制 法对主控DG采用改进型droop控制，将频率差f-匕与电压差U-U Q作为反馈信号分别加入到f 和U，其中f、f n、U、UQ分别为主控DG输出频率、电网频率额定值、主控DG输出电压、主控DG输出 无功功率为0时的输出电压幅值。
[0007] 所述的反馈信号带有PI控制环节，并对下垂系数进行修正，反馈信号f-fn、U_U〇与 主控DG输出频率f、主控DG输出电压U的关系为：
[0008]
[0009]
[0010]其中，Pn为DG在额定频率下的输出有功功率，Uo为DG输出无功功率为0 (8卩Qn = 0)时 的电压幅值，P、Q分别为DG输出有功功率、无功功率的实测值，m、n分别为有功、无功的下垂 系数，m'f分别为修正后的有功、无功的下垂系数，并满足 1^>!11、1^>11，1([)、1(1分别为?1控制 的比例系数、积分系数，s为拉普拉斯算子。
[0011] 所述的有功的下垂系数m和无功的下垂系数η计算方法为：
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[0013]
[0014]式中，Pmax*DG在频率下降时允许输出的最大有功功率，fmin为DG输出有功功率最 大时相应的最小频率，QmaxSDG在电压幅值下降时允许输出的最大无功功率，UminSDG输出 无功功率最大时相应的最小电压幅值。
[0015] 所述的主从控制法的从控DG采用恒功率控制。
[0016] 所述的主控DG设有至少两个。
[0017]本发明提出了对传统droop控制进行改进的方法，并且综合考虑传统的主从控制 与对等控制的特点，将本发明所提的改进型droop控制应用到多主从混合协调控制当中，通 过合理设置droop控制的下垂系数，可以实现外界功率变化在各个分布式电源之间的合理 分配，从而满足负荷变化的需要，维持孤岛运行模式下对于电压和频率的支持作用。仿真结 果验证了本发明所提控制方法应用于多主从混合协调控制系统上的有效性和可行性。 [0018]与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0019] ⑴主控DG采用改进型droop控制，将频率差卜匕与电压差U-Uo作为反馈信号，实现 补偿，使频率和电压稳定。
[0020] (2)在反馈信号上增加 PI环节，并对下垂系数进行放大修正，放大反馈环节的补偿 作用，提高系统的适应性和稳定性。
[0021] (3)从控DG采用恒功率控制，有助于间歇性微电源实现最经济运行，同时还具有对 等控制的"即插即用"特点，只要保证至少有一个微电源运行在下垂状态下，其余的微电源 都可以进行微电源的"即插即用"。
[0022] (4)功率分配由多个主控DG-起完成，更加可靠简单，单个主控DG的故障不会影响 系统的运行稳定性;在并网向孤岛模式过渡过程中微电网无需改变控制策略，系统运行更 加流畅。
【附图说明】
[0023]图1为本发明改进型droop控制原理框图；
[0024] 图2为多主从控制微电网系统结构示意图；
[0025] 图3(a)~图3(g)为采用本发明控制方法控制微电网的仿真曲线图，其中图3(a)为 DG1的输出电压波形图，图3 (b)为DG1的输出电流波形图，图3 (c)为DG1的有功功率和无功功 率波形图，图3(d)为母线电压波形图，图3(e)为母线电流波形图，图3(f)为母线的有功功率 和无功功率波形图，图3(g)为母线处的频率变化曲线图；
[0026]图4为传统droop控制和本发明改进型droop控制分别应用在混合控制系统时的系 统频率。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0028] 实施例
[0029] 对于线路阻抗主要呈感性的逆变器，微电网中的分布式电源输出具有P-f、Q-U都 呈线性关系（即Ρ-f和Q-U特性），通过这种关系实现并联分布式电源输出功率的合理分配。 由此可得传统的droop控制关系式为：
[0030] f = fn+m(Pn-P) (1)
[0031] U = U〇-nQ (2)
[0032] 式中：fn为电网频率的额定值;Pn为微电源在额定频率下的输出有功功率;Uo为微 电源输出无功功率为〇(即(^ = 〇)时的电压幅值;P、Q分别为逆变电源输出有功、无功功率的 实测值;m、n为有功、无功的下垂系数，其计算公式为：
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[0038]
[0039]
[0040] AT :m_、η_7?ηι多it厄tfJ Γ驻承双，定刈 Γ 驻承双取人，一取73m、ntfJ-T1 苜到一 万倍之间，取值范围与m、n-致，具体扩大多少主要根据系统要求的不同而不同，本发明采 用扩大一千倍的下垂修正可以得到理想仿真效果;控制的比例系数、积分系数;s 为拉普拉斯算子。
[0041] 通过调节PI控制的比例系数心、积分系数Ki来补偿微电源输出电压变动的影响， 增强频率和电压的动态稳定性;m'n#是对droop系数m、n的放大修正，主要是放大反馈环节 的补偿作用，因为原来的反馈系数m、n太小反馈效果不明显，需要对反馈线上的下垂系数m、 η进行放大处理。这种改进在下垂特性上具体表现为:对于前一时刻的下垂特性的平移，平 移的多少、快慢主