CN103683335B - 一种微电网协调控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微电网协调控制方法，各DG装置通过对应的电力电子接口与微电网连接，微电网通过静态开关与主电网连接，并设定微电网到主电网的方向为上游方向，反之为下游方向。利用各DG装置修正后的下垂系数Mi F对微电网的有功分享协调控制，修正后的有功下垂系数的倒数等于该DG连接点下游所连接的各个DG装置的有功输出控制模式的下垂系数倒数之和。本发明的微电网协调控制方法对传统的下垂控制系数进行修正，将修正过下垂系数的逆变器控制器应用在微电网中，所有DG装置均能自动补偿负载变化，有效地克服了DG装置过载现象，实现功率均衡分享，而系统频率偏差也保持在可接受的范围内，微电网内的电能质量得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种微电网控制系统中的分布式发电协调控制方法。
背景技术
随着对分布式发电以及相应的分布式储能技术的研究的深入，逐步形成了将分布式发电(DG-DistributedGeneration，指连接在终端用户附近的低压发电装置)相关技术综合在起而形成的特殊电网形式——微电网。微电网的基本结构如图1所示，微电网在公共连接点PCC(pointofcommoncoupling)通过一个静态开关来与外部电网Grid隔离开来。当静态开关闭合的时候，微电网进入并网运行状态，当静态开关打开的时候，微电网进入孤立运行状态。在PCC处一般还装有功率控制器，控制整个微电网与外部电网之间的功率交换。微电网内部结构呈放射型，由feed1、feed2与feed3三条馈线组成，在每条馈线上连接有各种微电源和负载。微电网的负载一般包括重要负载和一般负载。在微电网能量供应不足的时候，优先考虑重要负载的供电，此时可以卸掉一般负载来达到功率平衡。
从微电源的控制方法上来看，微电源控制分为恒功率控制(PQcontrol),下垂控制(droopcontrol)和恒压恒频控制(V/fcontrol)。所谓下垂控制就是选择根据微电网的控制目标，采用与传统发电机相似的下垂特性曲线（DroopCharacter）作为对DG的控制方式来达到对微源的控制，利用频率有功下垂曲线将系统不平衡的功率动态分配给各个机组承担，保证微网系统中频率电压的统一，不需要通信连接、降低系统成本、简单可靠。
由于很多DG是通过逆变器接入微电网的，微电网孤岛运行时，就相当于多个逆变器并联，如图2所示分别为DG装置与微电网连接图，由图可知，DG装置通过一个电压源IGBT逆变器（把直流电能转变为交流电能输送到微电网）和LCL滤波电路及隔离变压器接入到微电网；测量变换电路把电压电流互感器（CT1/PT1或CT2/PT2）测得的三相电压电流信号（iDG_abc,iFL_abc,EDG_abc,VFL_abc）转换为控制器能接收的三相信号iabc、Vabc；逆变器控制器通过对测量变换电路输入的三相电压电流信号进行计算处理后控制IGBT逆变器。
如图4所示为馈线功流控制的串联微电网配置结构图，微电网内的DG装置在地里位置上分散布置，因而形成分布式发电系统，各个DG装置都通过相应的换流器或逆变器与微电网连接。任意一个DG装置在微电网中的相对位置以上游和下游来区分，上游为微电网到主电网的方向，反之即为下游。
正常情况下静态开关是闭合的，即微电网并网运行，此时DG装置全部工作于最大功率输出。当主电网发生故障时，静态开关断开，此时微电网孤岛运行，要求DG装置共同分享微电网负荷，也就是DG装置之间实现有功分享控制。
为了保证微电网输电运行的可靠性和电能质量，目前微电网控制一般采用功率下垂控制法对每一个逆变器进行控制。功率下垂系数法不需要增加通讯信号，直接检测逆变器自身输出的有功和无功功率，来对输出电压的频率和幅值进行调整，保证各逆变器模块的电压和频率保持一致，有效地抑制环境，实现系统的稳定。但这种控制方法在微电网从并网到孤岛转换的过渡过程中会存在如下问题：（1）会出现下游DG装置功率分享严重不均，造成电源过载退出连接，甚至引发连锁反应，造成微电网崩溃解列；（2）是出现微电网的频率大幅度变化，造成电能质量下降。因此，需要在传统的下垂控制中，对下垂系数进行修正，实现DG装置的有功分享控制。
农业工程学报第2012年3月刊公开了一种“微电网并网逆变器下垂控制策略的改进”，该文提出了一个改进下垂控制算法，该改进算法通过对下垂系数的调整使功率分配不均的问题得到了改善，可以减少微网逆变器控制误差，提高微网控制精度，本发明提出了一种有别于上述改进下垂控制算法的新方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种微电网协调控制方法，不同于现有技术的下垂系数调整方式，用于解决功率分享，防止微电网从并网到孤岛转换过渡过程中因频率发生大幅度变化而影响电能的质量。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种微电网协调控制方法，各DG装置通过对应的电力电子接口与微电网连接，微电网通过静态开关与主电网连接，并设定微电网到主电网的方向为上游方向，主电网到微电网的方向为下游方向，根据各DG装置的有功下垂系数Mi P，利用各DG装置修正后的下垂系数Mi F对微电网的有功分享协调控制，对应DG装置修正后的下垂系数的倒数等于该DG连接点下游所连接的各个DG装置的有功输出控制模式的下垂系数倒数之和。。
本发明的微电网协调控制方法对传统的下垂控制系数进行修正，利用DG装置的有功输出控制模式下垂系数，建立馈线功流控制模式下的DG有功下垂系数与有功输出控制模式下的有功下垂系数之间的关系，馈线功流控制模式下，DG有功下垂系数的倒数等于该DG连接点下游所连接的各个DG装置的有功输出控制模式的下垂系数倒数之和。将修正过下垂系数的逆变器控制器应用在馈线功流控制模式下的微电网中，所有DG装置均能自动补偿负载变化，有效地克服了DG装置过载现象，实现功率均衡分享，而系统频率偏差也保持在可接受的范围内，微电网内的电能质量得到提高。
附图说明
图1为微电网的基本结构示意图；
图2为DG装置与微电网连接图；
图3为逆变器控制器的原理图；
图4为馈线功流控制的微电网配置结构图；
图5为馈线功流控制的微电网的实施例结构图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
如图3的虚框图所示，该逆变器控制器主要由有功和无功计算模块，低直流滤波器模块，电压下垂控制算法模块，电压控制器模块，有功下垂控制模块，频率积分模块及SVPWM脉冲调制模块等模块组成，虚框内为现有的有功分享方法，其中其有功下垂系数MP为固定值，现有的有功分享方法采用功率控制模式，具体控制原理如下：直接控制DG装置输出功率，这是DG装置的基本工作模式，其功率下垂控制系数为MP，对于DG装置来讲MP是常数，这一常数不适合图4结构的微电网，原因是会引起较大的频率偏差使下游的DG装置输出功率超限。
在馈线功流工作模式下，通过控制DG输出功率，以使馈线连接处有功潮流保持恒定。当并网运行期间负载增时，DG增加功率输出以保持恒定的馈线有功潮流。此时不管微电网的负载如何变化，电网供给功率将保持不变。因此，从大电网角度来看微电网更像是一个可控负载。如图3所示，通过测量互连点处的馈线电流和电压以计算出馈线功率P，孤岛运行模式下馈线功流P与频率ω下垂特性可以用P-f下垂控制来代替，其功流P和频率ω之间的关系表示如下：ω=ω0-m(P-P0)
式中，m为下垂系数。
上述下垂系数m即为本实施例中的MP，本发明对该有功下垂系数MP进行修正，修正后对应的下垂系数为MF，此处该值是一个绝对量，为正值。
各DG装置通过对应的电力电子接口与微电网连接，微电网通过静态开关与主电网连接，并设定微电网到主电网的方向为上游方向，主电网到微电网的方向为下游方向，并采用馈线功流工作模式进行控制，其原理如下：该模式控制端面功流，要实现DG装置的有功分享，原来的下垂系数不再适用，DG装置的有功下垂系数的修正值MF为
1/Mi F=1/Mi P+1/Mi+1 P+……1/Mn P（1）
i表示第i个DG装置；n表示所有连接微电网的DG装置的个数；
Mi F表示在馈线功流工作模式下第i个DG装置的修正下垂系数；
Mi P表示在功率控制模式下第i个DG装置下的下垂系数。
由式（1）可知，馈线功流控制模式下，各个DG装置修正后的有功下垂系数的倒数等于该DG连接点自身及其下游所连接的各个DG装置的有功输出控制模式的下垂系数倒数之和，即利用功率控制模式的下垂系数求得馈线功流工作模式下各个DG装置修正后的下垂系数，以产生稳定合理的功率分享。由此可以推出：DG装置安装越接近主电网，下垂系数越小。这是因为下游DG装置微源的输出总的变量应等于上游馈线功率流的变化。当合理的实现功率分享时，DG安装越接近主电网，馈线流变化就越小。由于在暂态过渡期间馈线功率流变化与下垂常数成反比，DG安装位置与主电网越接近，对应下垂常数幅值就越小。
如图5是串联连接配置的馈线功流控制的微电网，通过静态开关连接到0.4kv、50Hz的主电网系统，其中ZF1、ZF2、ZF3、ZF4、ZF5、ZF6为对应的线路阻抗。假定在功率控制模式下各个DGS的下垂系数分别为：M1 P=0.0314Hz/kW、M2 P=0.0157Hz/kW、M3 P=0.0105Hz/kW，利用馈线功流控制模式对DG1～DG3进行控制时，DG1、DG2、DG3的下垂修正系数分别用公式（1）求出，即
1/M1 F=1/M1 P+1/M2 P+1/M3 P；M1 F=0.0052Hz/kw
1/M2 F=1/M2 P+1/M3 P；M2 F=0.0063Hz/kw
1/M3 F=1/MP；M3 F=0.0105Hz/kW
利用新的下垂系数直接实现对DG装置的有功分享控制，使各个DG装置均能自动补偿负载变化，有效的克服了DG装置过载现象，实现功率均衡分享，系统频率偏差也控制在可接受的范围内，提高微电网内的电能质量。
Claims (1)
1.一种微电网协调控制方法，各DG装置通过对应的电力电子接口与微电网连接，微电网通过静态开关与主电网连接，并设定微电网到主电网的方向为上游方向，主电网到微电网的方向为下游方向，其特征在于：根据各DG装置的有功下垂系数Mi P，利用各DG装置修正后的下垂系数Mi F对微电网的有功分享协调控制，对应DG装置修正后的下垂系数的倒数等于该DG连接点下游所连接的各个DG装置的有功输出控制模式的下垂系数倒数之和；DG装置的有功下垂系数的修正值MF为
1/Mi F＝1/Mi P+1/Mi+1 P+……1/Mn P(1)
其中，i表示第i个DG装置；n表示所有连接微电网的DG装置的个数；
Mi F表示在馈线功流工作模式下第i个DG装置的修正下垂系数；
Mi P表示在功率控制模式下第i个DG装置下的下垂系数。
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