CN110829457A - 基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法及装置 - Google Patents

基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法及装置 Download PDF

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CN110829457A CN201911257795.3A CN201911257795A CN110829457A CN 110829457 A CN110829457 A CN 110829457A CN 201911257795 A CN201911257795 A CN 201911257795A CN 110829457 A CN110829457 A CN 110829457A
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季玉华
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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法，包括：通过中央控制器分别计算第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降；根据所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降分别得到所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值；计算各个逆变器之间的无功差值和无功差值的变化量，通过模糊控制器采集所述逆变器的无功信息自适应调整虚拟阻抗，使所述虚拟阻抗匹配不平衡的等效线路阻抗。本发明能够适用于各种电压等级的微电网，提高微电网运行的稳定性。本发明还公开了一种装置和存储介质。

Description

基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法及装置。
背景技术
随着环境问题的日益严峻和人类对于能源的渴求日益增长，新能源利用技术得到了充分的发展。由分布式电源(distributed generation，DG)、分布式储能系统(distributed energy storage system，DESS)、电力电子装置、负荷和保护装置等组成的微电网系统，可以协调不同种类的分布式能源，实现分布式能源的有效利用，从而受到了各国学者的广泛关注。
微电网处于孤岛模式时，下垂控制技术是分布式电源单元的常用控制方法。若连接到各分布式电源单元的等效线路阻抗不一致，将会导致受控于系统电压的无功功率无法均分，同时会产生无功环流，影响电能传输效率和整个系统的稳定性。因此实现分布式电源单元的无功功率均分，成为关系到微电网孤岛稳定运行的重要问题。
在现有技术中，往往采用基于同步补偿的改进下垂控制策略，根据输出电压生成同步信号，通过该信号实现无功功率均分。
本发明人在实施本发明的过程中发现，现有技术中存在以下技术问题：
现有技术提供的方法对输出电压的精度牺牲较大；仍存在一定的无功误差；基于一致性算法的分布式控制实现交流微电网功率协调控制，只适用于电压等级较高的交流微电网。
发明内容
本发明实施例提供一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法，能够适用于各种电压等级的微电网，提高微电网运行的稳定性。
本发明实施例一提供一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法，所述微电网包括至少两个在传统下垂控制方式下工作的分布式电源单元，所述方法包括：
通过中央控制器分别计算第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降；
根据所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降分别得到所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值；
计算各个逆变器之间的无功差值和无功差值的变化量，通过模糊控制器采集所述逆变器的无功信息自适应调整虚拟阻抗，使所述虚拟阻抗匹配不平衡的等效线路阻抗。
作为上述方案的改进，所述通过中央控制器分别计算第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降，具体包括：
通过下式(1)和(2)计算所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降：
Figure BDA0002310780700000022
式中，ΔU1为第一分布式电源单元线路阻抗的压降；ΔU2为第二分布式电源单元线路阻抗(R+ΔR)和(X+ΔX)的压降；
Figure BDA0002310780700000023
为第二分布式电源单元线路阻抗R和X的压降；δV2为第二分布式电源单元线路阻抗ΔR和ΔX产生的压降；P1为第一分布式电源单元的有功功率，P2为第二分布式电源单元的有功功率；Q1为第一分布式电源单元的无功功率，Q2为第二分布式电源单元的无功功率。
作为上述方案的改进，所述根据所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降分别得到所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值，具体包括：
通过下式(3)和(4)计算所述第一分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值U1和所述第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值U2：
U1＝VPCC+ΔU1 (3)
Figure BDA0002310780700000031
式中，VPCC为公共连接点处的电压。
作为上述方案的改进，所述通过模糊控制器采集所述逆变器的无功信息自适应调整虚拟阻抗确定电压补偿值，具体包括：
令加在所述第二分布式电源单元线路阻抗上的虚拟阻抗是Zv＝Rv+jXv，其中Rv为虚拟电阻，Xv为虚拟感抗，Zv上产生的压降为δUz，由式(4)可得下式(5)：
Figure BDA0002310780700000032
当δUz＝δV2时，所述第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值U2如下式(6)所示：
Figure BDA0002310780700000033
其中，δUz补偿了引起无功功率不能均分的压降δV2；δUz和δV2用电压降落的形式表示为下式(7)：
Figure BDA0002310780700000034
令虚拟阻抗XV满足下式(8)：
Xv＝αRv (8)
式中，α为常数；
将式(8)代入式(7)可以得到下式(9)：
Figure BDA0002310780700000041
式(9)使得对于任意给定的ΔR、ΔX、P2、Q2都有一个与之对应的Rv，满足δUz＝δV2的条件。
作为上述方案的改进，所述中央控制器通过低带宽通信传递信息。
作为上述方案的改进，还包括：对所述逆变器的输出电压进行电压补偿。
本发明实施例二对应提供了一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制装置，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一所述的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法。
本发明实施例三对应提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如本发明实施例一所述的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法。
本发明实施例提供的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法，具有如下有益效果：
(1)利用中央控制器传递无功信息至各分布式电源单元处，通过模糊控制器改变虚拟阻抗的大小，使之匹配不平衡的等效线路阻抗，实现多个DG的无功功率均分；能够实现系统在常规工况下多个DG的无功功率均分，还可以实现复杂工况下的无功功率均分，适用于各种电压等级的微电网，维持系统电压的稳定，保证了电能质量，达到预期设定的目标；
(2)提出微电网无功均分控制策略，利用低带宽通信传递的无功信息，合理地设置虚拟阻抗，最终实现无功均分。同时在虚拟阻抗环节前加入电压反馈，应对逆变器输出端电压跌落问题，引入电压补偿环节，在不影响无功均分精度的同时，使输出电压恢复为额定值，消除电压偏差，保证了公共母线处的电压质量。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法的交流微电网简化结构示意图。
图2是本发明实施例一提供的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法的流程示意图。
图3是本发明实施例一提供的模糊自适应虚拟阻抗结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参见图2，是本发明实施例提供的模糊自适应虚拟阻抗结构图
参见图1，是本发明实施例一提供的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法的交流微电网简化结构示意图，图中，DESS为分布式储能系统；DG1为第一分布式电源单元，DG2为第二分布式电源单元。两个DG接入的微电网简化后的结构为DG1的线路虚拟阻抗为R和X，DG2的线路虚拟阻抗为R+ΔR和X+ΔX。中央控制器通过低带宽通信与各DG单元进行信息交换，完成功率分配。
参见图2，是本发明实施例一提供的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法的流程示意图，微电网包括至少两个在传统下垂控制方式下工作的分布式电源单元，方法包括：
通过中央控制器分别计算第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降；
根据第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降分别得到第一分布式电源单元和第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值；
计算各个逆变器之间的无功差值和无功差值的变化量，通过模糊控制器采集所述逆变器的无功信息自适应调整虚拟阻抗，使所述虚拟阻抗匹配不平衡的等效线路阻抗。
进一步的，参见图3，是本发明实施例一提供的模糊自适应虚拟阻抗结构图，虚拟阻抗的输入为无功功率的变化量ΔQ和该变化量的变化率ΔQ*，经过模糊控制器后得到虚拟电阻的变化量ΔRv，再经过一个比例积分器
Figure BDA0002310780700000061
输出为随着无功功率变化的虚拟电阻Rv
进一步的，通过中央控制器分别计算第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降，具体包括：
通过下式(1)和(2)计算第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降：
Figure BDA0002310780700000062
Figure BDA0002310780700000063
式中，ΔU1为第一分布式电源单元线路阻抗的压降；ΔU2为第二分布式电源单元线路阻抗(R+ΔR)和(X+ΔX)的压降；
Figure BDA0002310780700000064
为第二分布式电源单元线路阻抗R和X的压降；δV2为第二分布式电源单元线路阻抗ΔR和ΔX产生的压降；P1为第一分布式电源单元的有功功率，P2为第二分布式电源单元的有功功率；Q1为第一分布式电源单元的无功功率，Q2为第二分布式电源单元的无功功率。
进一步的，根据第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降分别得到第一分布式电源单元和第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值，具体包括：
通过下式(3)和(4)计算第一分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值U1和第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值U2：
U1＝VPCC+ΔU1 (3)
Figure BDA0002310780700000071
式中，VPCC为公共连接点处的电压。
进一步的，通过模糊控制器采集逆变器的无功信息自适应调整虚拟阻抗确定电压补偿值，具体包括：
令加在第二分布式电源单元线路阻抗上的虚拟阻抗是Zv＝Rv+jXv，其中Rv为虚拟电阻，Xv为虚拟感抗，Zv上产生的压降为δUz，由式(4)可得下式(5)：
当δUz＝δV2时，第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值U2如下式(6)所示：
Figure BDA0002310780700000073
其中，δUz补偿了引起无功功率不能均分的压降δV2；δUz和δV2用电压降落的形式表示为下式(7)：
Figure BDA0002310780700000074
令虚拟阻抗XV满足下式(8)：
Xv＝αRv (8)
式中，α为常数；
将式(8)代入式(7)可以得到下式(9)：
Figure BDA0002310780700000075
式(9)使得对于任意给定的ΔR、ΔX、P2、Q2都有一个与之对应的Rv，满足δUz＝δV2的条件。
通过δUz补偿了引起无功功率不能均分的压降δV2，提高了无功的分配精度。
进一步的，中央控制器通过低带宽通信传递信息。
进一步的，还包括：对逆变器的输出电压进行电压补偿。
具体地，为了应对逆变器输出端电压跌落问题，引入电压补偿环节，使逆变器的输出电压恢复为额定值。
本发明实施例提供的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法，具有如下有益效果：
(1)利用中央控制器传递无功信息至各分布式电源单元处，通过模糊控制器改变虚拟阻抗的大小，使之匹配不平衡的等效线路阻抗，实现多个DG的无功功率均分；能够实现系统在常规工况下多个DG的无功功率均分，还可以实现复杂工况下的无功功率均分，适用于各种电压等级的微电网，维持系统电压的稳定，保证了电能质量，达到预期设定的目标；
(2)提出微电网无功均分控制策略，利用低带宽通信传递的无功信息，合理地设置虚拟阻抗，最终实现无功均分。同时在虚拟阻抗环节前加入电压反馈，应对逆变器输出端电压跌落问题，引入电压补偿环节，在不影响无功均分精度的同时，使输出电压恢复为额定值，消除电压偏差，保证了公共母线处的电压质量。
本发明实施例二对应提供了一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中且被配置为由处理器执行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如本发明实施例一的基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法。基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
本发明实施例三对应提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如本发明实施例一所述的基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法，其特征在于，所述微电网包括至少两个在传统下垂控制方式下工作的分布式电源单元，所述方法包括：
通过中央控制器分别计算第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降；
根据所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降分别得到所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值；
计算各个逆变器之间的无功差值和无功差值的变化量，通过模糊控制器采集所述逆变器的无功信息自适应调整虚拟阻抗，使所述虚拟阻抗匹配不平衡的等效线路阻抗。
2.如权利要求1所述的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法，其特征在于，所述通过中央控制器分别计算第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降，具体包括：
通过下式(1)和(2)计算所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降：
Figure FDA0002310780690000011
Figure FDA0002310780690000012
式中，ΔU1为第一分布式电源单元线路阻抗的压降；ΔU2为第二分布式电源单元线路阻抗(R+ΔR)和(X+ΔX)的压降；
Figure FDA0002310780690000013
为第二分布式电源单元线路阻抗R和X的压降；δV2为第二分布式电源单元线路阻抗ΔR和ΔX产生的压降；P1为第一分布式电源单元的有功功率，P2为第二分布式电源单元的有功功率；Q1为第一分布式电源单元的无功功率，Q2为第二分布式电源单元的无功功率。
3.如权利要求2所述的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法，其特征在于，所述根据所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元线路阻抗的压降分别得到所述第一分布式电源单元和第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值，具体包括：通过下式(3)和(4)计算所述第一分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值U1和所述第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值U2：
U1＝VPCC+ΔU1 (3)
式中，VPCC为公共连接点处的电压。
4.如权利要求3所述的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法，其特征在于，所述通过模糊控制器采集所述逆变器的无功信息自适应调整虚拟阻抗，使所述虚拟阻抗匹配不平衡的等效线路阻抗。具体包括：
令加在所述第二分布式电源单元线路阻抗上的虚拟阻抗是Zv＝Rv+jXv，其中Rv为虚拟电阻，Xv为虚拟感抗，Zv上产生的压降为δUz，由式(4)可得下式(5)：
当δUz＝δV2时，所述第二分布式电源单元在传统下垂控制方式下工作时的电压值U2如下式(6)所示：
Figure FDA0002310780690000023
其中，δUz补偿了引起无功功率不能均分的压降δV2；δUz和δV2用电压降落的形式表示为下式(7)：
Figure FDA0002310780690000024
令虚拟阻抗XV满足下式(8)：
Xv＝αRv (8)
式中，α为常数；
将式(8)代入式(7)可以得到下式(9)：
Figure FDA0002310780690000031
式(9)使得对于任意给定的ΔR、ΔX、P2、Q2都有一个与之对应的虚拟阻抗Rv，满足δUz＝δV2的条件。
5.如权利要求1所述的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法，其特征在于，所述中央控制器通过低带宽通信传递信息。
6.如权利要求1所述的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法，其特征在于，还包括：对所述逆变器的输出电压进行电压补偿。
7.一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任意一项所述的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至6中任意一项所述的一种基于虚拟阻抗的微电网无功均分控制方法。
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