CN112421675B - 一种基于电流源下垂的输出功率控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及应急微电网稳定运行控制技术，旨在提供一种基于电流源下垂的输出功率控制方法。包括：对于同时含有柴油发电机和电流源型分布式电源的应急微电网系统，利用三相软件锁相环检测应急微电网系统的运行频率；当运行频率处于最大功率输出区时，控制电流源型分布式电源工作在最大功率输出模式；当其运行频率处于输出功率调节区时，控制电流源型分布式电源的输出功率随频率的增加而减少，且使调节幅度呈线性变化。本发明对不同频率分区采用不同的控制策略，在在MPPT模式保证电流源的最大出力，在功率调节模式使输出功率与负载功率相匹配，保证应急孤岛微电网系统的稳定运行。能灵活调节输出功率、协调平衡，能实现对于不同容量配比的应急微电网系统功率的协调匹配与稳定运行。

Description

一种基于电流源下垂的输出功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于电流源下垂的输出功率控制方法，属于应急微电网稳定运行控制技术。
背景技术
应急微电网是在灾害导致城市配电网大面积停电时，对部分停电区域利用移动应急电源组网对其中的重要负荷进行供配电的系统。
传统的应急微电网属于孤岛系统，系统中由柴油发电机提供孤岛系统中电压的幅值和频率的支撑，光伏、风电等新能源作为电流源型分布式电源运行在MPPT(最大功率点运行)模式，当负载用电功率小于电流源输出功率后，电流源型分布式电源输出过多的功率，会影响系统的稳定性。
目前现有的技术多采用集中式控制方案，通过中央控制器调节各个分布式电源的功率输出。但集中式控制方案需要外加通讯线，并且对通信带宽有较高要求，成本较高，可靠性较低。
因此本发明提出了一种基于电流源下垂的输出功率控制方法，以实现应急微电网系统中的功率协调优化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于电流源下垂的输出功率控制方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种基于电流源下垂的输出功率控制方法，包括以下步骤：
(1)对于同时含有柴油发电机和电流源型分布式电源的应急微电网系统，利用三相软件锁相环检测应急微电网系统的运行频率；
(2)对微电网系统的运行频率fmin-fmax按下述方式分区：将系统允许的最小频率fmin至额定运行频率f0之间，划分为最大功率输出区fmin-f0；将系统额定运行频率f0至允许的最大频率fmax之间，划分为输出功率调节区f0-fmax；
(3)当检测信息显示微电网系统的运行频率处于最大功率输出区时，控制电流源型分布式电源工作在最大功率输出模式；当其运行频率处于输出功率调节区时，控制电流源型分布式电源的输出功率随频率的增加而减少，且使调节幅度呈线性变化。
本发明所述步骤(1)中，利用三相软件锁相环进行检测时，具体包括：将应急微电网系统中的三相电压经过abc/dq变换，变换的角度为锁相环的最终输出θgrid；将q轴输出分量做PI调节，得到的结果再与参考频率相加得到输出频率f；然后将输出频率f再经过一个积分环节，得到最终输出相位θgrid；经过负反馈调节，实现锁相环对应急微电网系统的相位实现锁相。
本发明所述步骤(3)中，对电流源型分布式电源的输出功率采用不同的控制策略，具体功率输出控制方程如下：
Figure BDA0002718540820000021
其中，Pout为电流源型分布式电源的实际输出功率；PMPPT为电流源型分布式电源的输出最大功率；f为微电网系统的实际频率；fref为设定的参考频率，与f0相等；m为下垂系数。
本发明中，所述下垂系数根据下述公式计算：
Figure BDA0002718540820000022
其中，fmax为微电网系统的允许最大输出频率；fref为设定频率参考值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过应急微电网系统的频率进行划分，对于不同频率分区采用不同的控制策略，在(fmin-f0)电流源工作在MPPT模式，保证电流源的最大出力，在(f0-fmax)电流源工作在功率调节模式，使输出功率与负载功率相匹配，保证应急孤岛微电网系统的稳定运行。
(2)本发明提出了功率调节模式的控制策略和参数设计方案，通过对电流源下垂系数的合理设置，灵活调节电流源发电装置的输出功率，使微电网中的功率协调平衡。对于不同容量配比的应急微电网系统，都能实现功率的协调匹配与稳定运行。
附图说明
图1是应急微电网系统的结构域示意图；
图2是电流源下垂工作原理示意图；
图3是基于电流源下垂的输出功率控制方法流程框图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明的技术方案进行详细说明：
本发明的原理是基于传统应急微电网的下垂控制，应急微电网中的柴油发电机通过输出功率调节系统的频率的原理。在应急微电网系统中加入电流源下垂控制，通过检测系统的输出频率，判断应急微电网系统的负载状态。当系统处于轻载状态时，调节电流源输出功率，使之与负载功率相匹配。
应急微电网的系统拓扑结构如图1所示，结合图2、3，本发明的实施过程如下：
(1)对于同时含有柴油发电机和电流源型分布式电源的应急微电网系统，利用三相软件锁相环检测应急微电网系统的输出电压和运行频率；
利用三相软件锁相环进行检测时，具体包括：将应急微电网系统中的三相电压经过abc/dq变换，变换的角度为锁相环的最终输出θgrid；将q轴输出分量做PI调节，得到的结果再与参考频率相加得到输出频率f；然后将输出频率f再经过一个积分环节，得到最终输出相位θgrid；经过负反馈调节，实现锁相环对应急微电网系统的相位实现锁相。
(2)对微电网系统的运行频率fmin-fmax按下述方式分区：将系统允许的最小频率fmin至额定运行频率f0之间，划分为最大功率输出区fmin-f0；将系统额定运行频率f0至允许的最大频率fmax之间，划分为输出功率调节区f0-fmax；
(3)判断系统的运行频率f0所处的分区，当检测信息显示微电网系统的运行频率处于最大功率输出区时(fmin≤f≤f0)，控制电流源型分布式电源工作在最大功率输出模式(MPPT模式)；当其运行频率处于输出功率调节区时(f0＜f≤fmax)，控制电流源型分布式电源的输出功率随频率的增加而减少(下垂工作模式)，且使调节幅度呈线性变化(如图3所示)。从而实现应急微电网系统功率输出平衡，保持稳定运行。
对电流源型分布式电源的输出功率采用不同的控制策略，具体功率输出控制方程如下：
Figure BDA0002718540820000031
其中，Pout为电流源型分布式电源的实际输出功率；PMPPT为电流源型分布式电源的输出最大功率；f为微电网系统的实际频率；fref为设定的参考频率，与f0相等；m为下垂系数。
所述下垂系数m根据下述公式计算：
Figure BDA0002718540820000041
其中，fmax为微电网系统的允许最大输出频率；fref为设定频率参考值。
综上所示，在应急微电网系统中，当用电负载功率小于系统中电流源的输出功率时，通过系统的频率检测用电负载功率状态，然后通过电流源型下垂控制策略调节轻载时电流源的输出功率，使之与负载功率相匹配，实现系统中功率协调稳定运行。

Claims (1)

1.一种基于电流源下垂的输出功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对于同时含有柴油发电机和电流源型分布式电源的应急微电网系统，利用三相软件锁相环检测应急微电网系统的运行频率；具体包括：
将应急微电网系统中的三相电压经过abc/dq变换，变换的角度为锁相环的最终输出θgrid；将q轴输出分量做PI调节，得到的结果再与参考频率相加得到输出频率f；然后将输出频率f再经过一个积分环节，得到最终输出相位θgrid；经过负反馈调节，实现锁相环对应急微电网系统的相位实现锁相；
(2)对微电网系统的运行频率fmin-fmax按下述方式分区：将系统允许的最小频率fmin至额定运行频率f0之间，划分为最大功率输出区fmin-f0；将系统额定运行频率f0至允许的最大频率fmax之间，划分为输出功率调节区f0-fmax；
(3)当检测信息显示微电网系统的运行频率处于最大功率输出区时，控制电流源型分布式电源工作在最大功率输出模式；当其运行频率处于输出功率调节区时，控制电流源型分布式电源的输出功率随频率的增加而减少，且使调节幅度呈线性变化；
对电流源型分布式电源的输出功率采用不同的控制策略，具体功率输出控制方程如下：
Figure FDF0000020843350000011
其中，Pout为电流源型分布式电源的实际输出功率；PMPPT为电流源型分布式电源的输出最大功率；f为微电网系统的实际频率；fref为设定的参考频率，与f0相等；m为下垂系数；
所述下垂系数根据下述公式计算：
Figure FDF0000020843350000012
其中，fmax为微电网系统的允许最大输出频率；fref为设定频率参考值。
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