CN112436518A - 一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法，计算负荷功率，并对电网进行传统的潮流计算；计算虚拟平衡节点承担的有功功率P_sb，若满足|P_sb|＜ε，则进入下一步骤，否则返回步骤2；计算变换器出口电压E，根据电压E与无功Q_Gi之间的下垂关系计算每一个分布式电源发出的无功功率Q_Gi；再次进行传统的潮流计算，并计算虚拟平衡节点承担的无功功率Q_sb，若满足|Q_sb|＜ε，则终止计算；否则返回步骤2。本发明潮流计算结果精确性高，节点电压标么值的最大绝对误差为0.0001，而现有技术忽略了电抗器影响，节点电压标么值的最大绝对误差为0.004，提出的计算框架具有通用性，不限于任何一种传统的潮流计算方法，方法易于使用。

Description

一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法

技术领域

本发明涉及一种精确潮流计算方法，尤其涉及一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法。

背景技术

当微电网中分布式电源的逆变器采用传统下垂控制方式时，如附图1所示，由于电抗器的作用，电源发出的无功Q与端电压U并不是真正的线性下垂关系，现有技术在计算微电网潮流时，忽略了电抗器上的压降，将无功与端电压之间按照线性下垂关系进行计算，进而为结果带来了误差。除此之外，现有微电网潮流计算技术往往针对某一种传统潮流计算方法进行改进或完全利用新的方法求解，方法复杂，不利于工业应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决两个问题：

(1)解决电源逆变器在传统下垂控制方式下，微电网潮流计算不够精确的技术问题；

(2)发明一个通用的计算框架，使工业应用者利用其掌握的任何一种传统潮流计算方法就可以进行改进，从而获得独立微电网的潮流计算结果。方法易于理解，具有通用性。

本发明的目的是这样实现的：

步骤1：选择微电网中任意一个节点为虚拟平衡节点，各个节点初始电压设定为1，额定频率设定为50Hz，确定每一个分布式电源的额定有功功率、无功功率，设定有功与频率之间的下垂系数m_i，无功与电压之间的下垂系数n_i。

步骤2：计算负荷功率，并对电网进行传统的潮流计算，这里需说明的是，本发明不限于具体的传统潮流计算方法，使用者可根据自己熟悉的方法进行选择，例如牛顿-拉夫逊，高斯赛德尔，前推回代方法等等。

步骤3：计算虚拟平衡节点承担的有功功率P_sb，若满足|P_sb|＜ε，则进入下一步骤，否则根据有功功率与频率之间的下垂关系，更新频率f和每一个分布式电源有功功率P_Gi，返回步骤2。

步骤4：计算变换器出口电压E，根据电压E与无功Q_Gi之间的下垂关系计算每一个分布式电源发出的无功功率Q_Gi。

步骤5：再次进行传统的潮流计算，并计算虚拟平衡节点承担的无功功率Q_sb，若满足|Q_sb|＜ε，则终止计算；否则根据无功功率与电压之间的关系，更新虚拟平衡节点电压，返回步骤2。

本发明还包括这样一些特征：

1.所述步骤2中计算负荷功率P_Li，Q_Li满足：

其中c_1i，c_2i，c_3i，d_1i，d_2i，d_3i为负荷系数。

2.所述步骤3中虚拟平衡节点承担的有功功率P_sb满足：

P_sb＝Re(V_sb·∑I_sb ^*)-P_Gsb+P_Lsb (3)

其中V_sb为虚拟平衡节点电压，I_sb为与虚拟平衡节点连接支路的电流，P_Gsb为若虚拟平衡节点接有分布式电源，则P_Gsb为分布式电源有功功率值，若不与分布式电源相连，则P_Gsb＝0。P_Lsb为负荷有功功率。

3.所述步骤3中更新每一个分布式电源有功功率P_Gi满足：

P_Gi ^(k)＝P_Gi ^(k-1)+ΔP_Gi (6)

其中ΔP_Gi为分布式电源有功功率修正量。

更新频率f满足：

f＝f^*-m_i(P_Gi-P_ref,i) (7)

其中P_ref,i为分布式电源有功功率额定值，f^*为额定频率。

4.所述步骤4中电力电子变换电路出口电压E满足：

E_i＝V_i+I_i·jX_Li (8)

其中V_i为逆变器端电压，由传统潮流计算获得，X_Li为电抗器的电抗值，I_i为流过电抗器的电流，也即逆变器电流。

5.所述步骤4中无功功率Q_Gi满足：

E_i＝E^*-n_i(Q_Gi-Q_ref,i) (9)

其中，Q_ref,i为分布式电源额定无功功率。

6.所述步骤5中虚拟平衡节点承担的无功功率Q_sb满足：

Q_sb＝Inv(V_sb·∑I_sb ^*)-Q_Gsb+Q_Lsb。 (10)

7.述步骤5更新虚拟平衡节点电压V_sb ^(k)满足：

V_sb ^(k)＝V_sb ^(k-1)-ΔV_sb。 (12)

8.所述步骤2中的传统的潮流计算可替换为牛顿-拉夫逊、高斯赛德尔或前推回代方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明针对逆变器的传统下垂控制方式，本发明的潮流计算结果精确性高，节点电压标么值的最大绝对误差为0.0001，而现有技术忽略了电抗器影响，节点电压标么值的最大绝对误差为0.004。提出的计算框架具有通用性，不限于任何一种传统的潮流计算方法，使用者可将自己熟悉的传统潮流计算方法纳入框架中进行微电网潮流计算，方法易于使用。

附图说明

图1为分布式电源逆变器的原理图；

图2为算法流程图；

图3为算例系统网络图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

以如图3所示的33节点微电网为例进一步描述本发明的实施过程。微电网的线路阻抗及初始负荷参数如表1所示。

表1

本网中有5个分布式电源，32条支路、网络基准电压12.66kV、三相功率准值取10MVA

步骤1：选择节点1为虚拟平衡节点，各个节点电压初始值为1，频率初始值为1，假设5个电源额定功率标么值都为0.9+j0.9,下垂系数m₁～m₅分别取0.05,1.0,0.1,1.0,0.2；为简便计算，取m_i＝n_i。负荷系数取c_1i＝d_1i＝0.2,c_2i＝d_2i＝0.3，c_3i＝d_3i＝0.5，误差ε＝10^-4。

步骤2：计算负荷功率，由于初始系统频率标么值为1，由公式(1)(2)可知，负荷功率不变。本算例中选择前推回代这个传统潮流算法进行计算，求得系统中各个节点电压，支路电流。

步骤3：由公式3计算虚拟平衡节点1的有功功率，计算得P_sb＝2.99>ε。则由公式(4)-(6)计算新的电源节点有功功率值：P_G1＝2.5163，P_G2＝0.9808，P_G3＝1.7082，P_G4＝0.9808，P_G5＝1.3041。由公式(7)计算新的系统频率为f＝0.9192。返回步骤2直至满足收敛条件|P_sb|＜ε，则进入步骤4。

步骤4：由公式(8)(9)计算E与电源节点无功功率Q_Gi。

步骤5：利用前推回代法再次计算潮流，并由公式(10)计算虚拟平衡节点1的无功功率，Q_sb＝-0.0966，则|Q_sb|＞ε，由公式(11)(12)计算平衡节点1新的电压值V_sb＝1.0026，返回

步骤2开始新的一次迭代，直至满足收敛条件|Q_sb|＜ε则终止计算。

表2为本发明的结果与PSCAD软件仿真结果的对比，PSCAD软件仿真结果通常被认为是准确值，但是仿真时间长，实际工程中不被采纳，通常用来验证新发明方法的精确性。可看出最大电压幅值误差为0.0001，表明算法精确度高。表2也列出了现有技术方法的计算结果[1]，最大电压幅值误差为0.004。

[1]F.Hameed,M.A Hosani and H.H.Zeineldin,“A modified backward/forwardsweep load flow method for islanded radial microgrids,”IEEE Trans.Smart Grid,vol.10,no.1,pp 910-918,Jan.2019.

表2本发明的结果与PSCAD仿真结果的对比

Claims (9)

1.一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1：选择微电网中任意一个节点为虚拟平衡节点，各个节点初始电压设定为1，额定频率设定为50Hz，确定每一个分布式电源的额定有功功率、无功功率，设定有功与频率之间的下垂系数m_i，无功与电压之间的下垂系数n_i；

步骤2：计算负荷功率，并对电网进行传统的潮流计算；

步骤3：计算虚拟平衡节点承担的有功功率P_sb，若满足|P_sb|＜ε，则进入下一步骤，否则根据有功功率与频率之间的下垂关系，更新频率f和每一个分布式电源有功功率P_Gi，返回步骤2；

步骤4：计算变换器出口电压E，根据电压E与无功Q_Gi之间的下垂关系计算每一个分布式电源发出的无功功率Q_Gi；

步骤5：再次进行传统的潮流计算，并计算虚拟平衡节点承担的无功功率Q_sb，若满足|Q_sb|＜ε，则终止计算；否则根据无功功率与电压之间的关系，更新虚拟平衡节点电压，返回步骤2。

2.根据权利要求1所述的一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法，其特征是，所述步骤2中计算负荷功率P_Li，Q_Li满足：

其中c_1i，c_2i，c_3i，d_1i，d_2i，d_3i为负荷系数。

3.根据权利要求1所述的一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法，其特征是，所述步骤3中虚拟平衡节点承担的有功功率P_sb满足：

P_sb＝Re(V_sb·∑I_sb ^*)-P_Gsb+P_Lsb (3)

其中V_sb为虚拟平衡节点电压，I_sb为与虚拟平衡节点连接支路的电流，P_Gsb为若虚拟平衡节点接有分布式电源，则P_Gsb为分布式电源有功功率值，若不与分布式电源相连，则P_Gsb＝0。P_Lsb为负荷有功功率。

4.根据权利要求1所述的一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法，其特征是，所述步骤3中更新每一个分布式电源有功功率P_Gi满足：

P_Gi ^(k)＝P_Gi ^(k-1)+ΔP_Gi (6)

其中ΔP_Gi为分布式电源有功功率修正量；

更新频率f满足：

f＝f^*-m_i(P_Gi-P_ref,i) (7)

其中P_ref,i为分布式电源有功功率额定值，f^*为额定频率。

5.根据权利要求1所述的一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法，其特征是，所述步骤4中电力电子变换电路出口电压E满足：

E_i＝V_i+I_i·jX_Li (8)

其中V_i为逆变器端电压，由传统潮流计算获得，X_Li为电抗器的电抗值，I_i为流过电抗器的电流，也即逆变器电流。

6.根据权利要求1所述的一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法，其特征是，所述步骤4中无功功率Q_Gi满足：

E_i＝E^*-n_i(Q_Gi-Q_ref,i) (9)

其中，Q_ref,i为分布式电源额定无功功率。

7.根据权利要求1所述的一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法，其特征是，所述步骤5中虚拟平衡节点承担的无功功率Q_sb满足：

Q_sb＝Inv(V_sb·∑I_sb ^*)-Q_Gsb+Q_Lsb。 (10)

8.根据权利要求1所述的一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法，其特征是，所述步骤5更新虚拟平衡节点电压V_sb ^(k)满足：

V_sb ^(k)＝V_sb ^(k-1)-ΔV_sb。 (12)

9.根据权利要求1所述的一种传统下垂控制微电网的精确潮流计算方法，其特征是，所述步骤2中的传统的潮流计算可替换为牛顿-拉夫逊、高斯赛德尔或前推回代方法。

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