CN113363962A - 微电网联络线功率分层控制方法、系统、终端及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微电网联络线功率分层控制方法及系统，针对微电网，构建微电网联络线功率分层控制结构，所述微电网联络线功率分层控制结构包括两层控制层；其中：第一层控制层为设备级分散控制层，用于对PCC电压的幅值和频率进行初步调节；第二层控制层为系统级集中控制层，用于在第一层初步调节的基础上进一步调整PCC电压的幅值和相位，即通过通信网络将更新后的PCC电压幅值和相位的参考值发送至微电网中各台逆变器的本地控制器，进而实现微电网与主网之间特定的功率交换，实现对微电网联络线功率的控制和调节。同时提供了一种终端及介质。本发明减少了控制层级，暂态响应良好；控制方法简单有效，可靠性强；具有较强的鲁棒性。

Description

微电网联络线功率分层控制方法、系统、终端及介质

技术领域

本发明涉及微电网联络线功率控制技术领域，具体地，涉及一种含多并联组网分布式电源的微电网联络线功率分层控制方法、系统、终端及介质。

背景技术

传统的微电网联络线功率控制多是在一层下垂机制和二层电压频率补偿控制的基础上，由第三层的联络线功率控制调整二层补偿控制中PCC电压幅值和频率的参考值，进而调整二层控制向各个组网单元所发送的电压幅值和频率补偿量来实现微电网与主网间联络线功率的调节。这种自上而下垂直型的控制结构，存在时间尺度较长的二层补偿修正环节的问题，控制层级多，暂态响应较差；在应对本地负荷波动和功率分配系数在线调整等工况下鲁棒性较差。

经过检索发现：

技术文献GUERRERO J M,VASQUEZ J C,MATAS J,et al.Hierarchical controlof droop-controlled AC and DC microgrids—a general approach towardstandardization[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2011,58(1):158-172.提出了一种经典的基于下垂机制的微电网三层控制结构，一层下垂控制基于逆变器输出的有功和无功功率与系统电压和频率之间的下垂关系实现多并联逆变器分散组网；二层补偿控制修正PCC处电压和频率的偏差；在此基础上，三层联络线功率控制基于微电网内部各分布式电源发电的功率预测和负荷预测，根据经济调度指令确定各台DG的运行功率基点值，并调节二层补偿控制中PCC电压幅值和频率的参考值，进而调整二层控制向各个DG组网单元所发送的电压和频率的补偿量，从而实现微电网与主网间联络线功率的调节。然而，这种自上而下垂直型的控制结构的控制层级较多，层级间时间尺度相差较大，且下垂控制本质是一种稳态关系下推导出的一种有差控制方法，其暂态响应较差；其应对本地负荷波动和功率分配系数在线调整等系统扰动的能力不强，外部干扰易导致微电网系统无法满足其内部电压和频率的供电可靠性。这些局限性难以满足微电网长期稳定高效的运行需求。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种含多并联组网分布式电源的微电网联络线功率分层控制方法、系统、终端及介质。

根据本发明的一个方面，提供了一种微电网联络线功率分层控制方法，包括：针对微电网，构建微电网联络线功率分层控制结构，所述微电网联络线功率分层控制结构包括两层控制层；其中：

第一层控制层为设备级分散控制层，用于对PCC电压的幅值和频率进行初步调节，同时实现所述微电网中各分布式电源输出功率的精确分配；

第二层控制层为系统级集中控制层，用于在第一层初步调节的基础上进一步调整PCC电压的幅值和相位，即通过通信网络将更新后的PCC电压幅值和相位的参考值发送至微电网中各台逆变器的本地控制器，进而实现微电网与主网之间特定的功率交换，实现对微电网联络线功率的控制和调节。

优选地，所述微电网中，不同容量的分布式电源经由逆变器和线路阻抗并联于公共交流母线，并在各逆变器的控制器作用下共同维持PCC电压稳定。

优选地，所述设备级分散控制层采用基于PCC电压滤波跟踪误差的分散组网控制策略所述策略描述如下：

基于三相同步dq坐标系的PCC电压参考信号为：

则PCC电压动态跟踪误差定义为：

其中，v_od和v_oq为PCC实际电压；V₀为PCC额定电压幅值；

滤波跟踪误差定义为：

其中，q为大于零的常数；

基于滤波跟踪误差的第k台逆变器的控制律为：

其中，q、α、k_s和ρ均为大于零的常数；i_kd和i_kq为逆变器输出电流；C_f为逆变器滤波电容容值之和，即

m_k为每台逆变器功率分配系数，且

基于三相dq同步坐标系下的第k台逆变器出口电压表达式为：

其中，L_k和R_k分别为滤波电感和等效滤波电阻；v_kd和v_kq为逆变器滤波电容端电压；ω为逆变器额定角频率。

优选地，在含多并联组网分布式电源的微电网内部，各台分布式电源采集本地电压电流信息并通过所述设备级分散控制层的分散组网控制策略进行自治控制，保证公共交流母线电压精确跟踪输入参考电压，从而n台并联组网分布式电源运行共同维持PCC电压和频率稳定；而每台分布式电源则按照所设定的功率分配系数m_k按比例分配本地负荷消纳以及通过联络线外送或吸收的有功与无功功率。

优选地，所述系统级集中控制层，基于所述设备级分散控制层对PCC电压的幅值和频率进行初步调节后使得所述微电网及其本地负荷对外表现出受控电压源的特性，仅调节PCC处和主网之间电压幅值差和相位差来实现微电网联络线功率调节；其中：

所述PCC处的电压表示为V∠δ，所述主网的电压表示为E∠0，所述微电网联络线的等效阻抗为Z∠θ，所述微电网联络线的等效电阻为R，等效电感为L，则所述微电网联络线上的电流

为：

其中，δ为PCC处电压相位，θ为联络线等效阻抗角，Z为联络线等效阻抗值，V为PCC处电压幅值，E为主网电压幅值，j为虚数单位；

所述微电网联络线上所传输的视在功率S_g为：

其中，

为

的共轭值；

则所述微电网联络线的有功功率P_g和无功功率Q_g分别为：

设θ＝90°，Z＝ωL，同时满足sinδ≈δ，cosδ≈1，基于此，将式(7)表示为：

由式(8)可知，在所述主网的电压幅值E保持恒定时，所述微电网联络线的有功功率P_g正比于PCC处与主网的电压相位差δ，所述微电网联络线的无功功率Q_g正比于PCC处的电压幅值V；通过调整微电网PCC处的电压幅值和相位，分别实现对微电网和主网之间联络线的有功功率和无功功率的调节。

优选地，所述系统级集中控制层对微电网联络线所传输有功功率P_g和无功功率Q_g进行监测，根据调度信息设定微电网向主网外送的有功功率参考值

和无功功率的参考值

经过PI调节之后分别得到微电网PCC处电压相位增量Δδ和幅值增量ΔV：

其中，K_{p_P}、K_{i_P}和K_{p_Q}、K_{i_Q}分别为微电网联络线的有功功率和无功功率PI调节参数，则同步旋转坐标系下的PCC处参考电压V^*和参考相位δ^*为：

V^*＝V₀+ΔV (11)

其中，ω₀为同步旋转坐标系的额定角频率，δ₀为同步旋转坐标系的初始相位，V₀为PCC处的标准额定电压；δ^*和V^*分别为系统级集中控制层发送至微电网中各台逆变器的本地控制器中的PCC处电压相位和幅值的参考值，每台逆变器根据本地所采集的逆变器输出电流、逆变器滤波电容容值之和、滤波电感和等效滤波电阻以及逆变器滤波电容端电压信息和接收的参考值信息通过相应的设备级分散控制层的控制策略共同调节PCC处电压相位和幅值至参考值δ^*和V^*，进而实现对所述微电网联络线功率的闭环追踪控制；而对所述微电网内部来说，各个分布式电源按照功率分配系数m_k分配外送至主网或从主网吸收的有功功率和无功功率，达到微电网内部功率的优化配置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种微电网联络线功率分层控制系统，包括两层微电网联络线功率控制层模块；其中：

第一层控制层模块为设备级分散控制层模块，用于对PCC电压的幅值和频率进行初步调节，同时实现所述微电网中各分布式电源输出功率的精确分配；

第二层控制层模块为系统级集中控制层模块，用于在第一层初步调节的基础上进一步调整PCC电压的幅值和相位，即通过通信网络将更新后的PCC电压幅值和相位的参考值发送至微电网中各台逆变器的本地控制器，进而实现微电网与主网之间特定的功率交换，实现对微电网联络线功率的控制和调节。

优选地，所述微电网包括多个分布式电源，其中，不同容量的分布式电源经由逆变器和线路阻抗并联于公共交流母线，并在各逆变器的控制器作用下共同维持PCC电压稳定。

根据本发明的第三个方面，提供了一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时可用于执行上述任一项所述的方法。

根据本发明的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可用于执行上述任一项所述的方法。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：

本发明提供的微电网联络线功率分层控制方法、系统、终端及介质，打破了现有技术中自上而下垂直型的控制结构，省去了时间尺度较长的二层补偿修正环节，减少了控制层级，暂态响应良好。

本发明提供的微电网联络线功率分层控制方法、系统、终端及介质，在一层分散控制对PCC处电压快速调节基础上，二层集中控制仅需改变PCC处电压幅值和相位即可对微电网联络线功率进行精确控制与灵活调节，控制方法简单有效，可靠性强。

本发明提供的微电网联络线功率分层控制方法、系统、终端及介质，在应对本地负荷波动和功率分配系数在线调整等工况下具有较强的鲁棒性。

本发明提供的微电网联络线功率分层控制方法、系统、终端及介质，为含多并联组网分布式电源的微电网并网运行模式下功率交换及互联微电网间功率交换提供了一种新型有效的控制方法。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中微电网联络线功率分层控制方法的原理图。

图2为本发明一优选实施例中微电网联络线功率分层控制结构示意图。

图3为本发明一优选实施例中微电网与主网通过联络线互联的等效电路图。

图4为本发明一优选实施例中微电网联络线功率分层控制方法整体控制框图。

图5为本发明一优选实施例中微电网联络线功率分层控制方法仿真结果示意图；其中，(a)微电网联络线功率仿真结果示意图，(b)为微电网PCC电压幅值仿真结果示意图，(c)为微电网PCC电压频率仿真结果示意图，(d)为各台分布式电源的有功功率仿真结果示意图，(e)为各台分布式电源的无功功率仿真结果示意图。

图6为本发明一实施例中微电网联络线功率分层控制系统的组成结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

图1为本发明一实施例提供的微电网联络线功率分层控制方法的原理图。

如图1所示，该实施例提供的微电网联络线功率分层控制方法，可以包括如下步骤：

针对微电网，构建微电网联络线功率分层控制结构，微电网联络线功率分层控制结构包括两层控制层；其中：

第一层控制层为设备级分散控制层，用于对PCC(公共联接点，Point of CommonCoupling)电压的幅值和频率进行初步调节，同时实现所述微电网中各分布式电源(DG，Distributed Generation)输出功率的精确分配；

第二层控制层为系统级集中控制层，用于在第一层初步调节的基础上进一步调整PCC电压的幅值和相位，即通过通信网络将更新后的PCC电压幅值和相位的参考值发送至微电网中各台逆变器的本地控制器，进而实现微电网与主网之间特定的功率交换，实现对微电网联络线功率的控制和调节。

在该实施例中，微电网中，不同容量的分布式电源经由逆变器和线路阻抗并联于公共交流母线，并在各逆变器的控制器作用下共同维持PCC电压稳定。

作为一优选实施例，设备级分散控制层采用基于PCC电压滤波跟踪误差的分散组网控制策略，该策略描述如下：

基于三相同步dq坐标系的PCC电压参考信号为：

则PCC电压动态跟踪误差定义为：

其中，v_od和v_oq为PCC实际电压；V₀为PCC额定电压幅值；

滤波跟踪误差定义为：

其中，q为大于零的常数；

基于滤波跟踪误差的第k台逆变器的控制律为：

其中，q、α、k_s和ρ均为大于零的常数；i_kd和i_kq为逆变器输出电流；C_f为逆变器滤波电容容值之和，即

m_k为每台逆变器功率分配系数，且

基于三相dq同步坐标系下的第k台逆变器出口电压表达式为：

其中，L_k和R_k分别为滤波电感和等效滤波电阻；v_kd和v_kq为逆变器滤波电容端电压；ω为逆变器额定角频率。

该优选实施例在微电网并网或互联微电网中，基于这种直接对PCC处电压和频率进行控制的多逆变器分散组网控制策略，直接调节PCC电压幅值和相位对微电网联络线功率进行控制，省去了二层补偿控制，比传统的基于下垂的三层控制效果更优。

作为一优选实施例，在含多并联组网分布式电源的微电网内部，各台分布式电源采集本地电压电流信息并通过设备级分散控制层的分散组网控制策略进行自治控制，保证公共交流母线电压精确跟踪输入参考电压，从而n台并联组网分布式电源运行共同维持PCC电压和频率稳定；而每台分布式电源则按照所设定的功率分配系数m_k按比例分配本地负荷消纳以及通过联络线外送或吸收的有功与无功功率。

作为一优选实施例，系统级集中控制层，基于设备级分散控制层对PCC电压的幅值和频率进行初步调节后使得微电网及其本地负荷对外表现出受控电压源的特性，仅调节PCC处和主网之间电压幅值差和相位差来实现微电网联络线功率调节；其中：

PCC处的电压表示为V∠δ，主网的电压表示为E∠0，微电网联络线的等效阻抗为Z∠θ，微电网联络线的等效电阻为R，等效电感为L，则微电网联络线上的电流

为：

其中，δ为PCC处电压相位，θ为联络线等效阻抗角，Z为联络线等效阻抗值，V为PCC处电压幅值，E为主网电压幅值，j为虚数单位；

微电网联络线上所传输的视在功率S_g为：

其中，

为

的共轭值；

则微电网联络线的有功功率P_g和无功功率Q_g分别为：

设θ＝90°，Z＝ωL，同时满足sinδ≈δ，cosδ≈1，基于此，将式(7)表示为：

由式(8)可知，在主网的电压幅值E保持恒定时，微电网联络线的有功功率P_g正比于PCC处与主网的电压相位差δ，微电网联络线的无功功率Q_g正比于PCC处的电压幅值V；通过调整微电网PCC处的电压幅值和相位，分别实现对微电网和主网之间联络线的有功功率和无功功率的调节。

作为一优选实施例，系统级集中控制层对微电网联络线所传输有功功率P_g和无功功率Q_g进行监测，根据调度信息设定微电网向主网外送的有功功率参考值

和无功功率的参考值

经过PI调节之后分别得到微电网PCC处电压相位增量Δδ和幅值增量ΔV：

其中，K_{p_P}、K_{i_P}和K_{p_Q}、K_{i_Q}分别为微电网联络线的有功功率和无功功率PI调节参数，则同步旋转坐标系下的PCC处参考电压V^*和参考相位δ^*为：

V^*＝V₀+ΔV (11)

其中，ω₀为同步旋转坐标系的额定角频率，δ₀为同步旋转坐标系的初始相位，V₀为PCC处的标准额定电压；δ^*和V^*分别为系统级集中控制层发送至微电网中各台逆变器的本地控制器中的PCC处电压相位和幅值的参考值，每台逆变器根据本地所采集的信息(逆变器输出电流、逆变器滤波电容容值之和、滤波电感和等效滤波电阻以及逆变器滤波电容端电压)和接收的参考值信息通过相应的设备级分散控制层的控制策略共同调节PCC处电压相位和幅值至设定值(即参考值δ^*和V^*)，进而实现对微电网联络线功率的闭环追踪控制；而对微电网内部来说，各个分布式电源按照功率分配系数m_k分配外送至主网或从主网吸收的有功功率和无功功率，达到微电网内部功率的优化配置。

下面结合附图对本发明上述实施例提供的技术方案进一步详细描述如下。

一、微电网联络线功率分层控制结构

微电网联络线功率分层控制结构如图2所示，包括两个控制层，其中一层为设备级分散控制，二层为系统级集中控制。在微电网内部，不同容量的DG经由逆变器和线路阻抗并联于公共交流母线，并在各自分散控制器的作用下共同维持PCC电压稳定。基于一层分散控制对PCC电压幅值和频率精确快速调节的特点，当微电网处于并网运行模式时，多台并联DG组网单元及其本地负荷可视为一个整体，对外表现出受控电压源的特性，二层集中控制直接调整PCC电压的幅值和相位，即通过通信网络将更新后的PCC电压幅值和相位的参考值发送至各台逆变器的本地控制器，进而实现微电网与主网之间特定的功率交换，实现对微电网联络线功率精确控制和灵活调节的目的。

二、微电网联络线功率分层控制结构的第一层分散控制

第一层控制采用基于并网点电压滤波跟踪误差的分散组网控制策略，从系统动态重构模型出发，采用滤波跟踪误差的方法设计控制律，该策略的实施如下。基于三相同步dq坐标系的PCC电压参考信号为

其中V₀为PCC额定电压幅值。PCC电压动态跟踪误差定义为：

其中v_od和v_oq为PCC实际电压。滤波跟踪误差定义为

基于滤波跟踪误差的第k台逆变器的控制律为：

其中q、α、k_s和ρ均为大于零的常数；i_kd和i_kq为逆变器输出电流；C_f为逆变器滤波电容容值之和，即

m_k为每台逆变器功率分配系数，且

基于三相dq同步坐标系下的第k台逆变器出口电压表达式为：

其中L_k和R_k分别为滤波电感和等效滤波电阻；v_kd和v_kq为逆变器滤波电容端电压；ω为逆变器额定角频率。

在含多并联逆变器微电网内部，各台DG单元采集本地电压电流信息并通过上述的分散控制策略进行自治控制，保证公共交流母线电压精确跟踪输入参考电压，从而n台并联逆变器组网运行共同维持PCC电压和频率稳定。而每台DG单元则按照所设定的功率分配系数m_k精确按比例分配本地负荷消纳以及通过联络线外送或吸收的有功与无功功率。

三、微电网联络线功率分层控制结构的第二层集中控制

基于第一层分散组网控制对PCC处电压快速精准调节的特点，含多并联逆变器的微电网及其本地负荷对外表现出“受控电压源”的特性。二层联络线功率控制仅需改变此“受控电压源”即PCC处的电压幅值和相位，即调节PCC处和主网之间电压幅值差和相位差来实现微电网联络线功率精确调节。

图3为在微电网与主网通过联络线互联的等效电路图，其中PCC处电压表示为V∠δ，主网电压表示为E∠0，联络线的等效阻抗为Z∠θ，联络线的等效电阻为R,等效电感为L，则联络线上电流为：

联络线上所传输的视在功率为：

则联络线有功和无功功率分别为：

由于微电网联络线等效电阻很小，可将联络线近似看作纯感性的，即θ＝90°，Z＝ωL，又因为微电网PCC处与主网之间电压相位差很小，即满足sinδ≈δ，cosδ≈1，基于此，式(7)可表示为：

由式(8)可知，在主网电压E保持恒定时，联络线有功功率P_g正比于PCC处与主网电压相位差δ，联络线无功功率正比于PCC处电压幅值V。因此可通过调整微电网PCC处电压幅值和相位分别实现对微电网和主网之间联络线有功和无功功率的调节。

如图4所示，集中控制器对微电网联络线所传输有功功率P_g和无功功率Q_g进行监测，根据调度信息设定微电网向主网外送的有功功率参考值P_g ^*和无功功率的参考值Q_g ^*，经过PI调节之后分别得到微电网PCC处电压相位增量Δδ和幅值增量ΔV，其表达式为

其中K_{p_P}、K_{i_P}和K_{p_Q}、K_{i_Q}分别为微电网联络线有功和无功功率PI调节参数，则同步旋转坐标系下的PCC处参考电压V^*和参考相位δ^*为

V^*＝V₀+ΔV (11)

其中，ω₀为同步旋转坐标系的额定角频率，δ₀为同步旋转坐标系的初始相位，V₀为PCC处的标准额定电压。δ^*和V^*作为一层分散控制中PCC处电压相位和幅值的参考值传输到各DG单元的控制器中，每台逆变器根据本地所采集信息和二层集中控制器所传送的参考值信息通过相应控制策略共同调节PCC处电压相位和幅值至设定值，进而实现对联络线功率的闭环追踪控制。而对含多并联组网逆变器的微电网系统内部来说，各个发电单元按照功率分配系数m_k精确分配外送至主网或从主网吸收的有功和无功功率，达到了微电网内部功率的优化配置。最终，本发明实施例所提供的微电网联络线功率分层控制方法，其整体控制框图如图4所示，图中：DG₁、DG₂和DG_k分别表示第1台、第2台和第k台分布式电源；R_k和L_k分别表示第k台逆变器的滤波电感和等效滤波电阻；R_linek和L_linek分别表示第k台逆变器的线路等效电阻和线路等效电感；C_k表示第k台逆变器滤波电容；R_g和L_g分别表示微电网联络线等效电阻和等效电感；v_ika、v_ikb和v_ikc分别表示第k台逆变器出口电压的A相、B相和C相值；v_ka、v_kb和v_kc分别表示第k台逆变器A相、B相和C相滤波电容端电压值；i_load表示微电网本地负荷电流；v_oabc表示PCC处三相电压；i_gabc表示联络线三相电流；v_odq表示PCC处电压dq分量值；i_gdq表示联络线电流dq分量值；P_g和Q_g分别表示联络线有功功率和无功功率；P_g ^*和Q_g ^*分别表示联络线有功功率和无功功率的参考值；Δδ和ΔV分别表示经PI调节所得的PCC处电压相位增量和幅值增量；δ₀表示同步旋转坐标系的初始相位；V₀表示PCC处的标准额定电压；δ^*和V^*分别表示同步旋转坐标系下的PCC处参考相位和参考电压；v_o ^* _dq表示PCC处参考电压的dq分量值；i_kabc表示第k台逆变器的电感电流；i_kdq表示第k台逆变器电感电流dq分量值。

为了验证本发明上述实施例提供的微电网联络线功率分层控制方法的有效性，基于MATLAB/SIMULINK平台搭建了含2台逆变器的微电网系统模型，系统拓扑与图4一致。该验证实验包含如下三个场景：

(一)场景1

该场景验证含多并联逆变器微电网由离网切换为并网运行模式后，系统响应集中控制器所下达的联络线功率指令情况以及功率双向调节性能。初始时刻，系统带载启动，本地负荷为15kW和5kVar。1.2s时，启动预同步控制。2s时，系统进行离并网切换，联络线功率指令由0调整为-10kW和-3kVar。4s时，联络线功率指令调整为15kW和6kVar。仿真实验结果如图5所示。

如图5(b)和(c)所示，在分层控制方法下，系统带载启动后PCC电压和频率迅速稳定在额定值，无需更长时间尺度的补偿。如图5(a)所示，2s时刻，控制方法下，微电网联络线功率迅速响应功率指令的调整，经短暂的暂态过程即可稳定在-10kW和-3kVar，此时系统从主网吸收有功和无功功率。4s时刻，联络线功率响应指令的变化迅速稳定于15kW和6kVar，无超调与震荡，此时系统向主网输出有功和无功功率。该场景验证了在分层控制方法下，系统可灵活调节微电网通过联络线外送或吸收的功率，且动态响应优良。

(二)场景2

该场景测试了在微电网并网运行向主网传输特定功率时，本地负荷波动对系统稳定性影响。在场景1的基础上，即微电网向主网传输有功功率15kW和无功功率6kVar期间，6s时刻，微电网本地负荷由15kW和5kVar突变至20kW和7kVar。

如图5(a)所示，控制方法下，在本地负荷突变时，微电网联络线有功和无功功率在经历极微小的波动后立即恢复原状，如图5(b)和(c)所示，PCC电压幅值和频率波形平稳，几乎未受影响，微电网内部供电可靠性得到保障。该场景验证了控制方法下，系统应对本地负荷波动的鲁棒性更强。

(三)场景3

该场景验证了在微电网并网运行向主网传输特定功率时，功率分配系数调整对系统稳定性影响以及各DG功率调节性能。在场景3之前，两台DG功率分配比例为1:1。在8s时刻，功率分配比例突变为2:1，即方法功率分配系数更新为m₁＝0.67，m₂＝0.33。10s时刻，联络线功率指令调零，11.5s时刻，系统进行并离网切换。

控制方法下，如图5(a)、(d)和(e)所示，两台DG分别以功率分配系数的变化按比例精确分配输出的有功和无功功率，分配比例由1:1变为2:1，而对联络线所传输的有功和无功功率不产生影响；如图5(b)和(c)所示，PCC电压幅值和频率在此期间维持稳定，保证微电网内部供电的可靠性。该场景验证了在控制方法下，系统应对功率分配系数调整具有较强的鲁棒性，且可在线灵活调节各个DG功率分配比例。

图6为本发明一实施例提供的微电网联络线功率分层控制系统的组成结构示意图。

如图6所示，该实施例提供的微电网联络线功率分层控制系统，可以包括两层微电网联络线功率控制层模块；其中：

第一层控制层模块为设备级分散控制层模块，用于对PCC电压的幅值和频率进行初步调节，同时实现微电网中各分布式电源输出功率的精确分配；

第二层控制层模块为系统级集中控制层模块，用于在第一层初步调节的基础上进一步调整PCC电压的幅值和相位，即通过通信网络将更新后的PCC电压幅值和相位的参考值发送至微电网中各台逆变器的本地控制器，进而实现微电网与主网之间特定的功率交换，实现对微电网联络线功率的控制和调节。

在该实施例中，微电网包括多个分布式电源，其中，不同容量的分布式电源经由逆变器和线路阻抗并联于公共交流母线，并在各逆变器的控制器作用下共同维持PCC电压稳定。

本发明一实施例提供了一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时可用于执行本发明上述实施例中任一项的方法。

可选地，存储器，用于存储程序；存储器，可以包括易失性存储器(英文：volatilememory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)，如静态随机存取存储器(英文：static random-access memory，缩写：SRAM)，双倍数据率同步动态随机存取存储器(英文：Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，缩写：DDR SDRAM)等；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)。存储器用于存储计算机程序(如实现上述方法的应用程序、功能模块等)、计算机指令等，上述的计算机程序、计算机指令等可以分区存储在一个或多个存储器中。并且上述的计算机程序、计算机指令、数据等可以被处理器调用。

上述的计算机程序、计算机指令等可以分区存储在一个或多个存储器中。并且上述的计算机程序、计算机指令、数据等可以被处理器调用。

处理器，用于执行存储器存储的计算机程序，以实现上述实施例涉及的方法中的各个步骤。具体可以参见前面方法实施例中的相关描述。

处理器和存储器可以是独立结构，也可以是集成在一起的集成结构。当处理器和存储器是独立结构时，存储器、处理器可以通过总线耦合连接。

本发明一实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可用于执行上述实施例中任一项的方法。

本发明上述实施例提供的的微电网联络线功率分层控制方法、系统、终端及介质，打破了现有技术中自上而下垂直型的控制结构，省去了时间尺度较长的二层补偿修正环节，减少了控制层级，暂态响应良好；在一层分散控制对PCC处电压快速调节基础上，二层集中控制仅需改变PCC处电压幅值和相位即可对微电网联络线功率进行精确控制与灵活调节，控制方法简单有效，可靠性强；在应对本地负荷波动和功率分配系数在线调整等工况下具有较强的鲁棒性；为含多并联组网分布式电源的微电网并网运行模式下功率交换及互联微电网间功率交换提供了一种新型有效的控制方法。

需要说明的是，本发明提供的方法中的步骤，可以利用系统中对应的功能模块予以实现，本领域技术人员可以参照方法的技术方案实现系统的组成，即，方法中的实施例可理解为构建系统的优选例，在此不予赘述。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种微电网联络线功率分层控制方法，其特征在于，包括：针对微电网，构建微电网联络线功率分层控制结构，所述微电网联络线功率分层控制结构包括两层控制层；其中：

第一层控制层为设备级分散控制层，用于对PCC电压的幅值和频率进行初步调节，同时实现所述微电网中各分布式电源输出功率的分配；

第二层控制层为系统级集中控制层，用于在第一层初步调节的基础上进一步调整PCC电压的幅值和相位，即通过通信网络将更新后的PCC电压幅值和相位的参考值发送至微电网中各台逆变器的本地控制器，进而实现微电网与主网之间特定的功率交换，实现对微电网联络线功率的控制和调节。

2.根据权利要求1所述的微电网联络线功率分层控制方法，其特征在于，所述微电网中，不同容量的分布式电源经由逆变器和线路阻抗并联于公共交流母线，并在各逆变器的控制器作用下共同维持PCC电压稳定。

3.根据权利要求1所述的微电网联络线功率分层控制方法，其特征在于，所述设备级分散控制层采用基于PCC电压滤波跟踪误差的分散组网控制策略，所述策略描述如下：

基于三相同步dq坐标系的PCC电压参考信号为：

则PCC电压动态跟踪误差定义为：

其中，v_od和v_oq为PCC实际电压；V₀为PCC额定电压幅值；

滤波跟踪误差定义为：

其中，q为大于零的常数；

基于滤波跟踪误差的第k台逆变器的控制律为：

其中，q、α、k_s和ρ均为大于零的常数；i_kd和i_kq为逆变器输出电流；C_f为逆变器滤波电容容值之和，即

m_k为每台逆变器功率分配系数，且

基于三相dq同步坐标系下的第k台逆变器出口电压表达式为：

其中，L_k和R_k分别为滤波电感和等效滤波电阻；v_kd和v_kq为逆变器滤波电容端电压；ω为逆变器额定角频率。

4.根据权利要求3所述的微电网联络线功率分层控制方法，其特征在于，在含多并联组网分布式电源的微电网内部，各台分布式电源采集本地电压电流信息并通过所述设备级分散控制层的分散组网控制策略进行自治控制，保证公共交流母线电压精确跟踪输入参考电压，从而n台并联组网分布式电源运行共同维持PCC电压和频率稳定；而每台分布式电源则按照所设定的功率分配系数m_k按比例分配本地负荷消纳以及通过联络线外送的有功与无功功率。

5.根据权利要求1所述的微电网联络线功率分层控制方法，其特征在于，所述系统级集中控制层，基于所述设备级分散控制层对PCC电压的幅值和频率进行初步调节后使得所述微电网及其本地负荷对外表现出受控电压源的特性，仅调节PCC处和主网之间电压幅值差和相位差来实现微电网联络线功率调节；其中：

所述PCC处的电压表示为V∠δ，所述主网的电压表示为E∠0，所述微电网联络线的等效阻抗为Z∠θ，所述微电网联络线的等效电阻为R，等效电感为L，则所述微电网联络线上的电流

为：

其中，δ为PCC处电压相位，θ为联络线等效阻抗角，Z为联络线等效阻抗值，V为PCC处电压幅值，E为主网电压幅值，j为虚数单位；

所述微电网联络线上所传输的视在功率S_g为：

其中，

为

的共轭值；

则所述微电网联络线的有功功率P_g和无功功率Q_g分别为：

设θ＝90°，Z＝ωL，同时满足sinδ≈δ，cosδ≈1，基于此，将式(7)表示为：

由式(8)可知，在所述主网的电压幅值E保持恒定时，所述微电网联络线的有功功率P_g正比于PCC处与主网的电压相位差δ，所述微电网联络线的无功功率Q_g正比于PCC处的电压幅值V；通过调整微电网PCC处的电压幅值和相位，分别实现对微电网和主网之间联络线的有功功率和无功功率的调节。

6.根据权利要求5所述的微电网联络线功率分层控制方法，其特征在于，所述系统级集中控制层对微电网联络线所传输有功功率P_g和无功功率Q_g进行监测，根据调度信息设定微电网向主网外送的有功功率参考值

和无功功率的参考值

经过PI调节之后分别得到微电网PCC处电压相位增量Δδ和幅值增量ΔV：

其中，K_{p_P}、K_{i_P}和K_{p_Q}、K_{i_Q}分别为微电网联络线的有功功率和无功功率PI调节参数，则同步旋转坐标系下的PCC处参考电压V^*和参考相位δ^*为：

V^*＝V₀+ΔV (11)

其中，ω₀为同步旋转坐标系的额定角频率，δ₀为同步旋转坐标系的初始相位，V₀为PCC处的标准额定电压；δ^*和V^*分别为系统级集中控制层发送至微电网中各台逆变器的本地控制器中的PCC处电压相位和幅值的参考值，每台逆变器根据本地所采集的逆变器输出电流、逆变器滤波电容容值之和、滤波电感和等效滤波电阻以及逆变器滤波电容端电压信息和接收的参考值信息通过相应的设备级分散控制层的控制策略共同调节PCC处电压相位和幅值至参考值δ^*和V^*，进而实现对所述微电网联络线功率的闭环追踪控制；而对所述微电网内部来说，各个分布式电源按照功率分配系数m_k分配外送至主网或从主网吸收的有功功率和无功功率，达到微电网内部功率的优化配置。

7.一种微电网联络线功率分层控制系统，其特征在于，包括两层微电网联络线功率控制层模块；其中：

第一层控制层模块为设备级分散控制层模块，用于对PCC电压的幅值和频率进行初步调节，同时实现所述微电网中各分布式电源输出功率的分配；

第二层控制层模块为系统级集中控制层模块，用于在第一层初步调节的基础上进一步调整PCC电压的幅值和相位，即通过通信网络将更新后的PCC电压幅值和相位的参考值发送至微电网中各台逆变器的本地控制器，进而实现微电网与主网之间特定的功率交换，实现对微电网联络线功率的控制和调节。

8.根据权利要求7所述的微电网联络线功率分层控制系统，其特征在于，所述微电网包括多个分布式电源，其中，不同容量的分布式电源经由逆变器和线路阻抗并联于公共交流母线，并在各逆变器的控制器作用下共同维持PCC电压稳定。

9.一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时可用于执行权利要求1-6中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时可用于执行权利要求1-6中任一项所述的方法。

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