CN114243804B - 一种微电网分布式电源电压分散协调控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于微电网控制技术领域，提供了一种微电网分布式电源电压分散协调控制方法及装置，该方法包括：获取微电网的电气参数，基于电气参数构建Q‑V下垂控制方程；基于控制方程计算第一和第二分布式电源的无功均分比例；将第一和第二分布式电源的线路阻抗压降分别加入Q‑V下垂控制方程，得到第一和第二分布式电源的逆变器端口电压；基于无功均分比例，计算逆变器端口电压对应的反馈控制电压；基于反馈控制电压计算改进的Q‑V下垂控制方程；基于改进的Q‑V下垂控制方程控制微电网。本发明提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法，能够克服分布式电源直接的功率均分偏差问题，提高电力供应的可靠性，保障微电网的稳定运行。

Description

一种微电网分布式电源电压分散协调控制方法及装置
技术领域
本发明属于微电网控制技术领域，尤其涉及一种微电网分布式电源电压分散协调控制方法及装置。
背景技术
微电网是指由分布式电源、储能装置及负载组成的小型自治电力系统，微电网可以通过逆变器向电网输送电能。在碳达峰、碳中和的需求下，越来越多的分布式可再生能源开始并网发电，微电网愈加复杂化、多元化、网络化。
在此情况下，传统微电网演化中的多端协调处理问题难以解决，微电网的运行容易出现不稳定的情况，可靠性差，难以实现功率均分。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种微电网分布式电源电压分散协调控制方法及装置，能够实现微电网中逆变器协调自治运行时的功率均分。
本发明实施例的第一方面提供了一种微电网分布式电源电压分散协调控制方法，包括：
获取微电网的电气参数，基于所述电气参数构建Q-V下垂控制方程；
基于所述Q-V下垂控制方程，计算第一分布式电源和第二分布式电源的无功均分比例；所述第一分布式电源和所述第二分布式电源并联在同一母线上；
将所述第一分布式电源和所述第二分布式电源的线路阻抗压降分别加入所述Q-V下垂控制方程，得到所述第一分布式电源和所述第二分布式电源的逆变器端口电压；
基于所述无功均分比例，计算所述逆变器端口电压对应的反馈控制电压；
基于所述反馈控制电压，计算改进的Q-V下垂控制方程；基于所述改进的Q-V下垂控制方程控制所述微电网。
本发明实施例的第二方面提供了一种微电网分布式电源电压分散协调控制装置，包括：
Q-V下垂控制方程构建模块，用于获取微电网的电气参数，基于所述电气参数构建Q-V下垂控制方程；
无功均分比例计算模块，用于基于所述Q-V下垂控制方程，计算第一分布式电源和第二分布式电源的无功均分比例；所述第一分布式电源和所述第二分布式电源并联在同一母线上；
逆变器端口电压计算模块，用于将所述第一分布式电源和所述第二分布式电源的线路阻抗压降分别加入所述Q-V下垂控制方程，得到所述第一分布式电源和所述第二分布式电源的逆变器端口电压；
反馈控制电压计算模块，用于基于所述无功均分比例，计算所述逆变器端口电压对应的反馈控制电压；
微电网控制模块，用于基于所述反馈控制电压，计算改进的Q-V下垂控制方程；基于所述改进的Q-V下垂控制方程控制所述微电网。
本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
本发明实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得电子设备执行上述第一方面中任一项所述方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供了一种微电网分布式电源电压分散协调控制方法，包括获取微电网的电气参数，基于电气参数构建Q-V下垂控制方程；基于控制方程计算第一和第二分布式电源的无功均分比例；将第一和第二分布式电源的线路阻抗压降分别加入Q-V下垂控制方程，得到第一和第二分布式电源的逆变器端口电压；基于无功均分比例，计算逆变器端口电压对应的反馈控制电压；基于反馈控制电压计算改进的Q-V下垂控制方程；基于改进的Q-V下垂控制方程控制微电网。本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法，能够克服分布式电源直接的功率均分偏差问题，提高电力供应的可靠性，保障微电网的稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法的设计思路示意图；
图3是本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制应用的系统结构示意图；
图4是本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制阻抗角与功率耦合关系示意图；
图5是本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法的特性曲线示意图；
图6是本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法，针对不匹配线路阻抗引起的多逆变器功率均分偏差问题，分析线路阻抗对多逆变器之间的电压偏差与无功均分偏差的影响，计算线路阻抗压降，将线路阻抗压降作为电压下垂控制补偿项来改进Q-V下垂控制，并进一步设计电压输出反馈控制，保证其输出电压能够满足精准的无功均分要求。
图1示出了本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法的实现流程示意图。参见图1，在一些实施例中，本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法可以包括步骤S101至S105。
S101：获取微电网的电气参数，基于电气参数构建Q-V下垂控制方程。
在一些实施例中，微电网的电气参数包括分布式电源参数、线路阻抗参数、并网系统潮流关系。
基于电气参数构建Q-V下垂控制方程包括步骤S201至S203。
S201：基于分布式电源参数、线路阻抗参数、并网系统潮流关系，建立逆变器的出力模型。
具体的，在孤岛微电网中，分布式电源通过逆变器、滤波器、线路阻抗并入微电网中。可以基于孤岛微电网的电路结构，构建逆变器的出力模型。
在一些实施例中，逆变器的出力模型包括：
其中，P为逆变器的有功出力，Q为逆变器的无功出力；Z为线路阻抗，上标-1表示求取倒数；U为逆变器端口电压幅值，US为并网点电压幅值；φ为线路阻抗角，δ为逆变器端口电压相角；RL为原始线路电阻，XL为线路感抗。
S202：当微电网中的分布式电源运行于静止点时，基于逆变器的出力模型建立输出功率小信号模型。
具体的，考虑阻性线路引起的单逆变器功率耦合问题，构建基于电压灵敏度的逆变器输出功率小信号模型。
当分布式电源运行在静止点(Ue,δe)时，在低压微电网中，由于原始线路电感非常小，因此可认为静止点的电压相角δe无限趋近于0。
在电压变化信号ΔU和Δδ引起的逆变器出力变化的情况下，输出功率小信号模型包括：
其中，ΔP为逆变器有功出力变化，ΔQ为逆变器无功出力变化，Δδ为逆变器电压相角变化，ΔU为逆变器端口电压幅值变化；为有功-功角灵敏度，/>为有功-电压灵敏度，/>为无功-功角灵敏度，/>为无功-电压灵敏度；Z为线路阻抗，U为逆变器端口电压幅值，US为并网点电压幅值，Ue为静止点电压幅值，φ为线路阻抗角，δe为静止点的逆变器端口电压相角。
当线路阻抗角φ较小时，有功-电压灵敏度和无功-功角灵敏度/>较大，表明Q-V下垂控制中有功和无功之间的耦合程度较强。
当φ＝0°时，即为传统的Q-V下垂控制方式。
当0°≤φ≤90°时，表明相角影响无功，电压影响有功，存在功率耦合问题。
当φ＝90°时，表明Q-V下垂控制中功率解耦。
S203：在出力模型和输出功率小信号模型中，基于线路阻抗参数设置虚拟负电阻，得到Q-V下垂控制方程。
具体的，分析线路阻抗对逆变器功率耦合的影响，引入虚拟负电阻抵消逆变器的线路电阻。由此可以避免小信号模型中线路阻抗对逆变器功率耦合的影响，将引入虚拟阻抗后的线路改善至绝对感性。
在一些实施例中，S203包括：
在线路阻抗参数中，基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进后的线路阻抗。
具体的，线路阻抗参数包括：Z＝RL+jXL；其中，Z为线路阻抗，RL为线路电阻，XL为线路感抗；虚拟负电阻包括：ZV＝-RL；改进后的线路阻抗为jXL。
此时，逆变器端口电压相角δ≈0°，线路阻抗角φ＝90°，即
将改进后的线路阻抗代入出力模型，得到改进的逆变器出力模型。
具体的，改进的逆变器出力模型包括：
其中，δ为逆变器端口电压相角，U为逆变器端口电压幅值，XL为线路感抗，US为并网点电压幅值，P为逆变器有功出力，Q为逆变器无功出力。
基于输出功率小信号模型和逆变器出力模型，得到Q-V下垂控制方程。
具体的，Q-V下垂控制方程包括：
其中，f为逆变器输出频率，fn为逆变器频率参考，kp为频率下垂控制系数，P为逆变器有功出力，U为逆变器端口电压幅值，Un为逆变器端口电压参考，kq为电压下垂控制系数，Q为逆变器的无功出力。
不同于传统的Q-V下垂控制过程，本发明实施里提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法加入的虚拟阻抗，可以消除原始线路电阻的不利影响，通过将微电网线路阻抗改善至绝对感性，即将线路阻抗角控制为φ＝90°，实现逆变器输出功率之间的绝对解耦，减小有功出力对端口电压的影响。
进一步的，通过降低逆变器功率耦合程度，可以减小有功出力对端口电压的影响。基于上述Q-V下垂控制方程，分析多逆变器不匹配引起的无功均分偏差，分析线路阻抗对多逆变器无功均分的影响。
S102：基于Q-V下垂控制方程，计算第一分布式电源和第二分布式电源的无功均分比例；第一分布式电源和第二分布式电源并联在同一母线上。
在一些实施例中，S102可以包括步骤S301至S302。
S301：获取第一分布式电源和第二分布式电源的并网母线电压和接口逆变器额定电压。
在一些实施例中，第一分布式电源和第二分布式电源的并网母线电压相同，即USi＝USj；且接口逆变器具有相同的额定电压，即Uni＝Unj。
S302：基于Q-V下垂控制方程、并网母线电压以及接口逆变器额定电压，计算第一分布式电源和第二分布式电源的无功均分比例。
在一些实施例中，将第一分布式电源和第二分布式电源的并网母线电压和额定电压代入Q-V下垂控制方程，得到等式：
具体的，无功均分比例包括：
其中，Qi为第一分布式电源DGi逆变器无功出力，Qj为第二分布式电源DGj逆变器无功出力，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，XLj为第二分布式电源DGj的线路电感，US为并网点母线电压幅值，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数，kqj为第二分布式电源DGj的电压下垂控制系数。
在Q-V下垂控制中，DGi逆变器与DGj逆变器的最大无功出力应满足约束条件：
其中，kqi为DGi的电压下垂控制系数，kqj为DGj的电压下垂控制系数，Qmaxi为逆变器的最大无功出力，Qmaxj为逆变器的最大无功出力。
若两者线路阻抗之间的关系不满足则有不等关系：
此时，根据Q-V下垂控制方程可得，Ui≠Uj。可见不匹配的线路阻抗会导致分布式电源之间的电压偏差与无功均分偏差。
S103：将第一分布式电源和第二分布式电源的线路阻抗压降分别加入Q-V下垂控制方程，得到第一分布式电源和第二分布式电源的逆变器端口电压。
在一些实施例中，基于线路阻抗对无功均分的影响，在改进的Q-V下垂控制方程中，加入线路阻抗压降作为电压下垂控制的补偿项，通过改进电压下垂控制系数来抬升电压下垂控制曲线。
具体的，第一分布式电源的逆变器端口电压包括：
其中，Ui为第一分布式电源DGi逆变器的端口电压，US为并网点电压幅值，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，Qi为第一分布式电源DGi逆变器无功出力，Un为逆变器端口电压参考，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数。
此时逆变器和逆变器之间仍存在电压偏差，即Ui≠Uj，但能够获得准确的无功均分：
其中，Qi为DGi逆变器无功出力，Qj为DGj逆变器无功出力，kqi为DGi的电压下垂控制系数，kqj为DGj的电压下垂控制系数，Qmaxi为逆变器的最大无功出力，Qmaxj为逆变器的最大无功出力。
S104：基于无功均分比例，计算逆变器端口电压对应的反馈控制电压。
在一些实施例中，将线路阻抗压降作为电压下垂控制补偿项，改进电压下垂控制系数，从而抬升电压下垂特性曲线以减小无功均分偏差。
进一步的，可以基于低通滤波器设计输出电压反馈控制，实现电压的反馈跟踪，从而消除无功均分偏差。
具体的，反馈控制电压包括：
其中，Uf为反馈控制电压，kg为反馈控制增益，Ui为第一分布式电源DGi逆变器的反馈控制的参考电压，Ui为第一分布式电源DGi逆变器的端口电压，Ts为低通滤波器的时间常数，Un为逆变器端口电压参考，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，US为并网点电压幅值，为第一分布式电源DGi逆变器的期望无功出力，kqk为第k个分布式电源的电压下垂控制系数，Qk为第k个分布式电源的逆变器无功出力，N为微电网中分布式电源总个数。
在Q-V下垂控制中引入输出电压反馈控制环节后，得到的电压表达式可以包括：
反馈控制可使Q-V下垂控制的输出电压无限接近期望值，当逆变器的输出电压为期望值时，其无功出力将变为期望值/>从而能够满足精准的无功均分要求，即
S105：基于反馈控制电压，计算改进的Q-V下垂控制方程；基于改进的Q-V下垂控制方程控制微电网。
具体的，改进的Q-V下垂控制方程包括：
其中，
Kg＝(1+Ts)(1+Ts+kg)-1
其中，Ui为第一分布式电源DGi逆变器的端口电压，Un为逆变器端口电压参考，δ为逆变器端口电压相角，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，US为并网点电压幅值，Qi为第一分布式电源DGi逆变器无功出力；kg为反馈控制增益，Ts为低通滤波器的时间常数，为第一分布式电源DGi逆变器的期望无功出力。
具体的，在不影响电压反馈跟踪控制性能的前提下，尽量选择较小的反馈控制增益kg，使得δUi≈0，Kg≈1，从而使电压输出反馈控制基本不会影响改进电压下垂控制。
本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法，可以使孤岛微电网主动接纳任意分布式发电的即插即用，克服多逆变器物理约束下的协调处理问题，功率均分偏差问题，确保为微电网内部负荷提供安全稳定的电力供应，保证微电网的稳定运行。
图2示出了本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法的设计思路示意图。
参见图2，在一些实施例中，本发明实施例提供的方法应用于包括DG逆变器、功率管、RLC电路、RL电路构成的微电网系统中。本发明实施例针对分布式电源电压分散协调控制的问题进行虚拟阻抗设计，解决功率耦合问题；进一步改进Q-V下垂控制，解决功率均分问题，从而实现本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法及装置。
图3示出了本发明实施例提供的微电网分布电源电压分散协调控制方法应用的系统结构图。
参见图3，本发明实施例提供的方法应用的系统中，各个分布式电源通过逆变器、LC滤波器、线路阻抗并入微电网中。其中，逆变器控制系统主要包括功率外环控制器和电压内环控制器。
具体的，功率外环主要采用Q-V下垂控制方法，通过控制逆变器无功出力来自主调节端口电压。功率外环控制器主要包括功率计算与下垂控制模块，在功率计算模块中，通过采样逆变器端口电压和电流，计算有功出力和无功出力。在下垂控制模块中，采用改进的Q-V下垂控制方法，通过改进传统下垂控制特性，计算得到电压内环参考电压。
另一方面，电压内环控制器主要包括虚拟阻抗与PI跟踪控制模块。在虚拟阻抗模块中，基于逆变器端口电流计算虚拟阻抗压降，并结合电压内环参考电压进一步校正参考电压。在PI跟踪控制模块中，建立电压环PI控制器、电流环PI控制器，实现参考电压的稳定跟踪。
图4示出了本发明实施例提供微电网分布式电源电压分散协调控制方法中阻抗角与功率耦合关系图。参见图4，设置虚拟阻抗后，随着线路阻抗角的变化，功率耦合关系也会发生变化。
具体的，当φ＝0°时，逆变器线路阻抗为纯阻性，频率仅与无功功率相关，电压仅与有功功率相关，此时为传统的Q-V下垂控制方式。当0°≤φ≤90°时，逆变器线路阻抗为阻性加感性时，频率、电压均与无功功率和有功功率相关，Q-V下垂控制存在功率耦合问题。当φ＝90°时，逆变器线路阻抗为纯感性时，频率仅与有功功率相关，电压仅与无功功率相关，即Q-V下垂控制中功率绝对解耦。本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制方法能够考虑线路阻抗对逆变器输出功率耦合程度的影响，将虚拟阻抗设计为虚拟负电阻，抵消原始的线路电阻从而得到纯感性的线路阻抗，进而解决电压分散协调控制的问题。
图5示出了本发明实施例提供微电网分布式电源电压分散协调控制方法的Q-V下垂控制特性图。
图5中，直线li1和lj1分别为逆变器DGi和DGj的传统Q-V下垂控制特性曲线。U0为不考虑线路压降的DGi和DGj逆变器端口电压，此时对应的逆变器DGi无功出力为Qi0，对应的逆变器DGj无功出力为Qj0。ULi、ULj分别是DGi与DGj逆变器线路阻抗压降；Ui1、Uj1分别是考虑线路压降的DGi与DGj逆变器实际端口电压，对应的逆变器无功出力分别为Qi1、Qj1。若不考虑线路阻抗压降影响，则DGi与DGj逆变器分别运行在t点、u点，因两者电压均为U0，故两者之间不存在无功均分偏差，即若考虑线路阻抗压降影响，则DGi与DGj逆变器分别运行在r点、s点，因两者电压不相等，即Ui1≠Uj1，故两者之间存在无功均分偏差，即这表明在传统Q-V下垂控制中，不匹配的线路阻抗会导致逆变器电压偏差与无功均分偏差。
通过将线路阻抗压降作为电压控制补偿项，能够将逆变器DGi的运行点抬升至p点，将逆变器DGj的运行点抬升至q点，从而分别将DGi与DGj逆变器Q-V下垂特性曲线改进为直线li2、直线lj2。在线路阻抗压降的影响下，尽管两者电压仍不相等，但由于各自的Q-V下垂特性曲线的抬升，能够将两者无功出力分别改进至Qi0、Qj0，此时将不存在无功均分偏差，表明改进的Q-V下垂控制能够减小逆变。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
图6示出了本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制装置的结构示意图。参见图6，本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制装置60可以包括Q-V下垂控制方程构建模块610、无功均分比例计算模块620、逆变器端口电压计算模块630、反馈控制电压计算模块640、微电网控制模块650。
Q-V下垂控制方程构建模块610，用于获取微电网的电气参数，基于电气参数构建Q-V下垂控制方程。
无功均分比例计算模块620，用于基于Q-V下垂控制方程，计算第一分布式电源和第二分布式电源的无功均分比例；第一分布式电源和第二分布式电源并联在同一母线上。
逆变器端口电压计算模块630，用于将第一分布式电源和第二分布式电源的线路阻抗压降分别加入Q-V下垂控制方程，得到第一分布式电源和第二分布式电源的逆变器端口电压。
反馈控制电压计算模块640，用于基于无功均分比例，计算逆变器端口电压对应的反馈控制电压。
微电网控制模块650，用于基于反馈控制电压，计算改进的Q-V下垂控制方程；基于改进的Q-V下垂控制方程控制微电网。
本发明实施例提供的微电网分布式电源电压分散协调控制装置，能够克服分布式电源直接的功率均分偏差问题，提高电力供应的可靠性，保障微电网的稳定运行。
在一些实施例中，微电网的电气参数包括分布式电源参数、线路阻抗参数、并网系统潮流关系。
Q-V下垂控制方程构建模块610用于：
基于分布式电源参数、线路阻抗参数、并网系统潮流关系，建立逆变器的出力模型。
当微电网中的分布式电源运行于静止点时，基于逆变器的出力模型建立输出功率小信号模型。
在出力模型和输出功率小信号模型中，基于线路阻抗参数设置虚拟负电阻，得到Q-V下垂控制方程。
逆变器的出力模型包括：
Z＝RL+jXL
其中，P为逆变器的有功出力，Q为逆变器的无功出力；Z为线路阻抗，上标-1表示求取倒数；U为逆变器端口电压幅值，US为并网点电压幅值；φ为线路阻抗角，δ为逆变器端口电压相角；RL为原始线路电阻，XL为线路感抗。
输出功率小信号模型包括：
其中，ΔP为逆变器有功出力变化，ΔQ为逆变器无功出力变化，Δδ为逆变器电压相角变化，ΔU为逆变器端口电压幅值变化；为有功-功角灵敏度，/>为有功-电压灵敏度，/>为无功-功角灵敏度，/>为无功-电压灵敏度；Z为线路阻抗，U为逆变器端口电压幅值，US为并网点电压幅值，Ue为静止点电压幅值，φ为线路阻抗角，δe为静止点的逆变器端口电压相角。
在一些实施例中，Q-V下垂控制方程构建模块610具体用于：
在线路阻抗参数中，基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进后的线路阻抗。
将改进后的线路阻抗代入出力模型，得到改进的逆变器出力模型。
基于输出功率小信号模型和逆变器出力模型，得到Q-V下垂控制方程。
线路阻抗参数包括：Z＝RL+jXL；其中，Z为线路阻抗，RL为线路电阻，XL为线路感抗。
虚拟负电阻包括：ZV＝-RL。
改进后的线路阻抗为jXL。
改进的逆变器出力模型包括：
其中，δ为逆变器端口电压相角，U为逆变器端口电压幅值，XL为线路感抗，US为并网点电压幅值，P为逆变器有功出力，Q为逆变器无功出力。
Q-V下垂控制方程包括：
其中，f为逆变器输出频率，fn为逆变器频率参考，kp为频率下垂控制系数，P为逆变器有功出力，U为逆变器端口电压幅值，Un为逆变器端口电压参考，kq为电压下垂控制系数，Q为逆变器的无功出力。
在一些实施例中，无功均分比例计算模块620具体用于：
获取第一分布式电源和第二分布式电源的并网母线电压和接口逆变器额定电压。
基于Q-V下垂控制方程、并网母线电压以及接口逆变器额定电压，计算第一分布式电源和第二分布式电源的无功均分比例。
无功均分比例包括：
其中，Qi为第一分布式电源DGi逆变器无功出力，Qj为第二分布式电源DGj逆变器无功出力，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，XLj为第二分布式电源DGj的线路电感，US为并网点母线电压幅值，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数，kqj为第二分布式电源DGj的电压下垂控制系数。
在一些实施例中，逆变器端口电压计算模块630中，第一分布式电源的逆变器端口电压包括：
其中，Ui为第一分布式电源DGi逆变器的端口电压，US为并网点电压幅值，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，Qi为第一分布式电源DGi逆变器无功出力，Un为逆变器端口电压参考，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数。
在一些实施例中，反馈控制电压计算模块640中，反馈控制电压包括：
其中，Uf为反馈控制电压，kg为反馈控制增益，Ui为第一分布式电源DGi逆变器的反馈控制的参考电压，Ui为第一分布式电源DGi逆变器的端口电压，Ts为低通滤波器的时间常数，Un为逆变器端口电压参考，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，US为并网点电压幅值，Qi为第一分布式电源DGi逆变器的期望无功出力，kqk为第k个分布式电源的电压下垂控制系数，Qk为第k个分布式电源的逆变器无功出力，N为微电网中分布式电源总个数。
在一些实施例中，微电网控制模块650中，改进的Q-V下垂控制方程包括：
其中，
Kg＝(1+Ts)(1+Ts+kg)-1
其中，Ui为第一分布式电源DGi逆变器的端口电压，Un为逆变器端口电压参考，δ为逆变器端口电压相角，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，US为并网点电压幅值，Qi为第一分布式电源DGi逆变器无功出力；kg为反馈控制增益，Ts为低通滤波器的时间常数，Qi为第一分布式电源DGi逆变器的期望无功出力。
图7是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图7所示，该实施例的终端设备70包括：处理器700、存储器710以及存储在所述存储器710中并可在所述处理器700上运行的计算机程序720，例如微电网分布式电源电压分散协调控制程序。所述处理器70执行所述计算机程序720时实现上述各个微电网分布式电源电压分散协调控制方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S105。或者，所述处理器700执行所述计算机程序720时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图6所示模块610至650的功能。
示例性的，所述计算机程序720可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器710中，并由所述处理器700执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序720在所述终端设备70中的执行过程。例如，所述计算机程序720可以被分割成Q-V下垂控制方程构建模块、无功均分比例计算模块、逆变器端口电压计算模块、反馈控制电压计算模块、微电网控制模块。
所述终端设备70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。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器700、存储器710。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是终端设备70的示例，并不构成对终端设备70的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器700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)、现成可编程门阵列(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。
所述存储器710可以是所述终端设备70的内部存储单元，例如终端设备70的硬盘或内存。所述存储器710也可以是所述终端设备70的外部存储设备，例如所述终端设备70上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器710还可以既包括所述终端设备70的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器710用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器710还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/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。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微电网分布式电源电压分散协调控制方法，其特征在于，包括：
获取微电网的电气参数，基于所述电气参数构建Q-V下垂控制方程；
基于所述Q-V下垂控制方程，计算第一分布式电源和第二分布式电源的无功均分比例；所述第一分布式电源和所述第二分布式电源并联在同一母线上；
将所述第一分布式电源和所述第二分布式电源的线路阻抗压降分别加入所述Q-V下垂控制方程，得到所述第一分布式电源和所述第二分布式电源的逆变器端口电压；
基于所述无功均分比例，计算所述逆变器端口电压对应的反馈控制电压；
基于所述反馈控制电压，计算改进的Q-V下垂控制方程；基于所述改进的Q-V下垂控制方程控制所述微电网；
其中，所述Q-V下垂控制方程包括：
其中，f为逆变器输出频率，fn为逆变器频率参考，kp为频率下垂控制系数，P为逆变器有功出力，U为逆变器端口电压幅值，Un为逆变器端口电压参考，kq为电压下垂控制系数，Q为逆变器的无功出力。
2.如权利要求1所述的微电网分布式电源电压分散协调控制方法，其特征在于，所述微电网的电气参数包括分布式电源参数、线路阻抗参数、并网系统潮流关系；
所述基于所述电气参数构建Q-V下垂控制方程包括：
基于所述分布式电源参数、所述线路阻抗参数、所述并网系统潮流关系，建立逆变器的出力模型；
当所述微电网中的分布式电源运行于静止点时，基于逆变器的出力模型建立输出功率小信号模型；
在所述出力模型和所述输出功率小信号模型中，基于所述线路阻抗参数设置虚拟负电阻，得到所述Q-V下垂控制方程；
所述逆变器的出力模型包括：
其中，P为逆变器的有功出力，Q为逆变器的无功出力；Z为线路阻抗，上标-1表示求取倒数；U为逆变器端口电压幅值，US为并网点电压幅值；φ为线路阻抗角，δ为逆变器端口电压相角；
所述输出功率小信号模型包括：
其中，ΔP为逆变器有功出力变化，ΔQ为逆变器无功出力变化，Δδ为逆变器电压相角变化，ΔU为逆变器端口电压幅值变化；为有功-功角灵敏度，/>为有功-电压灵敏度，/>为无功-功角灵敏度，/>为无功-电压灵敏度；Z为线路阻抗，U为逆变器端口电压幅值，US为并网点电压幅值，Ue为静止点电压幅值，φ为线路阻抗角，δe为静止点的逆变器端口电压相角。
3.如权利要求2所述的微电网分布式电源电压分散协调控制方法，其特征在于，所述在所述出力模型和所述输出功率小信号模型中，基于所述线路阻抗参数设置虚拟负电阻，得到所述Q-V下垂控制方程，包括：
在所述线路阻抗参数中，基于线路电阻设置虚拟负电阻，得到改进后的线路阻抗；
将所述改进后的线路阻抗代入所述出力模型，得到改进的逆变器出力模型；
基于所述输出功率小信号模型和所述逆变器出力模型，得到所述Q-V下垂控制方程；
所述线路阻抗参数包括：Z＝RL+jXL；其中，Z为线路阻抗，RL为线路电阻，XL为线路感抗；
所述虚拟负电阻包括：ZV＝-RL；
所述改进后的线路阻抗为jXL；
所述改进的逆变器出力模型包括：
其中，δ为逆变器端口电压相角，U为逆变器端口电压幅值，XL为线路感抗，US为并网点电压幅值，P为逆变器有功出力，Q为逆变器无功出力。
4.如权利要求1所述的微电网分布式电源电压分散协调控制方法，其特征在于，所述基于所述Q-V下垂控制方程，计算第一分布式电源和第二分布式电源的无功均分比例，包括：
获取所述第一分布式电源和所述第二分布式电源的并网母线电压和接口逆变器额定电压；
基于所述Q-V下垂控制方程、所述并网母线电压以及所述接口逆变器额定电压，计算所述第一分布式电源和所述第二分布式电源的无功均分比例；
所述无功均分比例包括：
其中，Qi为第一分布式电源DGi逆变器无功出力，Qj为第二分布式电源DGj逆变器无功出力，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，XLj为第二分布式电源DGj的线路电感，US为并网点母线电压幅值，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数，kqj为第二分布式电源DGj的电压下垂控制系数。
5.如权利要求1所述的微电网分布式电源电压分散协调控制方法，其特征在于，所述第一分布式电源的逆变器端口电压包括：
其中，Ui为第一分布式电源DGi逆变器的端口电压，US为并网点电压幅值，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，Qi为第一分布式电源DGi逆变器无功出力，Un为逆变器端口电压参考，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数。
6.如权利要求1所述的微电网分布式电源电压分散协调控制方法，其特征在于，所述第一分布式电源的逆变器和所述第二分布式电源的逆变器之间存在电压偏差：Ui≠Uj
所述无功均分比例包括：
其中，Qi为第一分布式电源DGi逆变器无功出力，Qj为第二分布式电源DGj逆变器无功出力，kqi为DGi的电压下垂控制系数，kqj为DGj的电压下垂控制系数，Qmaxi为逆变器的最大无功出力，Qmaxj为逆变器的最大无功出力：
基于所述无功均分比例，所述反馈控制电压包括：
其中，Uf为反馈控制电压，kg为反馈控制增益，为第一分布式电源DGi逆变器的反馈控制的参考电压，Ui为第一分布式电源DGi逆变器的端口电压，Ts为低通滤波器的时间常数，Un为逆变器端口电压参考，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，US为并网点电压幅值，/>为第一分布式电源DGi逆变器的期望无功出力，kqk为第k个分布式电源的电压下垂控制系数，Qk为第k个分布式电源的逆变器无功出力，N为微电网中分布式电源总个数。
7.如权利要求1所述的微电网分布式电源电压分散协调控制方法，其特征在于，在所述Q-V下垂控制方程中引入输出电压反馈控制环节，得到电压表达式：
所述改进的Q-V下垂控制方程包括：
其中，
Kg＝(1+Ts)(1+Ts+kg)-1
其中，Ui为第一分布式电源DGi逆变器的端口电压，Un为逆变器端口电压参考，δ为逆变器端口电压相角，kqi为第一分布式电源DGi的电压下垂控制系数，XLi为第一分布式电源DGi的线路电感，US为并网点电压幅值，Qi为第一分布式电源DGi逆变器无功出力；kg为反馈控制增益，Ts为低通滤波器的时间常数，为第一分布式电源DGi逆变器的期望无功出力。
8.一种微电网分布式电源电压分散协调控制装置，其特征在于，包括：
Q-V下垂控制方程构建模块，用于获取微电网的电气参数，基于所述电气参数构建Q-V下垂控制方程；
无功均分比例计算模块，用于基于所述Q-V下垂控制方程，计算第一分布式电源和第二分布式电源的无功均分比例；所述第一分布式电源和所述第二分布式电源并联在同一母线上；
逆变器端口电压计算模块，用于将所述第一分布式电源和所述第二分布式电源的线路阻抗压降分别加入所述Q-V下垂控制方程，得到所述第一分布式电源和所述第二分布式电源的逆变器端口电压；
反馈控制电压计算模块，用于基于所述无功均分比例，计算所述逆变器端口电压对应的反馈控制电压；
微电网控制模块，用于基于所述反馈控制电压，计算改进的Q-V下垂控制方程；基于所述改进的Q-V下垂控制方程控制所述微电网；
其中，所述Q-V下垂控制方程包括：
其中，f为逆变器输出频率，fn为逆变器频率参考，kp为频率下垂控制系数，P为逆变器有功出力，U为逆变器端口电压幅值，Un为逆变器端口电压参考，kq为电压下垂控制系数，Q为逆变器的无功出力。
9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。
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