CN116250156A - 配电系统故障控制装置和方法 - Google Patents

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CN116250156A CN202180061699.0A CN202180061699A CN116250156A CN 116250156 A CN116250156 A CN 116250156A CN 202180061699 A CN202180061699 A CN 202180061699A CN 116250156 A CN116250156 A CN 116250156A
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Abstract

一种方法包括：检测耦合到配电网的电网中的故障，配电网包括配电馈线、耦合到配电馈线的多个分布式能源(DER)以及与多个DER相关联的适用性参考点(RPA)；以及响应于检测到故障，确定RPA处的误差电压，将误差电压转换成误差信号，向多个DER广播误差信号，并基于误差信号，通过将来自多个DER的多个电流注入配电馈线来降低RPA处的误差电压。

Description

配电系统故障控制装置和方法
本发明由美国政府在能源部授予的第DE-OE0000896号合同下支持完成。美国政府对这项发明有一定权利。
技术领域
本发明总体上涉及用于控制配电系统中的分布式能源的故障控制装置和方法。
背景技术
电网包括诸如燃煤电厂、燃气电厂和核电厂的常规发电站和分布式能源(DER)。常规发电站是集中式的，并且需要在较长的距离上传输电能。DER是位于消耗能源的负载中或附近的小型、模块化、分散式、并网能量系统。DER和负载形成耦合到电网的分布式电力网络。
在操作中，电网处可能出现故障。电网故障可能降低配电网的电压，并导致DER的灵敏跳闸。跳闸的DER导致较大地理区域上能源供应的大量损失。短时间段内的意外能源供应损失可能会导致更复杂的后果，诸如电网的输电线路的过载以及故障引起的延迟电压恢复(FIDVR)。FIDVR指正常清除故障后电压恢复到其标称值的意外延迟。在故障被清除后，配电网的电压在几秒钟内保持处于显著降低的水平，并且然后慢慢恢复到可接受的水平。为了克服这种电网可靠性问题，要求DER实施故障穿越(ride-through)功能。
故障穿越是旨在防止DER进入跳闸模式使得DER能够在故障期间保持连接的一个要求。还需要DER参与动态电压支持(DVS)。随着最近在DER的电力转换器的灵活控制方面的前所未有的进步，目前高级DVS功能变得可能。然而，以协调的方式利用这种灵活性的有效方法仍然是开放的研究领域。因此，需要改进配电网中的DVS控制，以便满足不断变化的电力系统的要求。
发明内容
根据实施例，一种方法包括：检测耦合到配电网的电网中的故障，配电网包括配电馈线、耦合到配电馈线的多个分布式能源(DER)以及与多个DER相关联的适用性参考点(RPA)；以及响应于检测到故障，确定RPA处的误差电压，将误差电压转换成误差信号，向多个DER广播误差信号，并基于误差信号，通过将来自多个DER的多个电流注入配电馈线来降低RPA处的误差电压。
根据另一实施例，一种系统包括：配电网，配电网耦合到电网，配电网包括配电馈线、耦合到配电馈线的多个分布式能源(DER)以及适用性参考点(RPA)；RPA控制器，RPA控制器耦合到RPA，RPA控制器由程序配置成检测电网中的故障，并且响应于检测到故障，确定RPA处的误差电压，并将误差电压转换成误差信号；第一通信设备，第一通信设备耦合到RPA控制器，第一通信设备被配置成向多个DER广播误差信号；以及多个DER控制器，多个DER控制器耦合到多个DER中的相应DER，其中，基于误差信号，多个DER控制器通过编程被配置成控制相应DER以通过向配电馈线注入多个电流来降低RPA处的误差电压。
根据又一实施例，一种适用性参考点(RPA)控制器包括：控制装置，控制装置耦合到配电网，配电网包括配电馈线、耦合到配电馈线的多个分布式能源(DER)以及RPA，其中，控制装置直接耦合到RPA，控制装置包括：存储器，存储器存储包括指令的程序；处理器，处理器耦合到存储器，并且被配置成执行程序；以及第一通信设备，第一通信设备耦合到处理器，其中，指令在被执行时使得处理器检测耦合到配电网的电网中的故障，并且响应于检测到故障，确定RPA处的误差电压，将误差电压转换成误差信号，并将误差信号发送到第一通信设备，并且其中第一通信设备被配置成向多个DER广播误差信号。
根据又一实施例，一种分布式能源(DER)控制系统包括：多个DER控制器，多个DER控制器耦合到配电网，配电网包括配电馈线、耦合到配电馈线的多个分布式能源(DER)以及适用性参考点(RPA)，其中，多个DER控制器中的每个耦合到多个DER中的相应DER，多个DER控制器中的每个包括：存储器，存储器存储包括指令的程序；处理器，处理器耦合到存储器，并且被配置成执行程序；以及通信设备，通信设备耦合到处理器，并且其中，指令在多个DER控制器中的每个中执行时使得多个DER控制器从直接耦合到RPA的RPA控制器接收误差信号，向多个DER发送控制信号，控制信号中的一个被发送到多个DER中的一个，并且其中，由多个DER接收的控制信号被配置成通过将来自多个DER的多个电流注入配电馈线来降低RPA处的误差电压。
前面已经相当广泛地概述了本公开的特征和技术优势，以便可以更好地理解下文公开的详细描述。下文将描述本公开的附加特征和优点，其形成了本公开的权利要求的主题。本领域技术人员应理解，所公开的构思和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实行本公开的相同目的的其它结构或过程的基础。本领域技术人员还应理解，这些等同的构造并不背离所附权利要求中阐述的本公开的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优点，现在结合附图参考以下描述，在附图中：
图1示出了根据本公开的各种实施例的配电网的框图；
图2示出了根据本公开的各种实施例的在不平衡故障下配电网的DER被配置为在各种操作模式下操作；
图3示出了根据本公开的各种实施例的图1中示出的DER和配电馈线的简化模型；
图4示出了根据本公开的各种实施例的实施解耦双同步参考坐标系PLL(DDSRF-PLL)控制方案的控制系统；
图5示出了根据本公开的各种实施例的图1中示出的RPA控制器的框图；
图6示出了根据本公开的各种实施例的图1中示出的DER控制器的框图；
图7示出了根据本公开的各种实施例的实施分布式协作动态电压支持控制方案的控制系统；
图8示出了根据本公开的各种实施例的用于控制图1中示出的配电网的方法的流程图；
图9示出了根据本公开的各种实施例的系统的框图；
图10示出了根据本公开的各种实施例的RPA控制器的框图；
图11示出了根据本公开的各种实施例的DER控制系统的框图；以及
图12示出了根据本公开的各种实施例的处理系统的框图。
除非另外说明，否则不同附图中的相应数字和符号通常指示相应的部分。绘制附图是为了清楚地说明各种实施例的相关方面，并且附图不一定按比例绘制。
具体实施方式
下面详细讨论当前优选实施例的布置和使用。然而，应理解，本公开提供了许多可应用的发明构思，这些发明构思可以在各种特定上下文中实现。所讨论的具体实施例仅用于说明布置和使用本公开的具体方式，而不限制本公开的范围。
将在特定背景下针对优选实施例描述本公开，即，用于控制分布式电力系统中的分布式能源的故障控制装置和方法。然而，本发明也可以应用于各种电力系统。在下文中，将参考附图详细说明各实施例。
图1示出了根据本公开的各种实施例的配电网的框图。配电网100耦合到电网110。配电网100包括配电馈线125。配电馈线125通过电网接口105耦合到电网110的配电总线。配电网100还包括多个分布式能源(DER)122、124和126。在一些实施例中，DER 122、124和126可以是光伏面板、电池能量存储系统、其它合适的可再生能源及其任意组合。
DER 122、124和126耦合到配电馈线125。如图1所示，每个DER通过连接点(POC)连接到配电馈线125。如图1所示，DER 122通过POC 152连接到配电馈线125。DER124通过POC154连接到配电馈线125。DER 126通过POC 156连接到配电馈线125。下面将参考图3描述DER的详细结构和操作原理。每个DER配备有DER控制器。如图1所示，DER控制器132耦合到DER122。DER控制器134耦合到DER 124。DER控制器136耦合到DER 126。下面将参考图6描述DER控制器的详细结构和操作原理。
配电网100还包括适用性参考点(RPA)107和耦合到RPA 107的RPA控制器120。在IEEE 1547中，适用性参考点(RPA)由DER电路的特性定义，特别地，聚合DER容量和输入/输出。它可以在DER终端处，也可以在若干DER连接到电网的点处。关于图1，RPA 157是DER122、124、…、126中的任何一个和电网110之间的连接点。RPA107可以邻近电网接口105。RPA控制器120被配置成检测电网110中的故障。响应于检测到故障，RPA控制器120被配置成确定RPA 107处的误差电压，并将误差电压转换成误差信号。将在下文参考图5描述RPA控制器120的详细结构和操作原理。
配电网100还包括耦合到配电馈线125的多个负载142、144和146。在一些实施例中，负载142、144和146可以是住宅负载、旋转负载(例如，感应电机)及其任意组合。
在操作中，电网110中可能发生诸如不平衡故障的故障。RPA控制器120被配置成确定RPA处的误差电压，将误差电压转换成误差信号。在RPA处，PRA控制器120还将误差电压的正序分量与误差电压的负序分量分离，并生成误差信号，该误差信号包括基于正序分量的第一分量和基于正序分量和负序分量两者的第二分量。误差信号的第一分量包括指示故障期间配电网100的幅值提升需求的值。误差信号的第二分量包括指示故障期间配电网100的电压不平衡的值。在本发明的上下文中，第一分量可以是正电压序列误差，并且第二分量可以是负电压序列误差。
RPA控制器120向多个DER广播误差信号。特别地，RPA控制器120通过合适的通信链路向直接耦合到RPA的DER广播误差信号。直接耦合到RPA的DER将误差信号发送到间接耦合到RPA的DER。
在配电网100中，基于误差信号的第一分量，通过将正序电流注入控制方案应用于多个DER来提升配电网的电压。基于误差信号的第二分量，可以通过将负序电流注入控制方案应用于多个DER来缓解配电网的不平衡电压。
故障是电网的三个相中的至少一个相下发生的不平衡故障。发生故障的相为故障相。没有发生故障的相为非故障相。将动态电压支持(DVS)控制方案应用于多个DER，以降低RPA处的误差电压。应用DVS控制方案包括通过向配电馈线注入多个电流来提升多个DER的故障相的电压并缓解多个DER的非故障相的不平衡电压。
在配电网中，分布式目标跟踪控制方案被应用于多个DER。应用分布式目标跟踪控制方案包括通过在DER之间进行通信以协调由多个DER中的每个注入的电流来确定在分布式目标跟踪控制方案下要注入的多个电流。基于误差信号，协调多个DER以将电流注入配电网。这可以通过速度匹配算法来实现，例如通过协调多个DER，包括将多个DER中的一个DER的电流变化与多个DER中的其余DER的电流变化对准。这还可以通过中心聚集(flock-centering)算法来实现，例如通过协调多个DER，包括将多个DER中的一个DER的电压与多个DER中的其余DER的电压对准。
图2示出了根据本公开的各种实施例的在不平衡故障下配电网的DER被配置为在各种操作模式下操作。第一操作图202示出了在常规控制方案下配电网的DER响应于穿越期间的故障以四种不同模式操作。第二操作图204示出了在本公开的控制方案下配电网的DER响应于穿越期间的故障以四种不同模式操作。第三操作图203示出了在常规控制方案下的DER的相电压响应和在本公开的控制方案下的DER的相电压响应之间的比较。
第一操作图202、第二操作图204和第三操作图203的横轴表示时间间隔。单位为秒。第一操作图202、第二操作图204和第三操作图203的纵轴表示DER的电压。电压以单位系统表示。单位系统是将系统数量作为已定义的基本单位数量的分数的表达。电压的基值是耦合在DER和配电馈线之间的逆变器的额定电压。DER的电压可以替代地称为适用电压。
如第一操作图202和第二操作图204所示，DER被设计成能够在穿越期间响应于异常电压状况(例如，电网中发生故障后的电压扰动)而以四种不同模式操作。每个DER可以处于四种操作模式(即，连续操作模式、强制操作模式、瞬时停止模式和跳闸模式)中的一种。跳闸模式可以替代地被称为应跳闸模式(shall trip mode)。
在连续操作模式下，DER保持操作，并继续递送至少与其扰动前水平一样大的幅值的可用有功功率。如果租赁相电压(lease phase voltage)低于标称值，则可以按租赁相电压的每单位电压按比例分配所递送的电力。换句话说，在适用电压在规定范围内(如图2所示的从0.9到1.1)时，DER处于正常状态。
在强制操作模式下，在规定的幅值和持续时间限制内，DER被配置为承受和支持电网，直到电压扰动停止。如图2所示，当适用电压在0.5至0.9的范围内时，在20秒的持续时间限制内，DER被配置为在强制操作模式下操作。一旦适用电压返回到连续操作模式的电压范围，DER能够立即恢复到正常状态。另一方面，在持续时间限制(20秒)到期后，DER可以离开强制操作模式并进入跳闸模式。
在瞬时停止模式中，DER暂时停止给配电网供电。一旦适用电压返回到连续操作模式的电压范围，DER能够立即恢复到正常状态。另一方面，DER可以在持续时间限制到期后进入跳闸模式。如图2所示，当适用电压在1.2至1.3的范围内时，持续时间限制为0.1秒。同样地，当适用电压在1.1至1.2的范围内时，持续时间限制为20秒。当适用电压在0至0.5的范围内时，持续时间限制为1秒。
在跳闸操作模式下，DER停止向配电网供电。替代地，DER可以从配电网断开。
在操作中，电网的三个相中的至少一个相中发生不平衡故障。例如，故障发生在电网的相A处。由于具有这种故障，相A是故障相。其它两个相(相B和相C)是非故障相。第一操作图202示出了在常规控制方案下DER的相可能引入过电压。响应于故障，通过将电流注入配电网来提升DER的三个相的电压。故障相(相A)的电压从大约0.8增加到大约0.95。一个非故障相(相B)的电压从大约0.95增加到大约1.05。另一非故障相(相C)的电压从大约0.95增加到大约1.15。相C引入过电压并进入瞬时停止模式。
第二操作图204示出了在本公开的控制方案下DER的三个相停留在强制操作模式或连续操作模式。响应于不平衡故障，将动态电压支持(DVS)控制方案应用于多个DER。多个DER向配电馈线注入多个电流，以降低RPA处的误差电压。更特别地，通过将多个电流注入配电馈线，多个DER的故障相的电压被提升，并且多个DER的非故障相的不平衡电压可以被缓解。提升故障相的电压和缓解非故障相的不平衡电压将在下文参考等式(11)至(13)进行进一步讨论。
如图2所示，多个DER的故障相和非故障相两者被配置成在包括连续操作模式、强制操作模式、瞬时停止模式和跳闸模式的模式下操作，如第二操作图204所示。如虚线206所示，提升多个DER的故障相的电压包括迫使故障相离开瞬时停止模式并进入强制操作模式。如虚线208所示，缓解多个DER的非故障相的不平衡电压包括迫使非故障相离开强制操作模式并进入连续操作模式。通过提升多个DER的故障相的电压并缓解多个DER的非故障相的不平衡电压，本公开的控制方案可以防止多个DER的故障相和非故障相进入跳闸模式。
如第二操作图204所示，本公开的控制方案的一个潜在有利特征是缓解多个DER的非故障相的不平衡电压有助于降低在非故障相中引入过电压的可能性，从而降低过冲的风险。
第三操作图203示出了六条电压曲线。第一曲线231表示故障发生并且DER在传统控制方案下进行控制之后故障相(例如，相A)的电压响应。第二曲线232表示故障发生并且DER在传统控制方案下进行控制之后非故障相(例如，相B)的电压响应。第三曲线233表示故障发生并且DER在传统控制方案下进行控制之后另一非故障相(例如，相C)的电压响应。第四曲线234表示故障发生并且DER在本公开的控制方案下进行控制之后的故障相(例如，相A)的电压响应。第五曲线235表示故障发生并且DER在本公开的控制方案下进行控制之后非故障相(例如，相B)的电压响应。第六曲线236表示故障发生并且DER在本公开的控制方案下进行控制之后另一非故障相(例如，相C)的电压响应。如图2所示，在常规控制方案下，一个非故障相(例如，相C)的电压上升至1.1。如第一操作图202所示，相C离开连续操作模式并进入强制停止模式。相比之下，在本公开的控制方案下，非故障相(例如，相C和相B)的电压小于1.1。另外，第四曲线234和第一曲线231指示在本公开的控制方案下故障相的恢复速度比在常规控制方案下的恢复速度更快。
图3示出了根据本公开的各种实施例的图1中示出的DER和配电馈线的简化模型。DER 122包括功率源302、输出电容器Cdc、并网电压源转换器(VSC)和LCL滤波器。功率源302可以被实施为PV面板。并网VSC可以被实施为逆变器。LCL滤波器包括第一电感器Lcf、电容器Cf和第二电感器Lgf。DER 122在POC处连接到配电网。配电馈线被模拟为串联电阻RL和串联阻抗ZL。星形三角形(wye-delta)变压器放置在POC和配电馈线之间。使用POC电压传感器来检测POC的电压(VPOC)。电流传感器用于检测流过配电馈线的电流(ig)。电网电压传感器用于检测电网的电压(Vgrid)。
在操作中，当电网发生不平衡故障时，正序、负序和零序分量占主导地位。根据故障类型，所得到的电压幅值可能不同。例如，在2L-G故障期间，在非故障相上没有观察到显著的电压效应。如果电压支持仅由旨在支持故障相的正序启用，则非故障相幅值的幅值将超过预定阈值。为了避免这种结果，电压支持可以同时包括正序和负序支持。
在图3中，POC(VPOC)和电网电压(VG)之间的数学关系为：
Figure BDA0004115071300000081
在等式(1)中，R是配电馈线的等效电阻。L是配电馈线的等效电感。
这个电力转换器(例如，VSC 304)能够注入正(I+)和负(I-)序电流。通过使用对称分量的幅值，正序和负序信息可以表示为：
Figure BDA0004115071300000082
Figure BDA0004115071300000083
等式(2.1)和(2.2)可以基于配电网的阻抗重新表达。如果网络阻抗是高度电感性的，可以忽略等式的电阻部分。等式(2.1)和(2.2)可以重新表达为：
Figure BDA0004115071300000084
Figure BDA0004115071300000085
等式(3.1)和(3.2)表明，正序电压可以通过在电感性阻抗主导的电网上注入正序无功电流来提升。另一方面，注入负序无功电流有助于缓解电压不平衡。等式(3.1)和(3.2)表明电网电压支持可以以两种方式实现。如果在不平衡故障下仅注入正序无功功率，则与电网电压相比，POC电压将在每个相中同等提升。POC处的不平衡电压可以通过注入负序无功功率来补偿。
可以通过减小故障相和非故障相之间的电压幅值差距来实现不平衡缓解。作为缓解不平衡电压的结果，非故障相可以避免电压过冲。
对于低压电网，等式(2.1)和(2.2)也可以重新表达，因为电网阻抗更具电阻性。这些等式可以通过忽略电感性元件来重新表达。等式(2.1)和(2.2)可以重新表达为：
Figure BDA0004115071300000086
Figure BDA0004115071300000087
等式(4.1)和(4.2)表明注入正序有功功率可以提升POC处的正序电压，而减少负序有功功率的量有助于缓解电阻性网络的POC电压不平衡。
为了在不平衡状况期间控制电力转换器(例如，VSC 304)，等式(1)可以在双同步参考坐标系(DSRF)中表示。在静止参考系(αβ)中，等式(1)可以表示为：
Figure BDA0004115071300000088
在不平衡故障期间，静止参考坐标系(αβ)中的电压变量(V)可以分解为(dq)坐标系中的正序和负序分量：
Figure BDA0004115071300000089
在等式(6)中，Vαβ由V的abc自然量计算为：
Vαβ＝vaej0+vbej2π/3+vce-j2π/3 (7)
(dq)坐标系中的分解序列模型可以通过将(6)代入(5)获得：
Figure BDA0004115071300000091
Figure BDA0004115071300000092
Figure BDA0004115071300000093
Figure BDA0004115071300000094
在等式(8.1)、(8.2)、(9.1)和(9.2)中，Lf是配电馈线的等效电感。Rf是配电馈线的等效电阻。对于Lf>>Rf条件，正序幅值提升和负序不平衡缓解可以分别通过控制
Figure BDA0004115071300000099
和
Figure BDA00041150713000000910
来直接操控。另一方面，根据转换器电流限制，可以生成
Figure BDA00041150713000000911
以满足有功功率递送要求。
在本公开中，通过控制用于协调电压幅值提升的正序电流注入和协调不平衡电压缓解的负序电流注入的
Figure BDA00041150713000000912
和
Figure BDA00041150713000000913
量来处理二维正序幅值提升和负序不平衡缓解目标。为了实现适当的电力变换器控制，采用锁相环(PLL)算法来单独控制正序和负序分量。
解耦双同步参考坐标系PLL(DDSRF-PLL)控制方案用于单独控制正序和负序分量。DDSRF-PLL在本领域中是公知的，因此不再详细讨论。在应用DDSRF-PLL控制方案之后，电力转换器(例如，VSC 304)的控制等式可以表示为：
Figure BDA0004115071300000095
Figure BDA0004115071300000096
Figure BDA0004115071300000097
Figure BDA0004115071300000098
上面的控制等式用于控制电力转换器。控制等式可以在DER控制器中实施。下面将参考图4描述上述控制方程的详细实施方式。
电网发生故障后，穿越要求包括二维不平衡电压恢复方案。这种二维不平衡电压恢复方案的第一方面是协调用于电压幅值提升的正序电流注入。这种二维不平衡电压恢复方案的第二方面是协调用于电压不平衡缓解的负序电流注入。RPA处的要求通过误差信号广播到配电网。电力转换器(例如，VSC 304)中的每个可以解释这个误差信号，与其它DER合作，并在一段时间内本地生成增量电流注入。RPA处的电压变化可以表示为：
Δv+，-＝ΔiQ +，-.t (11)
基于上面的等式(8.1)、(8.2)、(9.1)和(9.2)，等式(11)的ΔiQ可以表示为
Figure BDA0004115071300000103
和
Figure BDA0004115071300000104
其用作电力转换器的电流基准。应注意，等式(11)的ΔiQ仅包括Iq。配电网的路径是电感路径。无功功率能够提升故障相的电压。如此，可以忽略电流Id。还应注意，如果配电网具有电阻性路径，则有功功率能够提升故障相的电压。Iq应该由Id替换。此外，如果路径具有电阻性元件和电感性元件的组合，则应包括Iq和Id两者。
由RPA广播的误差信号包括第一分量和第二分量。第一分量包括指示故障期间配电网的幅值提升要求的值。第二分量包括指示故障期间配电网的电压不平衡的值。第一分量可以表示为：
Figure BDA0004115071300000101
在RPA处，RPA电压(VRPA)的正序分量(VRPA +)与RPA电压的负序分量(VRPA -)分离。等式(12)指示误差信号的第一分量基于RPA电压的正序分量。
误差信号的第二分量可以表示为：
Figure BDA0004115071300000102
等式(13)指示误差信号的第二分量基于RPA电压的正序分量和负序分量两者。
RPA将等式(12)和(13)中示出的误差信号广播给配电网的DER。由DER使用所广播的误差信号来生成用于控制相应电力转换器的电流基准。
图4示出了根据本公开的各种实施例的实施解耦双同步参考坐标系PLL控制方案的控制系统。等式(10.1)、(10.2)、(10.3)和(10.4)中示出的控制等式在每个DER控制器中实施。为了简单起见，图4中仅示出了DER控制器的相关部分。DER控制器被配置为接收由RPA广播的误差信号并基于误差信号生成电流基准。DER控制器还接收操作参数(例如，耦合到DER控制器的逆变器的电流和电压)。DDSRF-PLL控制方案用于处理电流基准和所检测的操作参数，并生成控制信号来控制逆变器的电流注入。
图4中示出的DER控制器包括电压变换部分168。在电压变换部分168中，三相测量电压被提供给第一变换块160，其将VPOC的三相信号(线abc)变换成它们在dq同步参考坐标系中的相应信号，如本领域中所理解的。
dq电压信号被提供给DDSRF-PLL序列提取块162，其中计算正序dq电压Vdq +和负dq电压Vdq -。正序dq电压Vdq +分别包括正序直流和正交电压分量Vd +和Vq +。负序dq电压Vdq -分别包括负序直流和正交电压分量Vd -和Vq -。此外，DDSRF-PLL序列提取块162被配置成生成φ+和φ-信号。φ+和φ-信号分别代表电压VPOC的正序和负序相角。
逆变器的测量电流(if)分别被提供给第二变换块164和第三变换块166。基于所测量的电流和正序相角φ+，第二变换块164被配置成生成正序dq电流idq +。正序dq电流idq +分别包括正序直流和正交电流分量id +和iq +。基于所测量的电流和负序相角φ-，第三变换块166被配置为生成负序dq电流idq +。负序dq电流idq -分别包括负序直流和正交电流分量id -和iq -。
如图4所示，控制器包括四个电流处理支路，即，正序直流处理支路191、正序正交电流处理支路192、负序直流处理支路193和负序正交电流处理支路194。
在正序直流处理支路191中，正序直流id +被馈送到求和单元181。求和单元181计算正序直流参考电流id +*和正序直流电流id +之间的差值。该差值也可以称为正序直流误差。应注意，正序直接参考电流id +*基于由RPA广播的误差信号生成。
如图4所示，正序直流误差被馈送到比例积分(PI)控制器182。PI控制器182的输出基于电流误差值的和以及基于电流误差值的积分生成。PI控制在本领域中是公知的，因此不再讨论。PI控制器182的输出被馈送到求和单元183。如图4所示，求和单元183还接收第一交叉耦合信号，这将在下文描述。
由求和单元183接收的第一交叉耦合信号如下生成。正序正交电流iq +被馈送到倍增器185，其中该正序正交电流乘以ωL。倍增器185的输出等于iq +×ωL。倍增器185的输出作为第一交叉耦合信号提供给求和单元183。求和单元183生成正序直接参考电压Vd +*。
在正序正交电流处理支路192中，正序正交电流iq +被馈送到求和单元186。求和单元186计算正序正交参考电流iq +*和正序正交电流iq +之间的差值。该差值也可以替代地被称为正序正交电流误差。应注意，正序正交参考电流iq +*基于由RPA广播的误差信号生成。
如图4所示，正序正交电流误差被馈送到PI控制器187。PI控制器187的输出基于电流误差值的和以及基于电流误差值的积分生成。PI控制器187的输出被馈送到求和单元188。如图4所示，求和单元188也接收第二交叉耦合信号。
由求和单元188接收的第二交叉耦合信号如下生成。正序直流电流id +被馈送到倍增器184，其中该正序直流电流乘以ωL。倍增器184的输出等于id +×ωL。倍增器184的输出作为第二交叉耦合信号提供给求和单元188。求和单元188生成正序正交参考电压Vq +*。
求和单元183和188的输出分别是正序直流和正交参考电压Vd +*和Vq +*，它们被馈送到变换块196，其中正序直流和正交参考电压被转换成abc系统中的参考电压。
负序直流处理支路193与正序直流处理支路191类似，并且因此不再详细讨论。同样地，负序正交电流处理支路194与正序正交电流处理支路192类似，并且因此不再详细讨论。如图4所示，求和单元的输出分别是负序直流和正交基准电压Vd -*和Vq -*，它们被馈送到变换块198，其中负序直流和正交基准电压被转换为abc系统中的参考电压。
正序和负序参考电压在求和单元197处组合，以提供参考电压信号Vabc +*。参考电压信号Vabc +*被提供给脉宽调制(PWM)控制器，用于生成逆变器的开关切换命令。PWM控制器可以是数字信号处理器(DSP)的一部分。
图5示出了根据本公开的各种实施例的图1中示出的RPA控制器的框图。如图5所示，RPA控制器120包括模数转换器502、存储器504、数字处理器506和通信设备508。如图5所示，模数转换器502被配置成接收电压Vgrid，并将该电压转换成适合于数字处理器506的数字信号。控制指令存储在存储器504中。数字处理器506从存储器504加载控制指令。控制指令在数字处理器506中执行，以处理来自模数转换器502的数字信号。在数字信号已经被处理之后，数字处理器506被配置成生成误差信号。误差信号包括第一分量和第二分量。第一分量包括指示电网中的故障期间配电网的幅值提升要求的值。第二分量包括指示故障期间配电网的电压不平衡的值。误差信号被馈送到通信设备508。通信设备508被配置成向DER广播误差信号。
在一些实施例中，数字处理器506被实施为高速处理器，诸如DSP。DSP允许等式(11)和(12)中示出的控制方法的数字控制实施。图5示出了可以在数字处理器中完全实施的控制方法。这仅为示例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代方案和修改。例如，控制方法的一部分可以由任何其它合适的处理电路实施，诸如逻辑电路、模拟电路等。
图6示出了根据本公开的各种实施例的图1中示出的DER控制器的框图。如图6所示，DER控制器132包括模数转换器602、存储器604、数字处理器606和通信设备608。如图6所示，模数转换器602被配置为接收多个操作参数，包括逆变器的输出电压、POC电压和POC电流。模数转换器602将操作参数转换成适用于数字处理器606的数字信号。通信设备608被配置为接收由RPA广播的误差信号，并将误差信号馈送到数字处理器606中。
控制指令存储在存储器604中。数字处理器606从存储器604加载控制指令。控制指令在数字处理器606中执行，以处理来自模数转换器502的数字信号和来自通信设备608的误差信号。在数字信号和误差信号已经被处理之后，数字处理器606被配置成生成逆变器控制信号。逆变器控制信号用于控制来自与DER控制器相关联的DER的电流注入。
图7示出了根据本公开的各种实施例的实施分布式协作动态电压支持(DCDVS)控制方案的控制系统。图1中示出的配电网可以被模拟为如图7中所示的多代理系统。RPA是主代理171。主代理171可以替代地被称为RPA代理或主要RPA代理。DER是耦合到主要RPA代理171的代理172至179。
在操作中，RPA(代理171)向直接耦合到RPA的DER(例如，代理172、173、178和179)广播误差信号。直接耦合到RPA的DER将误差信号发送到间接耦合到RPA的DER(例如，代理174、175、176和177)。
在操作中，分布式目标跟踪控制方案被应用于多个DER(代理172至172)。应用分布式目标跟踪控制方案包括通过在DER(代理172至172)之间进行通信以协调要由多个DER中的每个注入的电流来确定在分布式目标跟踪控制方案下要注入的电流。
代理彼此通信以实现全局目标。DER代理中的每个的全局目标是满足来自主要RPA代理171的要求(例如，误差信号)。每个DER代理不仅实施本地响应特性，还与其它DER代理协作。这个特性确保代理拥有本地自主权，同时满足来自主代理的请求。RPA(主代理)可以向网络代理(DER)广播基于事件的请求(例如，故障已经发生后的误差信号)，从而请求它们提供聚合DCDVS支持，以在RPA处实现特定响应。这个请求是所有网络代理的共同利益，因为RPA的连接性对于其余代理保持在线至关重要。
图7中的代理(代理172至179)形成群集。在群集中，代理具有各代理之间的本地相互作用，并且表现出集体运动来实现全局目标。代理能够分离、重新结合、并形成朝向目标的高度有序的快速收敛的质心。代理(DER)能够达到由主代理(RPA)广播的全局目标，同时与其它相邻DER进行本地交互。采用三种控制方案来控制代理的行为。
第一控制方案基于群集的速度匹配行为。代理尝试调节它们与邻居的速度(对准)。这种行为有助于避免不受控制的电流注入(这可能导致过电压)。
第二控制方案基于群集的群集居中行为。每个代理试图保持靠近其邻居(内聚)。这个特征有助于保持电压分布平滑，并避免馈线上的较大差异。
第三控制方案基于群集的碰撞避免行为。代理保持远离与它们的邻居碰撞(分离)。这种行为不一定需要在电力系统域中实施，因为每个DER的电流注入可以重叠。
在本公开中，采用第一控制方案和第二控制方案来控制DER。在第一控制方案下，基于误差信号，协调多个DER以将电流注入配电网。协调多个DER包括将多个DER中的一个DER的电流变化与多个DER中的其余DER的电流变化对准。在一些实施例中，多个DER中的其余DER是相邻DER。例如，DER(图7中示出的代理174)的电流变化与相邻DER(代理172、173和175)的电流变化对准。
在第二控制方案下，基于误差信号，协调多个DER以将电流注入配电网。协调多个DER包括将多个DER中的一个DER的电压与多个DER中的其余DER的电压对准。
图7中示出的多代理系统作为生物网络起作用。在这个生物网络中，最知情的代理倾向于将其信息调制到他们的速度中。例如，鱼群中最知情的鱼在其感觉到危害时移动得更快。代理需要更多地关注快速移动的邻居，并向它们分配更大的权重。当DCDVS控制方案应用于多代理系统时，生物网络的行为可以以两种方法模拟。第一方法是将加速行为与所观察到的故障严重性联系起来。如果代理更靠近故障点，则该代理的加速会越快。第二方法是代理是否具有与RPA的直接通信并且能够获取具有较少噪声的信息，而其它代理则从它们的邻居学习操作模型。
在有噪音的通信环境中，代理在故障状况期间和在故障状况之后具有自组织能力。DER之间的约束和本地交互包括全局响应模式，以确保故障之后的稳定性。DER可以通过响应于所接收的信息的质量调整与链路相关联的权重来实时调节拓扑。DER不需要收敛到相同的平衡。替代地，利用网络上数据的时间和空间多样性以允许节点在评估和评价其数据的质量时具有一定程度的个体性。
在故障期间，发生电网扰动。如果RPA的电压水平过渡到强制操作状态(强制操作模式)，则RPA通过未知网络向DER广播包括εunbalance和εmag值的误差信号。群集中的DER跟踪误差信号以生成用于控制与DER相关联的电力转换器的参考值。特别地，电力转换器基于相应参考值注入电流。
根据公知的分布式目标跟踪理论，每个代理与未知的目标位置相关。代理通过公知的扩散融合再适应(combine-then-adapt，CTA)策略来跟踪和评估未知的目标位置。通过这种未知位置跟踪方法，可以直接从RPA或网络中任何其它知情代理接收信息。
如果代理中的任何一个接收诸如误差信号的调节信号，则DER协作并根据等式(11)中示出的Δv+,-＝ΔiQ +,-.t在一定时间内本地生成增量电流注入。基于等式(8.1)、(8.2)、(9.1)和(9.2)，ΔiQ可以表示为
Figure BDA0004115071300000141
和
Figure BDA0004115071300000142
电流基准。电流基准
Figure BDA0004115071300000143
和
Figure BDA0004115071300000144
用于确定代理的电流注入速度。上述方法允许代理匹配电流注入的速度，以避免无意的电压过冲并使得电压恢复平滑化。
图8示出了根据本公开的各种实施例的用于控制图1中示出的配电网的方法的流程图。图8中示出的该流程图仅为示例，其不应不适当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代方案和修改。例如，可以添加、删除、替换、重新布置和重复图8中示出的各个步骤。
配电网包括耦合到配电馈线的多个DER。分布式电力网络耦合到电网。每个DER的电源通过逆变器耦合到配电馈线。配电网还包括RPA。RPA是与电网和配电网之间的接口相邻的节点。当电网中发生故障时，RPA能够基于RPA节点上的所检测到的电压生成误差信号。RPA配备有RPA通信设备。每个DER配备有DER通信设备。RPA通信设备用于通过相应的DER通信设备向多个DER广播误差信号。
在步骤802处，由RPA检测电网中的故障。RPA与多个DER相关联。这在上面的各种实施例中进行了进一步描述，例如在图2至图4中。
在步骤804处，响应于检测到故障，RPA被配置成确定误差电压，将误差电压转换成误差信号，并将误差信号广播到多个DER。基于误差信号，来自多个DER的多个电流被注入到配电馈线，以降低RPA处的误差电压。这在上面的各种实施例中进行了进一步描述，例如在图2至图4中。具有步骤804的一个潜在有利特征是，在故障期间，DER基于误差信号将电流注入到配电馈线中。所注入的电流有助于降低RPA处的误差电压，从而保持RPA处的预定电压分布。
图9示出了根据本公开的各种实施例的系统的框图。配电网100耦合到电网110。配电网100包括配电馈线125、耦合到配电馈线125的多个分布式能源(DER)122至126、和适用性参考点(RPA)121、以及耦合到RPA 121的RPA控制器120。RPA控制器120由程序配置成检测电网110中的故障，例如参考图2所述。响应于检测到故障，RPA控制器120由程序配置成确定RPA 121处的误差电压，并将误差电压转换成误差信号，例如参考图3所述。第一通信设备123耦合到RPA控制器120，例如参考图5所述。第一通信设备123被配置成向多个DER 122至126广播误差信号，例如参考图5所述。多个DER控制器132至136耦合到多个DER 122至126中的相应DER，例如参考图1所述。基于误差信号，多个DER控制器132至136通过编程被配置为控制相应的DER，从而通过将多个电流注入到配电馈线125来降低RPA 121处的误差电压，例如参考图1所述。
图10示出了根据本公开的各种实施例的RPA控制器的框图。RPA控制器包括耦合到配电网的控制装置。配电网包括配电馈线、耦合到配电馈线的多个分布式能源(DER)和RPA。控制装置直接耦合到RPA。如图10所示，控制装置包括存储包括指令的程序的存储器504、耦合到存储器504的处理器506和耦合到处理器506的第一通信设备508。处理器506和第一通信设备508分别类似于图5中示出的数字处理器和通信设备。处理器506被配置为执行程序。这些指令在被执行时使得处理器506检测耦合到配电网的电网中的故障，例如参考图2所述。响应于检测到故障，处理器506确定RPA处的误差电压，将误差电压转换成误差信号，并将误差信号发送到第一通信设备508，例如参考图2至图4所述。第一通信设备508被配置成向多个DER广播误差信号，例如参考图5至图6所述。
图11示出了根据本公开的各种实施例的DER控制系统的框图。DER控制系统包括多个DER控制器，如图11所示。多个DER控制器耦合到配电网，该配电网包括配电馈线、耦合到配电馈线的多个DER和RPA。多个DER控制器中的每个耦合到多个DER中的相对应的DER。多个DER控制器中的每个包括存储包括指令的程序的存储器604、耦合到存储器604的处理器606和耦合到处理器606的通信设备608。处理器606被配置为执行程序。这些指令在多个DER控制器中的每个中执行时使得多个DER控制器接收来自直接耦合到RPA的RPA控制器的误差信号，并向多个DER发送控制信号，例如参考图2至图4和图7所述。控制信号中的一个被发送到多个DER中的一个。由多个DER接收的控制信号被配置成通过从多个DER向配电馈线注入多个电流来降低RPA处的误差电压，例如参考图1至图4所述。
图12示出了根据本公开的各种实施例的处理系统的框图。处理系统1200描绘了可以用于实施实施例配电网的部分和/或与实施例配电网接口的外部计算机或处理设备的通用平台以及通用组件和功能。例如，处理系统1200可以用于实施图10中示出的控制器的一部分。在一些实施例中，处理系统1200可以用于确定和评估实施例操作参数，以及基于操作参数确定配电网的误差信号。
处理系统1200可以包括例如连接到总线1208的中央处理单元(CPU)1202和存储器1204，并且可以被配置为执行以上讨论的处理。如果期望或需要的话，处理系统1200还可以包括用于提供与本地显示器1212的连接的显示适配器1210、以及用于为一个或多个输入/输出设备1216(诸如鼠标、键盘、闪存驱动器等)提供输入/输出接口的输入输出(I/O)适配器1214。
处理系统1200还可以包括：网络接口1218，该网络接口可以使用网络适配器来实施，其被配置为耦合到有线链路，诸如网络线缆、USB接口等；和/或用于与网络1220通信的无线/蜂窝链路。网络接口1218还可以包括用于无线通信的合适的接收器和发射器。应注意，处理系统1200可以包括其它组件。例如，如果在外部实施，处理系统1200可以包括硬件组件电源、线缆、主板、可移动存储介质、壳体等。尽管未示出，但是这些其它组件被认为是处理系统1200的一部分。在一些实施例中，处理系统1200可以实施在单个单片半导体集成电路上和/或与其它公开的系统组件实施在相同的单片半导体集成电路上。
这里总结了本发明的示例实施例。其它实施例也可以从整个说明书以及本文提交的权利要求中理解。
降低过冲风险可能是有利的。为了更好地解决这个问题，在本发明的示例1中，提出了一种方法，该方法包括：检测耦合到配电网的电网中的故障，配电网包括配电馈线、耦合到配电馈线的多个分布式能源(DER)、以及与多个DER相关联的适用性参考点(RPA)。该方法包括：响应于检测到故障，确定RPA处的误差电压，将误差电压转换成误差信号，将误差信号广播到多个DER，并基于误差信号，通过将来自多个DER的多个电流注入配电馈线来降低RPA处的误差电压。
可能有利的是基于将误差电压的正序分量与误差电压的负序分量分离来实现二维不平衡电压恢复目标。为了更好地解决这个问题，在本发明的示例2中，根据示例1的方法，其中，将误差电压转换成误差信号包括：在RPA处，将误差电压的正序分量与误差电压的负序分量分离；以及在RPA处，生成包括基于正序分量的第一分量和基于正序分量和负序分量两者的第二分量的误差信号。
可能有利的是实现用于电压幅值提升的协调的正序电流注入和用于不平衡电压缓解的协调的负序电流注入。为了更好地解决这个问题，在本发明的示例3中，根据示例1或2中的一项的方法，其中：第一分量包括指示故障期间配电网的幅值提升要求的值；以及第二分量包括指示故障期间配电网电压不平衡的值。
示例4。根据示例1至3中的一项的方法，其中，降低RPA处的误差电压包括：基于第一分量，通过将正序电流注入控制方案应用于多个DER来提升配电网的电压。
示例5。根据示例1至4中的一项的方法，其中，降低RPA处的误差电压包括：基于第二分量，通过将负序电流注入控制方案应用于多个DER来缓解配电网的不平衡电压。
可能有利的是通过缓解非故障相的不平衡电压来降低在非故障相引入过电压的可能性。为了更好地解决这个问题，在本发明的示例6中，根据示例1至5中的一项的方法，其中，检测电网中的故障包括检测：电网的三个相中的至少一个相的不平衡故障，并且其中，降低RPA处的误差电压包括通过将动态电压支持(DVS)控制方案应用于多个DER来确定要注入的多个电流，并且其中，应用DVS控制方案包括通过将多个电流注入配电馈线来提升多个DER的故障相的电压并缓解多个DER的非故障相的不平衡电压。
示例7。根据示例1至6中的一项的方法，其中，多个DER的故障相和非故障相被配置成在包括连续操作模式、强制操作模式、瞬时停止模式和跳闸模式，特别地由连续操作模式、强制操作模式、瞬时停止模式和跳闸模式组成，的模式下操作，其中，提升多个DER的故障相的电压包括迫使故障相离开瞬时停止模式并进入强制操作模式，并且其中，缓解多个DER的非故障相的不平衡电压包括迫使非故障相离开强制操作模式并进入连续操作模式。
示例8。根据示例1至7中的一项的方法，还包括：通过提升多个DER的故障相的电压并缓解多个DER的非故障相的不平衡电压，来防止多个DER的故障相和非故障相进入跳闸模式。
有利的特征是，通过电流变化的对准，可以协调DER以避免不协调的电流注入。为了更好地解决这个问题，在本发明的示例9中，根据示例1至8中的一项的方法，其中，减小RPA处的误差电压包括：基于误差信号，协调多个DER以将电流注入到配电网中，并且其中，协调多个DER包括例如通过如上所述的第一控制方案和/或速度匹配算法，将多个DER中的一个DER的电流变化与多个DER中的其余DER的电流变化对准。
有利的特征是，通过DER的电压的对准，可以协调DER以支持RPA电压分布。为了更好地解决这个问题，在本发明的示例10中，根据示例1至9中的一项的方法，其中，降低RPA处的误差电压包括：基于误差信号，协调多个DER以将电流注入到配电网中，并且其中，协调多个DER包括例如通过如上所述的第二控制方案和/或速度匹配算法，将多个DER中的一个DER的电压与多个DER中的其余DER的电压对准。
有利的特征是，通过以下广播机制，所有DER可以可靠地接收来自RPA的误差信号。为了更好地解决这个问题，在本发明的示例11中，根据示例1至10中的一项的方法，其中，向多个DER广播误差信号包括：向多个DER中的第一DER广播误差信号，第一DER直接耦合到RPA；以及将误差信号从第一DER发送到多个DER中的第二DER，第二DER间接耦合到RPA。
有利的特征是，在分布式目标跟踪控制方案下，DER可以在故障穿越期间和故障穿越之后支持RPA电压分布，并且通过协作行为避免不协调的电流注入。为了更好地解决这个问题，在本发明的示例12中，根据示例1至11中的一项的方法，其中，降低RPA处的误差电压包括：将分布式目标跟踪控制方案应用于多个DER，并且其中，应用分布式目标跟踪控制方案包括通过在多个DER之间进行通信以协调要由多个DER中的每个注入的电流来确定在分布式目标跟踪控制方案下要注入的多个电流。
降低过冲风险可能是有利的。为了更好地解决这个问题，在本发明的示例13中，提出了一种系统，该系统包括：配电网，配电网耦合到电网，配电网包括配电馈线、耦合到配电馈线的多个分布式能源(DER)以及适用性参考点(RPA)；RPA控制器，RPA控制器耦合到RPA，其中，RPA控制器被程序配置成检测电网中的故障，并且响应于检测到故障，确定RPA处的误差电压，并将误差电压转换成误差信号；第一通信设备，第一通信设备耦合到RPA控制器，第一通信设备被配置为向多个DER广播误差信号。该系统包括耦合到多个DER中的各个DER的多个DER控制器，其中，基于误差信号，多个DER控制器通过编程被配置成控制各个DER，以通过向配电馈线注入多个电流来降低RPA处的误差电压。
示例14。根据示例13的系统，其中，RPA控制器由程序配置成将误差电压的正序分量与误差电压的负序分量分离，并生成包括基于正序分量的第一分量和基于正序分量和负序分量两者的第二分量的误差信号，其中：第一分量包括指示故障期间配电网的幅值提升要求的值；第二分量包括指示故障期间配电网的电压不平衡的值。
示例15。根据示例13或14中的一项的系统，其中，基于第一分量，多个DER控制器通过编程被配置成通过将正序电流注入控制方案应用于多个DER来提升配电网的电压；以及基于第二分量，多个DER控制器通过编程被配置成通过将负序电流注入控制方案应用于多个DER来缓解配电网的不平衡电压。
示例16。根据示例13至15中的一项的系统，其中：多个DER控制器通过编程被配置成控制多个DER来提升多个DER的故障相的电压，并缓解多个DER的非故障相的不平衡电压。
示例17。根据示例13至16中的一项的系统，其中：多个DER控制器通过编程被配置成协调多个DER以通过例如利用如上所述的第一控制方案和/或速度匹配算法将多个DER中的一个DER的电流变化与多个DER中的其余DER的电流变化对准而将电流注入到配电网中。
示例18。根据示例13至17中的一项的系统，其中：多个DER控制器通过编程被配置成协调多个DER以通过例如利用如上所述的第二控制方案和/或中心聚集算法将多个DER中的一个DER的电压与多个DER中的其余DER的电压对准而将电流注入到配电网中。
示例19。根据示例13至18中的一项的系统，还包括：第二通信设备，第二通信设备耦合到多个DER中的第一DER，其中，第一DER直接耦合到RPA；以及第三通信设备，第三通信设备耦合到多个DER中的第二DER，其中，第二DER间接耦合到RPA，并且其中，第二通信设备被配置为接收由第一通信设备广播的误差信号，并将误差信号发送到第三通信设备。
示例20。根据示例13至19中的一项的系统，还包括：多个逆变器，其中，多个逆变器中的一个耦合在多个DER中的每个和配电馈线之间，并且其中，基于误差信号，多个逆变器被配置成生成要注入到配电馈线的多个电流。
降低过冲风险可能是有利的。为了更好地解决这个问题，在本发明的示例21中，提出了一种系统适用性参考点(RPA)控制器，包括：控制装置，控制装置耦合到配电网，配电网包括配电馈线、耦合到配电馈线的多个分布式能源(DER)以及RPA，其中，控制装置直接耦合到RPA，控制装置包括：存储器，存储器存储包括指令的程序；处理器，处理器耦合到存储器并且被配置成执行程序；以及第一通信设备，第一通信设备耦合到处理器，其中，指令在被执行时使得处理器检测耦合到配电网的电网中的故障，并且响应于检测到故障，确定RPA处的误差电压，将误差电压转换成误差信号，并将误差信号发送到第一通信设备，并且其中，第一通信设备被配置成向多个DER广播误差信号。
示例22。根据示例21的RPA控制器，其中：多个DER中的第一DER耦合到第二通信设备，第一DER直接耦合到RPA；多个DER中的第二DER耦合到第三通信设备，第二DER间接耦合到RPA，并且其中，第二通信设备被配置成接收由第一通信设备广播的误差信号，并将误差信号发送到第三通信设备；以及多个DER耦合到多个DER控制器，其中基于误差信号，多个DER控制器通过编程被配置成控制相应的DER，以通过向配电馈线注入多个电流来降低RPA处的误差电压。
示例23。根据示例21或22中的一项的RPA控制器，其中，处理器由程序配置成将误差电压的正序分量与误差电压的负序分量分离，并生成包括基于正序分量的第一分量和基于正序分量和负序分量两者的第二分量的误差信号，其中：第一分量包括指示故障期间配电网的幅值提升要求的值；第二分量包括指示故障期间配电网的电压不平衡的值。
降低过冲风险可能是有利的。为了更好地解决这个问题，在本发明的示例24中，提出了一种分布式能源(DER)控制系统，包括：多个DER控制器，多个DER控制器耦合到配电网，配电网包括配电馈线、耦合到配电馈线的多个分布式能源(DER)、以及适用性参考点(RPA)，其中，多个DER控制器中的每个耦合到多个DER中的相应的DER，多个DER控制器中的每个包括：存储器，存储器存储包括指令的程序；处理器，处理器耦合到存储器并且被配置成执行程序；以及通信设备，通信设备耦合到处理器，并且其中，指令在多个DER控制器中的每个中执行时使得多个DER控制器从直接耦合到RPA的RPA控制器接收误差信号，向多个DER发送控制信号，控制信号中的一个被发送到多个DER中的一个，并且其中，由多个DER接收的控制信号被配置成通过将来自多个DER的多个电流注入到配电馈线来降低RPA处的误差电压。
示例25。根据示例24的DER控制系统，其中，误差电压包括正序分量和负序分量，并且误差信号包括基于正序分量的第一分量以及基于正序分量和负序分量两者的第二分量，并且其中：第一分量包括指示在耦合到配电网的电网中的故障期间配电网的幅值提升要求的值；以及第二分量包括指示故障期间配电网的电压不平衡的值。
示例26。根据示例24或25中的一项的DER控制系统，其中：基于第一分量，多个DER控制器通过执行多个DER控制器中的每个中的指令被配置成通过将正序电流注入控制方案应用于多个DER来提升配电网的电压；以及基于第二分量，多个DER控制器通过执行多个DER控制器中的每个中的指令被配置成通过将负序电流注入控制方案应用于多个DER来缓解配电网的不平衡电压。
示例27。根据示例24至26中的一项的DER控制系统，其中：多个DER控制器通过执行多个DER控制器中的每个中的指令被配置成协调多个DER以通过例如利用如上所述的第一控制方案和/或速度匹配算法将多个DER中的一个DER的电流变化与多个DER中的其余DER的电流变化对准而将电流注入到配电网中；并且多个DER控制器通过执行多个DER控制器中的每个中的指令被配置成协调多个DER以通过例如利用如上所述的第二控制方案和/或中心聚集算法将多个DER中的一个DER的电压与多个DER中的其余DER的电压对准而将电流注入到配电网中。
尽管已经详细描述了本公开的实施例及其优点，但是应理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。
此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质成分、装置、方法和步骤的特定实施例。如本领域普通技术人员从本公开的公开内容将容易理解的，根据本公开内容可以利用现有的或以后将开发的执行与本文描述的相对应的实施例基本相同的功能或实现与本文描述的相对应实施例基本相同的结果的过程、机器、制造、物质成分、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质成分、装置、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (23)

1.一种方法，包括：
检测耦合到配电网的电网中的故障，所述配电网包括配电馈线、耦合到所述配电馈线的多个分布式能源(DER)、以及与所述多个DER相关联的适用性参考点(RPA)；以及
响应于检测到所述故障，确定所述RPA处的误差电压，将所述误差电压转换成误差信号，将所述误差信号广播到所述多个DER，并基于所述误差信号，通过将来自所述多个DER的多个电流注入所述配电馈线来降低所述RPA处的所述误差电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述误差电压转换成所述误差信号包括：
在所述RPA处，将所述误差电压的正序分量与所述误差电压的负序分量分离；以及
在所述RPA处，生成包括基于所述正序分量的第一分量和基于所述正序分量和所述负序分量两者的第二分量的所述误差信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述第一分量包括指示所述故障期间所述配电网的幅值提升要求的值；以及
所述第二分量包括指示所述故障期间所述配电网的电压不平衡的值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，降低所述RPA处的所述误差电压包括以下中的至少一项：
基于所述第一分量，通过将正序电流注入控制方案应用于所述多个DER来提升所述配电网的电压；以及
基于所述第二分量，通过将负序电流注入控制方案应用于所述多个DER来缓解所述配电网的不平衡电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，检测所述电网中的故障包括检测：
所述电网的三个相中的至少一个相的不平衡故障，并且其中，降低所述RPA处的所述误差电压包括通过将动态电压支持(DVS)控制方案应用于所述多个DER来确定要注入的所述多个电流，并且其中，应用所述DVS控制方案包括通过将所述多个电流注入所述配电馈线来提升所述多个DER的故障相的电压并缓解所述多个DER的非故障相的不平衡电压。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中，所述多个DER的所述故障相和所述非故障相被配置成在包括连续操作模式、强制操作模式、瞬时停止模式和跳闸模式的模式下操作，
其中，提升所述多个DER的所述故障相的电压包括迫使所述故障相离开所述瞬时停止模式并进入所述强制操作模式，以及
其中，缓解所述多个DER的所述非故障相的不平衡电压包括迫使所述非故障相离开所述强制操作模式并进入所述连续操作模式。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
通过提升所述多个DER的所述故障相的电压并缓解所述多个DER的所述非故障相的不平衡电压，防止所述多个DER的所述故障相和所述非故障相进入所述跳闸模式。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，降低所述RPA处的所述误差电压包括以下中的至少一项：
基于所述误差信号，协调所述多个DER以将电流注入到所述配电网中，并且其中，协调所述多个DER包括将所述多个DER中的一个DER的电流变化与所述多个DER中的其余DER的电流变化对准；
基于所述误差信号，协调所述多个DER以将电流注入到所述配电网中，并且其中，协调所述多个DER包括将所述多个DER中的一个DER的电压与所述多个DER中的其余DER的电压对准；以及
将分布式目标跟踪控制方案应用于所述多个DER，并且其中，应用所述分布式目标跟踪控制方案包括通过在所述多个DER之间进行通信以协调要由所述多个DER中的每个注入的电流来确定在所述分布式目标跟踪控制方案下要注入的所述多个电流。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，向所述多个DER广播所述误差信号包括：
向所述多个DER中的第一DER广播所述误差信号，所述第一DER直接耦合到所述RPA，并将所述误差信号从所述第一DER发送到所述多个DER中的第二DER，所述第二DER间接耦合到所述RPA。
10.一种系统，包括：
配电网，所述配电网耦合到电网，所述配电网包括配电馈线、耦合到所述配电馈线的多个分布式能源(DER)以及适用性参考点(RPA)；
RPA控制器，所述RPA控制器耦合到所述RPA，所述RPA控制器由程序配置成检测所述电网中的故障，并且
响应于检测到所述故障，确定所述RPA处的误差电压并将所述误差电压转换成误差信号；
第一通信设备，所述第一通信设备耦合到所述RPA控制器，所述第一通信设备被配置成向所述多个DER广播所述误差信号；以及
多个DER控制器，所述多个DER控制器耦合到所述多个DER中的相应DER，其中，基于所述误差信号，所述多个DER控制器通过编程被配置成控制所述相应DER以通过向所述配电馈线注入多个电流来降低所述RPA处的所述误差电压。
11.根据权利要求10所述的系统，其中：
所述RPA控制器由所述程序配置成将所述误差电压的正序分量与所述误差电压的负序分量分离，并生成包括基于所述正序分量的第一分量和基于所述正序分量和所述负序分量两者的第二分量的误差信号，并且其中：
所述第一分量包括指示所述故障期间所述配电网的幅值提升要求的值；以及
所述第二分量包括指示所述故障期间所述配电网的电压不平衡的值。
12.根据权利要求11所述的系统，其中：
基于所述第一分量，所述多个DER控制器通过所述编程被配置成通过将正序电流注入控制方案应用于所述多个DER来提升所述配电网的电压；以及
基于所述第二分量，所述多个DER控制器通过所述编程被配置成通过将负序电流注入控制方案应用于所述多个DER来缓解所述配电网的不平衡电压。
13.根据权利要求10所述的系统，其中：
所述多个DER控制器通过所述编程被配置成控制所述多个DER以提升所述多个DER的故障相的电压，并缓解所述多个DER的非故障相的不平衡电压。
14.根据权利要求10所述的系统，其中，降低所述RPA处的所述误差电压包括以下中的至少一项：
所述多个DER控制器通过所述编程被配置成协调所述多个DER，以通过将所述多个DER中的一个DER的电流变化与所述多个DER中的其余DER的电流变化对准而将电流注入到所述配电网中；以及
所述多个DER控制器通过所述编程被配置成协调所述多个DER，以通过将所述多个DER中的一个DER的电压与所述多个DER中的其余DER的电压对准而将电流注入到所述配电网中。
15.根据权利要求10所述的系统，还包括：
第二通信设备，所述第二通信设备耦合到所述多个DER中的第一DER，其中，所述第一DER直接耦合到所述RPA；以及
第三通信设备，所述第三通信设备耦合到所述多个DER中的第二DER，其中，所述第二DER间接耦合到所述RPA，并且其中，所述第二通信设备被配置成接收由所述第一通信设备广播的所述误差信号，并将所述误差信号发送到所述第三通信设备。
16.根据权利要求10所述的系统，还包括：
多个逆变器，其中，所述多个逆变器中的一个耦合在所述多个DER中的每个和所述配电馈线之间，并且其中，基于所述误差信号，所述多个逆变器被配置成生成要注入到所述配电馈线的所述多个电流。
17.一种适用性参考点(RPA)控制器，包括：
控制装置，所述控制装置耦合到所述配电网，所述配电网包括配电馈线、耦合到所述配电馈线的多个分布式能源(DER)以及RPA，其中，所述控制装置直接耦合到所述RPA，所述控制装置包括：
存储器，所述存储器存储包括指令的程序；
处理器，所述处理器耦合到所述存储器，并且被配置成执行所述程序；以及
第一通信设备，所述第一通信设备耦合到所述处理器，其中，所述指令在被执行时使得所述处理器检测耦合到所述配电网的电网中的故障，并且响应于检测到所述故障，确定所述RPA处的误差电压，将所述误差电压转换成误差信号，并将所述误差信号发送到所述第一通信设备，并且其中，所述第一通信设备被配置成向所述多个DER广播所述误差信号。
18.根据权利要求17所述的RPA控制器，其中：
所述多个DER中的第一DER耦合到第二通信设备，所述第一DER直接耦合到所述RPA；
所述多个DER中的第二DER耦合到第三通信设备，所述第二DER间接耦合到所述RPA，并且其中，所述第二通信设备被配置成接收由所述第一通信设备广播的所述误差信号，并将所述误差信号发送到所述第三通信设备；以及
所述多个DER耦合到多个DER控制器，其中，基于所述误差信号，所述多个DER控制器通过编程被配置成控制相应的DER，以通过向所述配电馈线注入多个电流来降低所述RPA处的所述误差电压。
19.根据权利要求17所述的RPA控制器，其中：
所述处理器由所述程序配置成将所述误差电压的正序分量与所述误差电压的负序分量分离，并生成包括基于所述正序分量的第一分量和基于所述正序分量和所述负序分量两者的第二分量的误差信号，并且其中：
所述第一分量包括指示所述故障期间所述配电网的幅值提升要求的值；以及
所述第二分量包括指示所述故障期间所述配电网的电压不平衡的值。
20.一种分布式能源(DER)控制系统，包括：
多个DER控制器，所述多个DER控制器耦合到配电网，所述配电网包括配电馈线、耦合到所述配电馈线的多个分布式能源(DER)以及适用性参考点(RPA)，其中，所述多个DER控制器中的每个耦合到所述多个DER中的相应DER，所述多个DER控制器中的每个包括：
存储器，所述存储器存储包括指令的程序，
处理器，所述处理器耦合到所述存储器，并且被配置成执行所述程序，以及
通信设备，所述通信设备耦合到所述处理器，并且其中，所述指令在所述多个DER控制器中的每个中执行时使得所述多个DER控制器从直接耦合到所述RPA的RPA控制器接收误差信号，向所述多个DER发送控制信号，所述控制信号中的一个被发送到所述多个DER中的一个，并且其中，由所述多个DER接收的所述控制信号被配置成通过将来自所述多个DER的多个电流注入所述配电馈线来降低所述RPA处的所述误差电压。
21.根据权利要求20所述的DER控制系统，其中，所述误差电压包括正序分量和负序分量，并且所述误差信号包括基于所述正序分量的第一分量和基于所述正序分量和所述负序分量两者的第二分量，并且其中：
所述第一分量包括指示在耦合到所述配电网的电网中的故障期间所述配电网的幅值提升需求的值；以及
所述第二分量包括指示所述故障期间所述配电网的电压不平衡的值。
22.根据权利要求21所述的DER控制系统，其中，降低所述RPA处的所述误差电压包括以下中的至少一项：
基于所述第一分量，所述多个DER控制器通过执行所述多个DER控制器中的每个中的指令被配置成通过将正序电流注入控制方案应用于所述多个DER来提升所述配电网的电压；以及
基于所述第二分量，所述多个DER控制器通过执行所述多个DER控制器中的每个中的指令被配置成通过将负序电流注入控制方案应用于所述多个DER来缓解所述配电网的不平衡电压。
23.根据权利要求20所述的DER控制系统，其中，降低所述RPA处的所述误差电压包括以下中的至少一项：
所述多个DER控制器通过执行所述多个DER控制器中的每个中的指令被配置成协调所述多个DER以通过将所述多个DER中的一个DER的电流变化与所述多个DER中的其余DER的电流变化对准而将电流注入到所述配电网中；以及
所述多个DER控制器通过执行所述多个DER控制器中的每个中的指令被配置成协调多个DER以通过将所述多个DER中的一个DER的电压与所述多个DER中的其余DER的电压对准而将电流注入到所述配电网中。
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