CN212323741U - 基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构 - Google Patents

基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及微电网技术领域，尤其涉及一种基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构。本实用新型包括光伏系统、超级电容、风力发电机、蓄电池和燃气轮机、充电桩和热负荷组成的微源与负载协同支撑的多能互补微电网主从结构，除所有微源均配备控制器外，每个冷、热负荷也均配备控制器，当求大于供极限时，热网将热能量转换回电能量，与微源共同通过微电网母线为负荷提供能量，充电桩通过双向AC‑DC将电能从微网的交流母线与电动车蓄电池间双向传递，充分利用闲置能源，减轻微源输出功率压力；采用虚拟下垂控制策略，使微电网电压和频率始终稳定在同一数值。本实用新型提高了多能互补微电网的稳定性、适应性，改善了系统的电能质量。

Description

基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构
技术领域
本实用新型涉及微电网技术领域，尤其是涉及基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构。
背景技术
传统的主从控制策略，现已经广泛投入实际使用中，主要是由于其控制策略简单易于使用，但是一个主微源其他作为从微源的整体形式过于单一，随着新能源的迅速发展，多能互补微网规模正在不断扩大并且微源逐渐变得多元化，仅用单个微源去支撑其电压、频率基准显得尤为吃力。当采用多主从的微网结构时，主微源采用传统下垂控制策略，当多能互补微网中负荷发生波动时，采用传统下垂控制策略的双主微源会依据各自的下垂特性曲线，调节逆变器有功功率及无功功率的输出量，同时控制其输出的电压和频率值在额定运行点附近，同时，主微源需要为整个多能互补微网中的从微源提供电压和频率基准值，因此电压和频率的波动，严重影响从微源的能量输出及影响整个系统的电能质量。
目前微电网多多主从控制的实现方式是主微源和从微源分别采用DSP单独控制各自的并网逆变器，单一的主微源的控制方案采用恒压恒频，采集并网点电压与电流，通过锁相环提取出频率反馈，进而通过调节逆变器PWM信号，使电压与频率跟踪给定。从微源仍然采集并网点电压与电流，计算出输出功率反馈值，通过调节逆变器PWM信号，使有功和无功功率跟踪给定。这种实现方式主微源单一，往往需要很大储量的蓄电池，成本高昂。
如采用多多多主从形式，这多个主微源并网，相当于多个电压、频率受控制的逆变器直接连接在同一并网点，会造成严重环流。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构。其目的是为了实现对传统下垂控制策略进行改进，提高多能互补多主从结构的微电网电能质量；同时实现对传统多主从控制系统的结构进行改进，一方面增加主微源，改变多主微源的连接方式，实现多主微源共同支撑电压频率基准，另一方面构建从微源和负荷两方面构建多能互补多微电网结构，利用冷热负荷的大惯性作为额外的储能单元，实现供电与用电共同调解，综合提高供电可靠性与电能质量的实用新型目的。
为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，包括：交流母线连接微源和负载，其中光伏发电机组通过第一DC-AC变换器连接至交流母线，光伏发电机组通过第一PQ控制器控制光伏发电机组的功率输出；超级电容通过第二DC-AC变换器连接至交流母线，超级电容通过第二PQ控制器控制超级电容的功率输出；风力发电机连接至第一AC-DC变换器，再通过第三DC-AC变换器连接至交流母线，风力发电机通过第三PQ控制器控制风力发电机的功率输出；蓄电池通过第四DC-AC变换器连接至交流母线，蓄电池通过第一下垂控制器控制蓄电池的功率输出；燃气轮机连接至第二AC-DC变换器，再通过第五 DC-AC变换器连接至交流母线，燃气轮机通过第二下垂控制器控制燃气轮机的功率输出；不平衡负载通过第三AC-AC变换器连接至交流母线；电制冷机通过第四AC-AC变换器连接至交流母线；电制热机通过第五AC-AC变换器连接至交流母线；交流负载通过第六AC-AC变换器连接至交流母线；充电桩通过双向 AC-DC连接至交流母线，充电桩还连接蓄电池；燃气轮机通过管道连接热交换器，热交换器再通过管道连接至热网；电制热机通过管道连接热网；热负荷通过配备开断控制器与热网连接；燃气轮机还通过管道连接吸收式制冷机，吸收式制冷机通过管道连接区域冷负荷；电制冷机通过管道连接区域冷负荷，冷负荷通过配备开断控制器与冷网连接；微源的变换器与交流母线连接时，经过电流传感器、滤波装置和线路阻抗；
所述电流传感器包括：第一电流传感器，第二电流传感器，第三电流传感器，第四电流传感器，第五电流传感器；所述第一电流传感器至第五电流传感器分别依次安装在第一滤波装置和第一DC-AC变换器、第二滤波装置和第二DC-AC 变换器、第三滤波装置和第三DC-AC变换器、第四滤波装置和四DC-AC变换器、第五滤波装置和第五DC-AC变换器之间的线路上；电压传感器安装在多能互补微电网的交流母线上；
所述滤波装置包括：第一滤波装置，第二滤波装置，第三滤波装置，第四滤波装置，第五滤波装置；
所述线路阻抗包括：第一线路阻抗，第二线路阻抗，第三线路阻抗，第四线路阻抗，第五线路阻抗。
所述微源包括：光伏系统、超级电容组、风力发电机组、蓄电池组、燃气轮机；
所述光伏发电机组采用第一PQ控制器进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至逆变器输出端的第一电流传感器对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第一PQ控制器，第一PQ控制器对光伏系统进行功率输出的控制。
所述超级电容采用第二PQ控制器进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至逆变器输出端的第二电流传感器对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第二PQ控制器，第二PQ控制器对超级电容进行功率输出的控制。
所述微源的变换器有两种，主微源变换器和从微源变换器；主微源变换器为蓄电池并网逆变器与燃气轮机并网变换器，从微源变换器为光伏、风机及超级电容并网变换器；主微源在并网变换器输出端设置电压电流传感器，并计算出有功和无功功率反馈给控制器，由DSP控制器控制并网变换器输出电压和频率；从微源在并网变换器输出端设置电压电流传感器，并计算出有功和无功功率反馈给控制器，由DSP控制器控制并网变换器输出有功和无功功率。
所述冷热负荷开断端配备控制器，根据电网电能质量及大惯性冷热负荷的供能需求调整供电开关的切换。
所述风力发电机采用第三PQ控制器进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至逆变器输出端的第三电流传感器对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第三PQ控制器，第三PQ控制器对风力发电机进行功率输出的控制；
蓄电池采用第一下垂控制器进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至交流母线的第四电流传感器对交流母线电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第一下垂控制器，下第一垂控制器对蓄电池进行功率输出的控制，并提供电压和频率的支撑；
燃气轮机采用第二下垂控制器进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至交流母线的第五电流传感器对交流母线电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第二下垂控制器，第二下垂控制器对燃气轮机进行功率输出的控制，并提供电压和频率的支撑；
充电桩通过双向AC-DC连接至交流母线，充电桩还通过开关B和开关A连接蓄电池；当用电量高峰期并且电动汽车闲置静止时，开关A闭合，开关B断开，使蓄电池中的电能反馈回多能互补微电网；当用电量低谷且电动汽车闲置静止时，开关B闭合，开关A断开，蓄电池充电。
所述热网还通过管连接蒸汽装置，蒸汽装置通过管路与电能转换设备连接，电能转换设备的另一端连接至交流母线；热网和蒸汽装置之间的管上设有开关 D；热网和热负荷通过管路相连接，热负荷连接热网的管路上设有开关C；当多能互补微电网处于正常工作时，开关D断开，开关C闭合，热网的能量全部供给热负荷；当多能互补微电网出现求大于供时，断开热负荷的开关C，闭合开关 D，舍弃热负荷，将热网的能量通过蒸汽装置与电能转换设备，转换成电能与交流母线连接，并且多能互补微电网优先利用热网转换成电网的能量。
所述光伏系统通过DC-AC逆变器连接至交流母线，连接光伏系统的逆变器采用PQ恒功率控制策略；
所述超级电容组通过DC-AC逆变器连接至交流母线，逆变器采用PQ恒功率控制策略；
所述风力发电机组经过AC-DC整流器，再经过DC-AC逆变器连接至交流母线，DC-AC逆变器采用PQ恒功率控制策略；
所述蓄电池组通过DC-AC逆变器连接至交流母线,连接蓄电池组的逆变器采用下垂控制策略。
所述燃气轮机组经过AC-DC整流器，再经DC-AC逆变器连接至交流母线， DC-AC逆变器采用下垂控制策略。
所述不平衡负载、电制冷机、电制热机、交流负载均是分别通过AC-AC变换器连接至交流母线；所述充电桩通过双向AC-DC变换器连接至交流母线，使电动汽车和微网系统的电能双向交互。
本实用新型的优点效果是：
本实用新型在结构上的突出特点一是主微源配备多个，能量互补，多个并网逆变器输出功率自动调整；特点二是负荷的开断端口带有反馈接收及控制计算功能，可根据电网电能质量及大惯性冷热负荷的供能需求调整供电开关的切换。两特点互相配合，提高供电可靠性与电能质量。
当出现求大于供极限情况时，热网会将热能量转换回电能量，与微源一起共同通过微电网母线为负荷提供能量，充电桩会通过双向AC-DC将电能从微网的交流母线与电动车蓄电池之间进行双向传递，充分利用闲置能源，同时减轻微源输出功率压力，采用所提出的方法提高了多能互补微电网的稳定性、适应性，改善了系统的电能质量。
附图说明
图1是本实用新型多能互补微电网结构图；
图2是本实用新型多能互补微电网电压电流采集结构图；
图3是本实用新型充电桩工作方式结构图；
图4是本实用新型热网能量转换为电能结构图；
图5是本实用新型虚拟下垂电压频率控制框图；
图6是本实用新型虚拟下垂控制过程示意图。
图中：第一PQ控制器1，第二PQ控制器2，第三PQ控制器3，第一下垂控制器4，第二下垂控制器5，光伏发电机组6，超级电容7，风力发电机8，蓄电池9，燃气轮机10，第一DC-AC变换器11，第二DC-AC变换器12，第一 AC-DC变换器13，第三DC-AC变换器14，四DC-AC变换器15，第二AC-DC 变换器16，第五DC-AC变换器17，第一电流传感器18，第二电流传感器19，第三电流传感器20，第四电流传感器21，第五电流传感器22，第一滤波装置23，第二滤波装置24，第三滤波装置25，第四滤波装置26，第五滤波装置27，第一线路阻抗28，第二线路阻抗29，第三线路阻抗30，第四线路阻抗31，第五线路阻抗32，电压传感器34，第三AC-AC变换器36，第四AC-AC变换器37，第五AC-AC变换器38，双向AC-DC39，第六AC-AC变换器40，电制冷机42，电制热机43，充电桩44，交流负载45，热网46，热负荷47，热交换器48，吸收式制冷机49，区域冷负荷50，电能转换设备51,，蒸汽装置52，开关C53开关D54，开关A55，蓄电池56，开关B57。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型所述的一种基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，如图1所示，图1是本实用新型多能互补微电网结构图。包括380V交流母线连接微源和负载。光伏发电机组6通过第一DC-AC变换器11连接至380V 交流母线，光伏发电机组6通过第一PQ控制器1控制光伏发电机组的功率输出。超级电容7通过第二DC-AC变换器12连接至380V交流母线，超级电容7通过第二PQ控制器2控制超级电容7的功率输出。风力发电机8首先连接至第一 AC-DC变换器13，之后通过第三DC-AC变换器14连接至380V交流母线，风力发电机8通过第三PQ控制器3控制风力发电机8的功率输出。蓄电池9通过第四DC-AC变换器15连接至380V交流母线，蓄电池9通过第一下垂控制器4 控制蓄电池9的功率输出。燃气轮机10首先连接至第二AC-DC变换器16，之后通过第五DC-AC变换器17连接至380V交流母线，燃气轮机10通过第二下垂控制器5控制燃气轮机10的功率输出。不平衡负载41通过第三AC-AC变换器36连接至380V交流母线。电制冷机42通过第四AC-AC变换器37连接至380V 交流母线。电制热机43通过第五AC-AC变换器38连接至380V交流母线。交流负载45通过第六AC-AC变换器40连接至380V交流母线。充电桩44通过双向AC-DC39连接至380V交流母线。电制热机43产生的热量与燃气轮机10产生的余热通过热交换器48产生的热量共同形成热网46，热负荷47连接至热网 46。电制冷机42产生的冷量与燃气轮机10产生的余热通过吸收式制冷机49产生的冷量共同形成区域冷负荷50。燃气轮机10产生的余热通过管道连接并输送到热交换器48，热量通过热交换器48再次通过管道连接至热网46上，电制热机43产生的热量通过管道连接并输送到热网46，热负荷通过配备开断控制器与热网连接。燃气轮机10产生的冷量通过管道连接至吸收式制冷机49，再通过管道连接区域冷负荷50，冷负荷通过配备开断控制器与冷网连接，电制冷机42产生的冷量通过管道连接区域冷负荷50，并为区域冷负荷50提供能量。冷、热负荷开断端口均配备带有反馈接收及控制计算功能的芯片，实时接收微网电压与频率信息及各冷热负荷的状态信息，计算出负荷的通断状态；
本实用新型所述的一种基于微源与负载协同支撑的多能互补微电网电压电流采集结构如图2所示。各微源的变换器与交流母线连接时，需经过电流传感器、滤波装置和线路阻抗。
所述微源的变换器有两种，主微源变换器和从微源变换器；主微源变换器为蓄电池并网逆变器与燃气轮机并网变换器，从微源变换器为光伏、风机及超级电容并网变换器；主微源在并网变换器输出端设置电压电流传感器，并计算出有功和无功功率反馈给控制器，由DSP控制器控制并网变换器输出电压和频率；从微源在并网变换器输出端设置电压电流传感器，并计算出有功和无功功率反馈给控制器，由DSP控制器控制并网变换器输出有功和无功功率。
所述冷热负荷开断端配备控制器，根据电网电能质量及大惯性冷热负荷的供能需求调整供电开关的切换。
所述电流传感器包括：第一电流传感器18，第二电流传感器19，第三电流传感器20，第四电流传感器21，第五电流传感器22。
所述滤波装置包括：第一滤波装置23，第二滤波装置24，第三滤波装置25，第四滤波装置26，第五滤波装置27。
所述线路阻抗包括：第一线路阻抗28，第二线路阻抗29，第三线路阻抗30，第四线路阻抗31，第五线路阻抗32。
上述第一电流传感器18至第五电流传感器22分别依次安装在第一滤波装置 23和第一DC-AC变换器11、第二滤波装置24和第二DC-AC变换器12、第三滤波装置25和第三DC-AC变换器14、第四滤波装置26和四DC-AC变换器15、第五滤波装置27和第五DC-AC变换器17之间的线路上。
电压传感器34安装在微电网的交流母线上。光伏发电机组6采用第一PQ 控制器1进行输出功率，连接至380V交流母线的电压传感器34进行电压采集，连接至逆变器输出端的第一电流传感器18对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第一PQ控制器1，第一PQ控制器1对光伏系统6 进行功率输出的控制。超级电容7采用第二PQ控制器2进行输出功率，连接至 380V交流母线的电压传感器34进行电压采集，连接至逆变器输出端的第二电流传感器19对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第二PQ控制器2，第二PQ控制器2对超级电容7进行功率输出的控制。风力发电机 8采用第三PQ控制器3进行输出功率，连接至380V交流母线的电压传感器34 进行电压采集，连接至逆变器输出端的第三电流传感器20对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第三PQ控制器3，第三PQ控制器3 对风力发电机8进行功率输出的控制。蓄电池9采用第一下垂控制器4进行输出功率，连接至交380V流母线的电压传感器34进行电压采集，连接至380V交流母线的第四电流传感器21对380V交流母线电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第一下垂控制器4，下第一垂控制器4对蓄电池进行功率输出的控制，并且提供电压和频率的支撑。燃气轮机10采用第二下垂控制器5进行输出功率，连接至380V交流母线的电压传感器34进行电压采集，连接至380V交流母线的第五电流传感器22对380V交流母线电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第二下垂控制器5，第二下垂控制器5对燃气轮机10进行功率输出的控制，并且提供电压和频率的支撑。
本实用新型所述的一种基于微源与负载协同支撑的多能互补微电网充电桩工作方式结构如图3所示。充电桩44还通过开关B57和开关A55连接电动汽车的蓄电池56，充电桩44通过双向AC-DC39连接至微电网的380V交流母线。当用电量高峰期并且电动汽车闲置静止时，开关A55闭合，开关B57断开，使车辆蓄电池56中的电能反馈回微电网，减轻高峰期时各微源的负荷压力，当用电量低谷并且电动汽车闲置静止时，开关B57闭合，开关A55断开，使电动汽车蓄电池56充电，满足车辆行驶需求。所述的充电桩的充放电方式，达到有效的利用闲置资源，更加合理的利用微源与负载协同支撑的多能互补微电网资源。
本实用新型所述的一种基于微源与负载协同支撑的多能互补微电网热网能量转换为电能结构如图4所示。所述热网46还通过管连接蒸汽装置52，蒸汽装置52通过管路与电能转换设备51连接，电能转换设备51的另一端连接至380V 交流母线。热网46和蒸汽装置52之间的管上设有开关D54。热网46和热负荷 47通过管路相连接，热负荷47连接热网46的管路上设有开关C53。
当微电网处于正常工作时，开关D54断开，开关C53闭合，热网46的能量全部供给热负荷47。当微电网出现“求大于供”的极限情况时，断开热负荷的开关C53，闭合开关D54，此时舍弃掉热负荷47，将热网46的能量通过蒸汽装置52与电能转换设备51，转换成电能与交流母线连接，并且此时微电网优先利用热网46转换成电网的能量。微源与负载协同支撑整个微电网系统，有效地保证了微电网的安全稳定运行。
本实用新型对传统下垂控制策略进行改进，所述的一种基于微源与负载协同支撑的多能互补微电网虚拟下垂控制器结构如图5所示。工作过程是将微电网上检测的电压、频率与额定的电压频率做差值构成闭环，经过PI环节及修正的下垂系数以后，得出指令的电压频率值，在与下垂控制得出的电压、频率偏差进行加和，得出最终的逆变器的控制指令。其中通过调节PI控制的比例、积分系数的大小，可以快速补偿由于负荷变动引起的电压和频率变动影响，增强频率和电压的动态稳定性。n*、m*为修正的下垂系数，其值的选取相对np、mp较大，目的是将反馈环节的效果加大，来弥补下垂系数np、mp不是很大反馈效果不明显的缺点。
这种虚拟的下垂特性具体表现为：对于前一时刻的下垂特性的平移，平移的多少、快慢主要由系统参数、PI控制参数和修正的下垂系数来决定。
本实用新型所述的一种基于微源与负载协同支撑的多能互补微电网虚拟下垂控制过程如图6所示。以Q-U控制为例，对引进的电压反馈调节过程进行分析，传统下垂控制中负荷发生变化负荷曲线由L1变成L2，系统稳定运行点由 a1变成a2，这个过程主要是由下垂控制模拟发电机一次调频实现的，随着负荷所需要的无功功率的变化，电压幅值由U1下降到U2。而虚拟下垂控制由于引进电压和频率闭环控制，当负荷发生变化时，发出相同的功率，曲线由s1向右平移至s2，稳定运行点由a1变化到a3稳定运行，此时电压幅值为U1。虚拟下垂控制相比较传统的下垂控制来说，相同的负荷变化，可以保持母线电压和频率维持在稳定运行点处。稳定运行点由a1变化到a3的过程就是虚拟下垂曲线自适应的表现，频率的鲁棒性原理同上述。
利用本实用新型所述的一种基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构的步骤，包括多微源与负载协同支撑的多能互补多主从微电网结构、一种改进的虚拟下垂控制步骤。
所述的多微源与负载协同支撑的多能互补多主从微电网结构主要包括交流母线、微源、负荷。
所述的微源包括：光伏系统、超级电容组、风力发电机组、蓄电池组、燃气轮机。微电网交流母线为380V。
所述的负荷包括：不平衡负载、电制冷机、电制热机、充电桩、交流负载、热负荷、吸收式制冷机、区域冷负荷。
所述的基础控制策略包括：PQ控制策略、下垂控制策略。
其中光伏、风力发电机和超级电容采用PQ控制策略，蓄电池和燃气轮机采用虚拟下垂控制策略。
所述的光伏系统通过DC-AC逆变器连接至交流母线，连接光伏系统的逆变器采用PQ恒功率控制策略。
所述的超级电容组通过DC-AC逆变器连接至交流母线，连接超级电容组的逆变器采用PQ恒功率控制策略。
所述的风力发电机组首先经过AC-DC整流器，之后经过DC-AC逆变器连接至交流母线，DC-AC逆变器采用PQ恒功率控制策略。
所述的蓄电池组通过DC-AC逆变器连接至交流母线,连接蓄电池组的逆变器采用下垂控制策略。
所述的燃气轮机组首先经过AC-DC整流器，之后经过DC-AC逆变器连接至交流母线，DC-AC逆变器采用下垂控制策略。
所述的不平衡负载通过AC-AC变换器连接至交流母线。
所述的电制冷机通过AC-AC变换器连接至交流母线。
所述的电制热机通过AC-AC变换器连接至交流母线。
所述的交流负载通过AC-AC变换器连接至交流母线。
所述的充电桩通过双向AC-DC变换器连接至交流母线。
热网可以转换成电能为微电网提供电能。
充电桩通过双向AC-DC使电动汽车和微网系统的电能双向交互。
所述充电桩为用于为电动汽车车载蓄电池组充电的充电桩。
所述的多微源与负载协同支撑的多能互补多主从微电网结构，蓄电池组、燃气轮机作为主从微电网的主微源，光伏系统、超级电容和风力发电机作为从微源。
所述的多微源与负载协同支撑的多能互补多主从微电网结构，在极限工况下，电能求大于供时，热网会切断热负荷，使热网能量转换成电能，与其他微源协同支撑共同为整个微网系统提供能量。
所述热网转换成电能，微电网系统优先使用热网提供的能量包括电压和频率。
多个主微源同时提供电压和频率基准，避免了单个微源容量不足和单个微源故障影响系统稳定性问题。
用电量高峰时，可以将充电桩作为“微源”向用电设备提供电能。即，当用电量高峰期并且电动汽车闲置静止时，使车辆蓄电池中的电能反馈回微电网，减轻高峰期时各微源的负荷压力，当用电量低谷并且电动汽车闲置静止时，使电动汽车蓄电池充电，满足之后车辆行驶需求。
所述的各个微源通过各自的属性组成一个具有“互补”特性的多能互补微网。所述的光伏系统、超级电容、风力发电机、蓄电池、燃气轮机和电制热机组成电热网互补。
所述的风力发电机系统、光伏发电系统、蓄电池组系统、超级电容组系统组成风光储互补。
所述的冷负荷、热负荷、电负荷组成负载端的互补。
所述的燃气轮机产生的余热通过热交换器和电制热机产生的热量构成热网，并给热负荷提供能量。
所述的燃气轮机产生的余热通过吸收式制冷机和电制冷机产生的冷量共同为区域冷负荷提供能量。
所述的蓄电池组和燃气轮机采用虚拟下垂控制策略，其余微源采用PQ恒功率控制策略。
所述的虚拟下垂控制是对感性输出阻抗线路进行优化，是对有功功率-频率控制，无功功率-电压控制进行优化。
虚拟下垂控制实现了将下垂控制曲线进行自适应虚拟平移，可以适应于不同工作场合、负载任意切换等工况，实现主微源输出电压、频率的稳定性，降低频率和电压的衰减，达到为微电网提供稳定的电压和频率的支撑。
在传统下垂控制中引入电压和频率的反馈环节，可以实现虚拟下垂曲线的快速平移，同时具有良好的自适应性。
所述的协同支撑多能互补微电网中的主从微电网的主微源采集电压电流信号，包括以下步骤：
所述的光伏系统采用PQ控制策略进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至逆变器输出端的电流传感器对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到PQ控制器，PQ控制器对光伏系统进行功率输出的控制。
所述的超级电容采用PQ控制策略进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至逆变器输出端的电流传感器对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到PQ控制器，PQ控制器对超级电容进行功率输出的控制。
所述的风力发电机组采用PQ控制策略进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至逆变器输出端的电流传感器对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到PQ控制器，PQ控制器对风力发电机进行功率输出的控制。
所述的蓄电池组采用下垂控制策略进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至交流母线的电流传感器对母线电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到下垂控制器，下垂控制器对蓄电池进行功率输出的控制，并且提供电压和频率的支撑。
所述的燃气轮机采用下垂控制策略进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至交流母线的电流传感器对母线电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到下垂控制器，下垂控制器对燃气轮机进行功率输出的控制。并且提供电压和频率的支撑。
所述的虚拟下垂控制策略包括以下步骤：
所述的虚拟下垂控制是将多能互补微网上检测的频率与额定频率做差值构成闭环，经过PI环节及修正的下垂系数之后，得出指定的频率值。检测交流母线端电压电流信号，计算出实时的各微源发出的功率，与各微源逆变器额定容量进行做差构成闭环，经过PI环节以及下垂系数后，与给定频率做差得出传统下垂控制输出的频率。传统下垂控制输出的频率与经过修正下垂系数的输出的频率加和，得出虚拟下垂曲线控制输出的频率。
所述的虚拟下垂控制是将多能互补微网上检测的电压与额定电压做差值构成闭环，经过PI环节及修正的下垂系数之后，得出指定的电压值。检测交流母线端电压电流信号，计算出实时的各微源发出的功率，与各微源逆变器额定容量进行做差构成闭环，经过PI环节以及下垂系数后，与给定电压做差得出传统下垂控制输出的电压。传统下垂控制输出的电压值与经过修正下垂系数的输出的电压加和，得出虚拟下垂曲线控制输出的电压。
虚拟下垂控制策略输出的电压和频率进行dq变换与三相电压的合成，得出最终的逆变器控制指令。
其中通过调节PI控制的比例、积分系数大小，可以快速补偿由于负荷变动引起的电压和频率变动影响，增强频率和电压的动态稳定性。
修正的下垂系数相对于传统的下垂系数选取较大，可以达到将反馈效果加大，来弥补传统下垂系数反馈效果不明显的缺点。
作为一种优选方案，所述的基于微源与负载协同支撑的多能互补微电网多主从控制结构的方法包括：
功率传输关系为：
Figure 2453DEST_PATH_GDA0002714257600000131
其中，微源的电压为U∠δ，PCC点电压为E∠0°，微源到PCC点之间的线路阻抗为Z∠θ，P为有功功率，Q为无功功率，P为有功功率，E为PCC点电压，U为逆变器输出端电压，Z为线路等效阻抗，cosδ为微源功率角的余弦值，cosθ为线阻抗角余弦值，sinθ线阻抗角正弦值，sinδ微源功率角的正弦值。
线路阻抗的正余弦关系为
Figure 919593DEST_PATH_GDA0002714257600000132
其中，X为线路感抗值，Z为线路阻抗值，R为线路电阻值。
将式(2)带入式(1)进行整理后得出有功、无功功率公式：
Figure 637014DEST_PATH_GDA0002714257600000141
其中，微源的电压为U∠δ，PCC点电压为E∠0°，微源到PCC点之间的线路阻抗为R+jX，R为线路等效电阻，X为线路等效电抗，P为有功功率，Q为无功功率，P为有功功率，E为PCC点电压，U为逆变器输出端电压，Z为线路等效阻抗，cosδ为微源功率角的余弦值，sinδ微源功率角的正弦值。
在高压线路上，线路整体感性远远大于阻性，主要呈现感性，因此在等效计算中忽略电阻影响，将线路阻抗视为纯感性即θ＝90°，并且考虑到微源电压和 PCC点电压相位差δ很小，可近似认为sinδ≈δ，cosδ≈1。最终可将上式化简为：
Figure 32223DEST_PATH_GDA0002714257600000142
δ为系统相位，R为线路等效电阻，X为线路等效电抗，P为有功功率，Q 为无功功率，P为有功功率，E为PCC点电压，U为逆变器输出端电压。
通过式(4)可以知道在高压线路上，当感性远大于阻性的时候，可以近似的认为改变微源电压和PCC点电压相位差δ就可以正比改变线路上的有功功率大小，改变微源电压和PCC点电压幅值差就可以正比改变线路上的无功功率大小。
下垂控制策略控制公式为：
Figure 846595DEST_PATH_GDA0002714257600000143
其中P0为微源在50Hz频率运行时对应的有功功率，Q0为微源电压幅值为 311V运行时对应的无功功率，P、Q为此时微源实际输出的有功、无功功率，f0为微电网额定频率50Hz，f、U分别为经过下垂控制器后，得出的指令频率和电压幅值。f为系统频率，U为逆变器输出电压，U0为额定电压，311V；mp为有功下垂系数，np为无功下垂系数，P0为额定有功功率。
传统下垂控制中负荷的变化会引起系统电压、频率的变化，这是由下垂特性自身决定的。并且根据下垂控制公式可知，下垂系数np、mp越小，相应的电压、频率下降的就会越小，但是下垂控制为了得到快速的响应必须要选取较大的np、 mp。因此会导致负荷变化系统电压、频率变化的更大，严重影响电能质量，同时还影响了作为多主从控制中的主微源的作用。根据发电机二次调频特性的原理及自动控制理论的基本原理，对传统下垂控制进行改进。引入电压、频率反馈环节，提升下垂控制中电压和频率的自适应性。公式如下所示：
Figure 669058DEST_PATH_GDA0002714257600000151
式中:n*、m*为修正的下垂系数；Kpf和Kif分别为频率PI控制的比例系数、积分系数；KpE和KiE分别为电压PI控制的比例系数、积分系数；P、Q为微电网检测的有功、无功功率；f0、P0、U0为给定的额定频率、有功功率和额定电压；s为拉普拉斯算子用于积分计算。
将公式(6)变形使得等式右边不再包含f0、U0为公式(7)，将其与传统下垂控制相比较可知，传统下垂控制的下垂特性是一条固定的下垂曲线，而改进后的虚拟下垂曲线是一条随着负荷的改变自适应变化的。
Figure 936091DEST_PATH_GDA0002714257600000152
上式中：P为有功功率，Q为无功功率，f为系统频率，U为逆变器输出电压，f0为额定频率，U0为额定电压，mp为有功下垂系数，np为无功下垂系数， P0为额定有功功率，Q0位额定无功功率，m*修正有功下垂系数，n*修正无功下垂系数，Kpf有功比例系数，Kif有功积分系数，KpE有功比例系数，KiE有功积分系数。

Claims (10)

1.基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，其特征是：交流母线连接微源和负载，其中光伏发电机组通过第一DC-AC变换器连接至交流母线，光伏发电机组通过第一PQ控制器控制光伏发电机组的功率输出；超级电容通过第二DC-AC变换器连接至交流母线，超级电容通过第二PQ控制器控制超级电容的功率输出；风力发电机连接至第一AC-DC变换器，再通过第三DC-AC变换器连接至交流母线，风力发电机通过第三PQ控制器控制风力发电机的功率输出；蓄电池通过第四DC-AC变换器连接至交流母线，蓄电池通过第一下垂控制器控制蓄电池的功率输出；燃气轮机连接至第二AC-DC变换器，再通过第五DC-AC变换器连接至交流母线，燃气轮机通过第二下垂控制器控制燃气轮机的功率输出；不平衡负载通过第三AC-AC变换器连接至交流母线；电制冷机通过第四AC-AC变换器连接至交流母线；电制热机通过第五AC-AC变换器连接至交流母线；交流负载通过第六AC-AC变换器连接至交流母线；充电桩通过双向AC-DC连接至交流母线，充电桩还连接蓄电池；燃气轮机通过管道连接热交换器，热交换器再通过管道连接至热网；电制热机通过管道连接热网；热负荷通过配备开断控制器与热网连接；燃气轮机还通过管道连接吸收式制冷机，吸收式制冷机通过管道连接区域冷负荷；电制冷机通过管道连接区域冷负荷，冷负荷通过配备开断控制器与冷网连接；微源的变换器与交流母线连接时，经过电流传感器、滤波装置和线路阻抗；
所述电流传感器包括：第一电流传感器，第二电流传感器，第三电流传感器，第四电流传感器，第五电流传感器；所述第一电流传感器至第五电流传感器分别依次安装在第一滤波装置和第一DC-AC变换器、第二滤波装置和第二DC-AC变换器、第三滤波装置和第三DC-AC变换器、第四滤波装置和四DC-AC变换器、第五滤波装置和第五DC-AC变换器之间的线路上；电压传感器安装在多能互补微电网的交流母线上；
所述滤波装置包括：第一滤波装置，第二滤波装置，第三滤波装置，第四滤波装置，第五滤波装置；
所述线路阻抗包括：第一线路阻抗，第二线路阻抗，第三线路阻抗，第四线路阻抗，第五线路阻抗。
2.根据权利要求1所述的基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，其特征是：所述微源包括：光伏系统、超级电容组、风力发电机组、蓄电池组、燃气轮机；
所述光伏发电机组采用第一PQ控制器进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至逆变器输出端的第一电流传感器对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第一PQ控制器，第一PQ控制器对光伏系统进行功率输出的控制。
3.根据权利要求1所述的基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，其特征是：所述超级电容采用第二PQ控制器进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至逆变器输出端的第二电流传感器对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第二PQ控制器，第二PQ控制器对超级电容进行功率输出的控制。
4.根据权利要求1所述的基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，其特征是：所述微源的变换器有两种，主微源变换器和从微源变换器；主微源变换器为蓄电池并网逆变器与燃气轮机并网变换器，从微源变换器为光伏、风机及超级电容并网变换器；主微源在并网变换器输出端设置电压电流传感器，并计算出有功和无功功率反馈给控制器，由DSP控制器控制并网变换器输出电压和频率；从微源在并网变换器输出端设置电压电流传感器，并计算出有功和无功功率反馈给控制器，由DSP控制器控制并网变换器输出有功和无功功率。
5.根据权利要求1所述的基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，其特征是：所述冷负荷和热负荷的开断端配备控制器，根据电网电能质量及大惯性冷热负荷的供能需求调整供电开关的切换。
6.根据权利要求1所述的基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，其特征是：所述风力发电机采用第三PQ控制器进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至逆变器输出端的第三电流传感器对逆变器输出电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第三PQ控制器，第三PQ控制器对风力发电机进行功率输出的控制；
蓄电池采用第一下垂控制器进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至交流母线的第四电流传感器对交流母线电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第一下垂控制器，下第一垂控制器对蓄电池进行功率输出的控制，并提供电压和频率的支撑；
燃气轮机采用第二下垂控制器进行输出功率，连接至交流母线的电压传感器进行电压采集，连接至交流母线的第五电流传感器对交流母线电流进行采集，将采集到的电压和电流信号传递到第二下垂控制器，第二下垂控制器对燃气轮机进行功率输出的控制，并提供电压和频率的支撑；
充电桩通过双向AC-DC连接至交流母线，充电桩还通过开关B和开关A连接蓄电池；当用电量高峰期并且电动汽车闲置静止时，开关A闭合，开关B断开，使蓄电池中的电能反馈回多能互补微电网；当用电量低谷且电动汽车闲置静止时，开关B闭合，开关A断开，蓄电池充电。
7.根据权利要求1所述的基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，其特征是：所述热网还通过管连接蒸汽装置，蒸汽装置通过管路与电能转换设备连接，电能转换设备的另一端连接至交流母线；热网和蒸汽装置之间的管上设有开关D；热网和热负荷通过管路相连接，热负荷连接热网的管路上设有开关C；当多能互补微电网处于正常工作时，开关D断开，开关C闭合，热网的能量全部供给热负荷；当多能互补微电网出现求大于供时，断开热负荷的开关C，闭合开关D，舍弃热负荷，将热网的能量通过蒸汽装置与电能转换设备，转换成电能与交流母线连接，并且多能互补微电网优先利用热网转换成电网的能量。
8.根据权利要求2所述的基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，其特征是：
所述光伏系统通过DC-AC逆变器连接至交流母线，连接光伏系统的逆变器采用PQ恒功率控制策略；
所述超级电容组通过DC-AC逆变器连接至交流母线，逆变器采用PQ恒功率控制策略；
所述风力发电机组经过AC-DC整流器，再经过DC-AC逆变器连接至交流母线，DC-AC逆变器采用PQ恒功率控制策略；
所述蓄电池组通过DC-AC逆变器连接至交流母线, 连接蓄电池组的逆变器采用下垂控制策略。
9.根据权利要求1所述的基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，其特征是：所述燃气轮机组经过AC-DC整流器，再经DC-AC逆变器连接至交流母线，DC-AC逆变器采用下垂控制策略。
10.根据权利要求1所述的基于微源与负载协同支撑多能互补微电网多主从控制结构，其特征是：所述不平衡负载、电制冷机、电制热机、交流负载均是分别通过AC-AC变换器连接至交流母线；所述充电桩通过双向AC-DC变换器连接至交流母线，使电动汽车和微网系统的电能双向交互。
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