WO2015070602A1 - 基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法 - Google Patents

基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法 Download PDF

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WO2015070602A1
WO2015070602A1 PCT/CN2014/079930 CN2014079930W WO2015070602A1 WO 2015070602 A1 WO2015070602 A1 WO 2015070602A1 CN 2014079930 W CN2014079930 W CN 2014079930W WO 2015070602 A1 WO2015070602 A1 WO 2015070602A1
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droop
curve
inverter
slope
voltage
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PCT/CN2014/079930
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English (en)
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李广磊
孙树敏
李红梅
石鑫
李笋
程艳
Original Assignee
国家电网公司
国网山东省电力公司电力科学研究院
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load

Definitions

  • the invention relates to the field of micro grid control, in particular to a method for drooping automatic control of a micro grid inverter based on small signal stability analysis.
  • the distributed power supply in the microgrid is connected to the grid through power electronic devices.
  • the internal distributed power supply is required to provide voltage and frequency support for the microgrid system.
  • the droop control of analog synchronous generator characteristics is widely used to achieve this goal, such as Pf, Q- ⁇ droop control, PM, Q-/ droop control, etc.
  • Pf Pf
  • Q- ⁇ droop control PM
  • Q-/ droop control etc.
  • the existing method is to actively adjust the slope of the droop curve when the load changes to cause the voltage frequency to change, that is, change the droop.
  • the rated power of 50Hz corresponds to the rated power / 3 ⁇ 4 value, and the no-load voltage value in the scare curve, so that the system voltage and frequency are restored to the rated operating point, and the difference is adjusted.
  • this method does not consider that the sagging slope is limited by the constraints of stable operation of the system. The steady-state operating point after automatic adjustment may cause instability of the system operation.
  • the invention patent (application No. 201210107053. 4) discloses an island grid control and optimization method based on the virtual coordinate of the rotating coordinate. According to the complex impedance characteristics in the actual microgrid, the coordinate rotation orthogonal transform is used to design the coordinate rotation virtual impedance to improve the micro
  • the impedance characteristics of the grid however, this patent is mainly for the calculation analysis and optimization operation of the steady-state operation of the microgrid. It does not consider the transient regulation process of the real-time fluctuation of the new energy and load in the micro-grid system in a short time, and cannot realize the micro-island operation. The grid system voltage and frequency are not adjusted.
  • the purpose of the invention is to solve the above problems, and to provide a micro-grid inverter droop automatic control method based on small signal stability analysis, which introduces small signal stability analysis based on active adjustment and ⁇ f vertical curve slope.
  • the feasibility of verifying the slope after the active adjustment is verified, and the voltage and frequency are adjusted without any difference under the premise of ensuring the stability of the system.
  • a microgrid inverter droop automatic control method based on small signal stability analysis comprising the following steps: (1) Distributed power supply provides voltage and frequency support: The microgrid under island operation provides voltage and frequency support by distributed power supply with droop control. The inverter adopts P-/, Q- ⁇ droop control, ie active power Adjusting the frequency of the inverter output voltage, the reactive power adjusts the amplitude of the inverter output voltage, and the inverter output characteristic satisfies the active power-frequency droop characteristic curve and the reactive power-voltage droop characteristic curve;
  • Q is the reactive power output of the inverter
  • ⁇ is the inverter
  • the amplitude of the actual output voltage, 1 ⁇ 4 is the voltage of the system at no load, and is the sag slope of the Q- ⁇ curve.
  • P t — « is the (t- ⁇ ) moment inverter output active power
  • the inverter output reactive power Q will increase, if the outlet voltage amplitude ⁇ exceeds [ ⁇ min , V max ], will / q is changed to the coefficient generated in real time according to the system operating parameters / qi:
  • step (3) the slope of the droop curve after automatic adjustment, K q , satisfies the slope range of the sagging curve obtained by the small signal stability analysis [/ pmin , K p max ], [/ qmin , K q max ]-, by the distribution
  • the function of the droop coefficient / p , / ⁇ : f(K p , K q ); Let the real part of ⁇ ⁇ ⁇ 0, obtain the range of the slope of the sagging curve / p , [ / pmin , / pmax ], [K qm] n , / qmax ].
  • the reference active power value corresponding to the rated frequency in the droop curve and the reference reactive power value corresponding to the rated voltage are changed to meet the load change requirement.
  • this range must be met to prevent unilaterally to achieve the error-free frequency modulation
  • the system is unstable.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a micro grid system
  • Figure 2 shows the Thevenin equivalent circuit in parallel with two inverters
  • Figure 3 is a schematic diagram of the P-/drop curve
  • Figure 4 is a schematic diagram of the Q- ⁇ droop curve
  • Figure 5 is a schematic diagram of the P-/sag curve when adjusting / p ;
  • Figure 6 is a schematic diagram of the Q- ⁇ droop curve during adjustment
  • Figure 7 is a structural diagram of an example of a microgrid used for small signal stability analysis
  • Figure 8 is a control block diagram of the control method
  • Figure 9 is a graph of the results based on the PSCAD/EMTDC simulation software.
  • a the distributed power of the microgrid distributed power
  • b the reactive power generated by the distributed power
  • c the microgrid bus voltage
  • d the microgrid system frequency.
  • a microgrid inverter droop automatic control method based on small signal stability analysis includes the following steps: Step (1): The microgrid running on the island is supported by a distributed power source with droop control; the specific operation is shown in Fig. 1. As shown, the general structure of the microgrid, the distributed power supply DG1 adopts droop control, DG2, DG3 adopts PQ control; when the microgrid is connected to the grid, DG1 is in the grid-connected constant power state of droop control; when the distribution network fails or other reasons When the microgrid and the distribution network are decomposed in the island operation state, the DG1 uses the droop control to provide voltage and frequency support for the microgrid system.
  • the Thevenin equivalent circuit in parallel with two inverters can be derived from the relationship between the power delivered on the line and the impedance -
  • WK q (3 ⁇ 4 ( 6) means that the voltage frequency of the inverter port is linear with the active approximation, and the voltage amplitude is linear with the reactive power approximation; thus designing the P-/, Q- ⁇ droop characteristics and adjusting the inverter output
  • the active power is used to adjust the frequency, and the inverter output reactive power is adjusted to adjust the voltage amplitude.
  • KP _ ⁇ ⁇ ⁇ ( 7 ) As shown in Figure 4, where is the no-load voltage; ⁇ min , ⁇ max are the maximum reactive power of the inverter output, and the minimum and maximum voltage corresponding to the maximum reactive power; The amplitude of the actual output voltage of the inverter corresponds to the reactive power Q of the actual output of the inverter; the sagging slope of the Q- ⁇ curve:
  • Step (2) When the load changes, adjust the slope of the droop curve to realize the stepless frequency modulation;
  • the active power P of the DG1 output will increase to meet the power balance.
  • the frequency / output voltage will decrease as the DG1 output active power increases. If the droop slope is properly adjusted, the operating point of DG1 can be translated back to the nominal frequency / ⁇ , as shown in Figure 5, initially DG1 operates at the ⁇ point according to the droop curve 1; after the output active power increases, the frequency drops to /, work at point B; adjust the slope of the droop curve / p to make DG1 work according to the droop curve 2, and the working point becomes (:, the output frequency is restored to / n .
  • the DG1 output voltage amplitude will decrease, easily exceeding the limits allowed by the system [ ⁇ min , ⁇ max ]. If the drooping slope is properly adjusted, as shown in Fig. 6, the initial DG1 operates according to the droop curve 1. The minimum voltage value corresponding to the maximum reactive power is ⁇ minl , and the maximum voltage value corresponding to the maximum reactive power is absorbed. Maxl ; After the output reactive power is increased, the output voltage amplitude decreases, beyond the allowable range of the system, and the droop slope / q is adjusted so that the corresponding minimum voltage increases when the maximum reactive power is emitted, and returns to the allowable range.
  • Step (3) Using the small signal stability analysis, the above-mentioned automatic slope is tested: Taking the microgrid shown in Figure 7 as an example, establish the state equation of the system:
  • the stability range of the droop coefficient of the microgrid system is:
  • Step (4) Judging and adjusting the tuning: If the slope is within the allowable range, the differential tuning can be realized. Otherwise, the maximum or minimum slope is allowed to set the drooping curve according to the small signal stability analysis:
  • the micro-source is connected to the micro-grid bus through the inverter, LC filter, and line.
  • the output voltage and current of the filter are measured to obtain the output active power, reactive power and voltage amplitude and frequency.
  • the K p and / q solution boxes are used to realize the automatic solution process of the islandless microgrid with no differential frequency modulation, and then subjected to small signal stability analysis for limiting.
  • ⁇ For the LC filter exit voltage amplitude, PI is a proportional integral controller to improve the voltage amplitude dynamic response characteristics.
  • ⁇ m , 5 m are the three-phase output phase voltage synthesis space vector amplitude and phase angle reference value required for SPWM modulation.
  • the active power and reactive power of the inverter output are measured.
  • the automatically adjustable droop coefficient / P , K q is calculated.
  • the system is modeled by small-signal stability analysis, and the slope range [/ pmin , / pmax ], [ Kqmm , K qmax ] of the droop curve that can stabilize the system is calculated, and the above calculated calculation is performed.
  • the inverter reference voltage and frequency value are calculated according to equations (5) and (6), and a control pulse is further generated. Since the control pulse is generated by the reference voltage and frequency, it will not be described here.
  • the PSCAD is modeled on the microgrid as shown in Fig. 7.
  • DG1 is the energy storage system, and the inverter automatic droop control method considering small signal stability analysis is adopted in this patent
  • DG2 is the photovoltaic power generation system, in the simulation 12 In the second time, assuming constant illumination, constant power control can be used
  • DG3 is a wind power generation system. Under the simulated 12 seconds, the wind speed is assumed to be constant, and constant power control can be used.
  • a step load of 10 kW is applied at 4 seconds, and the three distributed power supplies output active power, reactive power, bus voltage, and system frequency are as shown in FIG.
  • the present invention uses a distributed power supply with droop control in an island state to change the sagging curve by automatically adjusting the slope of the droop curve.
  • the reference active power value corresponding to the rated frequency and the reference reactive power value corresponding to the rated voltage are used to meet the load change requirements, and the differential frequency modulation is realized.
  • the sagging curve allowed by the stable operation of the system is obtained by small signal stability analysis.
  • the slope range when the above-mentioned automatic adjustment of the droop slope, is required to meet this range to prevent system instability caused by unilateral adjustment of the unregulated FM.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法，该控制方法在主动调整P-f、Q-V下垂曲线斜率的基础上，引入小信号稳定分析，验证主动调整后的斜率的可行性，在保证系统稳定性的前提下，实现电压、频率的无差调节。本发明对孤岛状态下采用下垂控制的分布式电源，通过自动调整下垂曲线斜率，改变下垂曲线中额定频率所对应的参考有功功率值、额定电压所对应的参考无功功率值，以满足负荷变化的需要，实现无差调频调压；通过小信号稳定分析得到系统稳定运行所允许的下垂曲线斜率范围，在上述自动调整下垂斜率时，需满足此范围，防止单方面为实现无差调频调压而导致的系统不稳定。

Description

基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法
技术领域
本发明涉及微电网控制领域， 尤其涉及一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自 动控制方法。
背景技术
随着能源危机的出现和节能减排的发展要求， 大量使用可再生能源的微电网发展迅速。 微电网中的分布式电源通过电力电子器件与电网相连， 当大电网故障， 微电网与大电网解裂 进入孤岛运行状态时， 需由其内部的分布式电源为微电网系统提供电压、 频率支撑， 广泛采 用模拟同步发电机特性的下垂控制实现此目标，如 P-f、 Q-\ 下垂控制， PM、 Q-/下垂控制等。 但是对于确定的下垂曲线， 当负荷变化时， 运行点相应变化， 无法实现电压和频率的无差调 已有的方法是当负荷变化导致电压频率变化时， 主动调整下垂曲线的斜率， 即改变 下垂曲线中额定频率 50Hz对应的额定功率/ ¾的值、 ^吓垂曲线中的空载电压值，使系统电压、 频率恢复至额定运行点， 实现无差调节。 但此方法未考虑下垂斜率受系统稳定运行的约束条 件限制， 自动调整后的稳态运行点， 可能导致系统运行的不稳定。
发明专利 （申请号 201210107053. 4) 公开了一种基于旋转坐标虚拟阻抗的孤岛电网控制 及优化方法， 针对实际微电网中的复杂阻抗特性， 采用坐标旋转正交变换设计坐标旋转虚拟 阻抗， 改善微电网的阻抗特性， 但是， 该专利主要针对微电网稳态运行的计算分析与优化运 行， 没有考虑微电网系统新能源、 负荷的短时间内实时波动的暂态调节过程， 无法实现孤岛 运行的微电网系统电压、 频率无差调节。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题， 提出一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下 垂自动控制方法， 该控制方法在主动调整 、 ^ f垂曲线斜率的基础上， 引入小信号稳定 分析， 验证主动调整后的斜率的可行性， 在保证系统稳定性的前提下， 实现电压、 频率的无 差调节。
为了实现上述目的， 本发明采用如下技术方案：
一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法， 包括以下步骤： (1) 分布式电源提供电压频率支撑： 孤岛运行下的微电网， 由采用下垂控制的分布 式电源提供电压频率支撑， 所述逆变器采用 P-/、 Q-\ 下垂控制， 即有功功率调 节逆变器输出电压的频率， 无功功率调节逆变器输出电压的幅值， 逆变器输出 特性满足有功功率 -频率下垂特性曲线和无功功率-电压下垂特性曲线；
(2) 调整下垂曲线： 当负荷变化引起电压频率偏离额定值时， 调节器自动调整下垂 曲线的斜率；
(3) 分析检验： 利用小信号稳定分析得到下垂曲线的斜率的上下限， 比较器检验计 算调整后的斜率是否在允许范围内；
(4) 执行操作： 如果调整后的斜率在上下限之间， 满足允许范围， 调节器将逆变器 的稳定运行点恢复至额定电压， 如果调整后的斜率超过上下限值其中一个， 则 按照最靠近调整后的斜率的限值进行整定下垂曲线。
所述步骤 （1) 中， 有功功率-频率下垂特性曲线即 P-/下垂曲线， 方程为 f = fQ-KpP， 其中 P为逆变器输出的有功功率， /为逆变器实际输出电压频率， /o为空载时系统的频率， Kp 为 Ρ-/曲线的下垂斜率； 此外， /η为系统的额定频率 50Ηζ， 对应 Ρ-/下垂曲线中的参考有功功 率 Ρη。
所述步骤 （1) 中， 无功功率-电压下垂特性曲线即 Q-\ 下垂曲线， 方程为 V=VQ-KqQ， 其中 Q为逆变器输出的无功功率， \ 为逆变器实际输出电压的幅值， ¼为空载时系统的电压， 为 Q-\ 曲线的下垂斜率。
所述步骤 （2) 中， P-/曲线的斜率 /p由曲线方程推导得出： Kp=(fQ-f)/P， 工作中， 将 改为根据系统运行参数实时生成的系数 Kpi:
其中 Pt— «为 （t-Δΐ) 时刻逆变器输出有功功率；
当负荷有功功率不变时， 系统频率为 /=/π; 当负荷有功功率在 t时刻增大时， 为满足系统 功率平衡， 逆变器输出有功功率将增大； 但 ^为使用前 At时刻的有功 Pt—M计算所得， 故保 持不变， 系统频率降低； 经过延迟时间 At后， /p开始减小， 直至 P=Pn； 即通过自动减小下垂 斜率/p， 增大了 P-/下垂曲线中额定频率 /π所对应的有功功率参考值 Ρπ， 从而逆变器发出更 多的有功功率 Ρ时， 输出电压的频率依然为 /η; 但逆变器输出有功功率 Ρ不能超过其正常运 行允许的最大值 Pmax。
所述步骤（2) 中， Q-\ 曲线的斜率 由曲线方程推导得出： Kq =(VQ-V)/Q， 当负荷无 功功率不变时， 电压在系统允许范围 [\min， \max]内； 当负荷无功功率增大时， 为满足系统功 率平衡， 逆变器输出无功功率 Q将增大， 若出口电压幅值\ 超出 [\min， Vmax], 将 /q改为根据 系统运行参数实时生成的系数 /qi:
经过延迟时间 At后， 开始减小， 直至 Q=Qn; 即通过自动减小下垂斜率/q， 增大了 Q-V 下垂曲线中额定电压 \n所对应的无功功率参考值 Qn， 从而使逆变器输出更多的无功功率时， 输出电压的幅值依然保持在 [\min， \max]范围内； 但逆变器输出无功功率 Q不能超过其正常运 行允许的最大值 Qmax。
所述步骤（3) 中， 自动调整后的下垂曲线斜率 、 Kq， 满足小信号稳定分析所得下垂曲 线斜率范围 [/pmin， Kp max], [/qmin， Kq max]-, 由分布式电源及负荷构成的微电网系统由 n个一 阶非线性常微分代数方程描述： &y = f (x,u,t) ， 对自治系统： &y = f( i ; 对系统施加小 扰动并将方程线性化得：
&y = Ax + Bu,x(t0) = x0
y=Cx+Du
其中， ， B, C, D为系数矩阵； 由自动控制理论， 当矩阵 的特征根 Λ=σ+ω具有负实 部时， 系统有阻尼振荡而恢复稳定； 在系统其他变量确定时， Λ是下垂系数 /p、 /^的函数： =f(Kp,Kq); 令 Λ的实部 σ< 0， 得到下垂曲线斜率 /p、 的范围 [/pmin， /pmax]、 [Kq m]n, /qmax]。
本发明的有益效果为：
对孤岛状态下采用下垂控制的分布式电源， 通过自动调整下垂曲线斜率， 改变下垂曲线 中额定频率所对应的参考有功功率值、 额定电压所对应的参考无功功率值， 以满足负荷变化 的需要， 实现无差调频调压； 通过小信号稳定分析得到系统稳定运行所允许的下垂曲线斜率 范围， 在上述自动调整下垂斜率时， 需满足此范围， 防止单方面为实现无差调频调压而导致 的系统不稳定。
附图说明 图 1为微电网系统结构图； 图 2为两台逆变器并联的戴维南等效电路；
图 3为 P-/下垂曲线示意图；
图 4为 Q-\ 下垂曲线示意图；
图 5为调整 / p时的 P-/下垂曲线示意图；
图 6为调整 时的 Q-\ 下垂曲线示意图；
图 7为小信号稳定分析所用微电网实例结构图；
图 8为本控制方法的的控制框图；
图 9为基于 PSCAD/EMTDC仿真软件的结果图。
其中， a、 微电网分布式电源所发有功功率； b、 分布式电源所发无功功率； c、 微电网母 线电压； d、 微电网系统频率。
具体实 式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法， 包括以下步骤： 步骤 （1 ): 孤岛运行的微电网由采用下垂控制的分布式电源提供电压频率支撑； 具体操 作如图 1所示， 微电网的一般结构， 分布式电源 DG1采用下垂控制， DG2、 DG3采用 PQ控 制； 微电网并网运行时， DG1处于下垂控制的并网恒功率状态； 当配电网故障或其他原因导 致微电网与配电网解裂处于孤岛运行状态时， 由 DG1采用下垂控制为微电网系统提供电压频 率支撑。
如图 2所示， 两台逆变器并联的戴维南等效电路， 可推导得出线路上输送的功率与阻抗 的关系-
1 Ζ; 1 1 Ζ; 1
Qi = V J^ υL sin(6» ; _ ） _ υ ^2 sin θ,
( 2 ) 线路阻抗角很小， 可近似认为 sin^ ^ , cos^ ¾ l o 若将逆变器输出阻抗控制为电感性， 使逆变器输出阻抗与线路阻抗之和仍为电感性， 即 X= R， 即 Z jX， 可得：
Figure imgf000006_0001
Q1 = (v0lu0 -u0 2)/ xi (4) 进一步得到频率和电压的下垂特性：
Figure imgf000007_0001
W Kq(¾ ( 6) 即逆变器端口的电压频率与有功近似呈线性关系， 电压幅值与无功近似呈线性关系； 从 而设计 P-/、 Q-\ 下垂特性， 调整逆变器输出有功功率来调整频率， 调整逆变器输出无功功率 来调整电压幅值。
如图 3所示， 其中， /。为空载频率； /n为系统的额定频率 50Hz， 对应 P-/下垂曲线中的参 考有功功率 Ρπ ; /为逆变器实际输出电压的频率， 对应逆变器实际输出的有功功率 Ρ; Κρ为 Ρ-/曲线的下垂斜率：
K ( f0 _ O
KP _ ~ ρ ~ ( 7 ) 如图 4所示， 其中 为空载电压； \ min、 \ max分别为逆变器输出最大无功功率、 吸收最 大无功功率时对应的最小、 最大电压； \ 为逆变器实际输出电压的幅值， 对应逆变器实际输 出的无功功率 Q; 为 Q-\ 曲线的下垂斜率：
Figure imgf000007_0002
步骤 （2 ): 负荷变化时， 通过调整下垂曲线斜率， 实现无差调频调压；
当微电网的有功负荷增大， DG1输出的有功功率 P将增多以满足功率平衡。
从图 3中可看出， DG1输出有功功率增大时， 输出电压的频率 /将减小。若适当调整下垂 斜率， 则可使 DG1的工作点平移回额定频率 /π， 即如附图 5所示， 初始时 DG1按照下垂曲线 1工作于 Α点； 输出有功功率增大后， 频率下降至 /， 工作于 B点； 调整下垂曲线斜率/ p， 使 DG1按照下垂曲线 2工作， 工作点变为 (：， 输出频率恢复至 /n。
当微电网的无功负荷增大， DG1输出的无功功率 Q将增多以满足功率平衡。
从图 4中可看出， DG1输出电压幅值将减小， 易超出系统允许的 [\ min， \ max]的限制范围。 若适当调整下垂斜率， 如图 6所示， 初始时 DG1按照下垂曲线 1工作， 其发出最大无功功率 时对应的最小电压值为 \ minl， 吸收最大无功功率时对应的最大电压值为 \ maxl； 输出无功功率 增大后， 出口电压幅值减小， 超出系统允许范围， 调整下垂斜率 / q， 使发出最大无功功率时 对应的最小电压增大， 则回到允许范围内。
步骤 （3 ): 采用小信号稳定分析， 对上述自动后的斜率进行检验： 以附图 7所示微电网为例， 建立系统的状态方程:
Figure imgf000008_0002
A ^ INvC DINVr NiV1NET BINVRNMload
Figure imgf000008_0001
B1NETRNM c + ¾NETCi Via ΑίΕτ + B1NETRNMf
BlLOADRNM c +BlLOADRNM, mg为是系统的特征矩阵。
求解 mg的特征根， 并令实部为负， 解得此微电网系统的下垂系数稳定范围为：
1.57x10— 5 < /p< 1.90xl0—4
3.17x10— 4 < < 4.79xl0—3
步骤 （4): 判断、 调节整定： 若斜率在允许范围内， 则可实现无差调频调压， 否则按照 小信号稳定分析所得允许最大或最小斜率整定下垂曲线：
如图 8所示： 微源经过逆变器、 LC滤波器、 线路与微电网母线相连， 测量滤波器出口电 压、 电流以得到输出有功功率、 无功功率及电压幅值、 频率， D为延时环节， 延时 t时间间 隔。 Kp、 /q求解框为实现孤岛微电网无差调频调压的自动求解过程， 然后经过小信号稳定分 析进行限幅。 \ 为 LC滤波器出口电压幅值， PI为比例积分控制器， 以提高电压幅值动态响应 特性。 \m、 5m分别为 SPWM调制所需的三相输出相电压合成空间矢量幅值、 相角参考值。
工作中测量逆变器输出的有功功率、 无功功率， 延时 Δΐ时间后， 计算得到可自动调节的 下垂系数 /P、 Kq。 通过小信号稳定性分析对系统进行建模， 计算得到可使系统稳定的下垂曲 线斜率范围 [/pmin， /pmax]、 [Kqmm, Kqmax], 对前述计算得到的 、 进行限幅。根据方程（5)、 (6)计算得到逆变器参考电压、 频率值， 进一步生成控制脉冲。 由于参考电压、 频率生成控 制脉冲为现有技术， 在此不再赘述。
对如图 7所示的微电网进行 PSCAD建模， 其中， DG1为储能系统， 采用本专利的考虑小 信号稳定分析的逆变器自动下垂控制方法； DG2为光伏发电系统， 在仿真的 12秒时间内， 假 设光照不变， 可采用恒功率控制； DG3为风力发电系统， 在仿真的 12秒时间内， 假设风速不 变， 可采用恒功率控制。
在 4秒时施加 10kW的阶跃负荷， 三个分布式电源输出有功功率、 无功功率、 母线电压、 系统频率如附图 9所示。 由图 9可见， 基于小信号稳定分析的微电网逆变器自动下垂控制方法具有良好的调整性 能； 本发明对孤岛状态下采用下垂控制的分布式电源， 通过自动调整下垂曲线斜率， 改变下 垂曲线中额定频率所对应的参考有功功率值、 额定电压所对应的参考无功功率值， 以满足负 荷变化的需要， 实现无差调频调压； 通过小信号稳定分析得到系统稳定运行所允许的下垂曲 线斜率范围， 在上述自动调整下垂斜率时， 需满足此范围， 防止单方面为实现无差调频调压 而导致的系统不稳定。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述， 但并非对本发明保护范围的限 制， 所属领域技术人员应该明白， 在本发明的技术方案的基础上， 本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

权利要求书
1、 一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法， 其特征为： 包括以下步 骤：
( 1 ) 分布式电源提供电压频率支撑： 孤岛运行下的微电网， 由采用下垂控制的分布 式电源提供电压频率支撑， 所述逆变器采用 P-/、 Q-\ 下垂控制， 即有功功率调 节逆变器输出电压的频率， 无功功率调节逆变器输出电压的幅值， 逆变器输出 特性满足有功功率 -频率下垂特性曲线和无功功率-电压下垂特性曲线；
( 2 ) 调整下垂曲线： 当负荷变化引起电压频率偏离额定值时， 调节器自动调整下垂 曲线的斜率；
( 3 ) 分析检验： 利用小信号稳定分析得到下垂曲线的斜率的上下限， 比较器检验计 算调整后的斜率是否在允许范围内；
( 4) 执行操作： 如果调整后的斜率在上下限之间， 满足允许范围， 调节器将逆变器 的稳定运行点恢复至额定电压， 如果调整后的斜率超过上下限值其中一个， 则 按照最靠近调整后的斜率的限值进行整定下垂曲线。
2、如权利要求 1所述的一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法，其 特征为：所述步骤（1 )中，有功功率-频率下垂特性曲线即 P-/下垂曲线，方程为 f = f0 - KpP， 其中 P为逆变器输出的有功功率， /为逆变器实际输出电压频率， /。为空载时系统的频率， Kp 为 Ρ-/曲线的下垂斜率； 此外， /η为系统的额定频率 50Ηζ， 对应 Ρ-/下垂曲线中的参考有功功 率 Ρη。
3、如权利要求 1所述的一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法，其 特征为：所述步骤（1 )中，无功功率-电压下垂特性曲线即 Q-\ 下垂曲线，方程为 V =V。- KqQ， 其中 Q为逆变器输出的无功功率， \ 为逆变器实际输出电压的幅值， ¼为空载时系统的电压， 为 Q-\ 曲线的下垂斜率。
4、如权利要求 1所述的一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法， 其 特征为： 所述步骤 （2 ) 中， P-/曲线的斜率 由曲线方程推导得出： Kp = ( fQ - f )/P， 工作 中， 将/ 改为根据系统运行参数实时生成的系数 / pi:
其中 Pt— «为 （t-Δΐ) 时刻逆变器输出有功功率; 当负荷有功功率不变时， 系统频率为 /=/π; 当负荷有功功率在 t时刻增大时， 为满足系统 功率平衡， 逆变器输出有功功率将增大； 但 ^为使用前 At时刻的有功 Pt—M计算所得， 故保 持不变， 系统频率降低； 经过延迟时间 At后， /p开始减小， 直至 P=Pn； 即通过自动减小下垂 斜率/p， 增大了 P-/下垂曲线中额定频率 /π所对应的有功功率参考值 Ρπ， 从而逆变器发出更 多的有功功率 Ρ时， 输出电压的频率依然为 /η; 但逆变器输出有功功率 Ρ不能超过其正常运 行允许的最大值 Pmax。
5、如权利要求 1所述的一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法，其 特征为： 所述步骤（2) 中， Q-\ 曲线的斜率 /q由曲线方程推导得出： Kq=(VQ-V)/Q; 当负 荷无功功率不变时， 电压在系统允许范围 [\min， \max]内； 当负荷无功功率增大时， 为满足系 统功率平衡， 逆变器输出无功功率 Q将增大， 若出口电压幅值\ 超出 [\min， Vmax], 将 /q改为 根据系统运行参数实时生成的系数 Kqi:
经过延迟时间 At后， 开始减小， 直至 Q=Qn; 即通过自动减小下垂斜率/q， 增大了 Q-V 下垂曲线中额定电压 \n所对应的无功功率参考值 Qn， 从而使逆变器输出更多的无功功率时， 输出电压的幅值依然保持在 [\min， \max]范围内； 但逆变器输出无功功率 Q不能超过其正常运 行允许的最大值 Qmax。
6、如权利要求 1所述的一种基于小信号稳定分析的微电网逆变器下垂自动控制方法，其 特征为： 所述步骤（3) 中， 自动调整后的下垂曲线斜率 、 Kq, 满足小信号稳定分析所得下 垂曲线斜率范围 [/pmin， /pmax]、 [Kqmm, KqmaK] 由分布式电源及负荷构成的微电网系统由 n 个一阶非线性常微分代数方程描述： &y = f (x,u,t) ， 对自治系统： &y = f( i ; 对系统施 加小扰动并将方程线性化得：
&y = Ax + Bu,x(t0) = x0
y=Cx+Du
其中， ， B, C, D为系数矩阵； 由自动控制理论， 当矩阵 的特征根 Λ=σ+ω具有负实 部时， 系统有阻尼振荡而恢复稳定； 在系统其他变量确定时， Λ是下垂系数 /p、 /^的函数： A=f(KP,Kq); 令 Λ的实部 σ<0， 得到下垂曲线斜率 /p、 的范围 [/pmin， Kpmax], [Kqmin, /qmax]。
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