CN110544960A - 一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法，包括：基于下垂控制原理，建立孤岛微电网模型仿真及其控制构架；在正常运行场景下，采用分布式一致性控制方法，将孤岛微电网稳定运行后的各个分布式单元发出的无功功率进行一致性迭代，并将控制算法的运算结果输入各分布式电源逆变器控制中，修改各分布式电源发出的无功功率，使得所有逆变器的输出无功功率达到相同值。实现分布式电源无功均分，从而提高电压质量，抑制无功环流带来的损耗；然后在微电网达到无功均分稳定输出后，增加***负荷，控制策略再次启动，验证控制策略抗扰动能力，对各分布式电源的无功出力进行控制，实现分布式电源的再次无功均分。

Description

一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法

技术领域

本发明属于微电网运行控制领域，具体涉及一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法。

背景技术

分布式发电具有污染少、就地消纳等特有的优势，能有效解决电网发电过程中不可再生能源消耗问题，是未来电网发展的重要方向之一。微电网可以有效管理和实现分布式电源的灵活控制。微电网既能与大电网并网运行，也能脱离大电网独立运行，这极大提高了微电网运行的可靠性。但同时在运行过程中也存在着分布式电源无功均分等问题。

微电网通常采用下垂控制来实现***中分布式电源的运行控制。但下垂控制在无功均分方面也有一些缺陷，因为自然因素和接入的分布式电源地理位置的差异性，使得各分布式电源的馈线长短不一，导致它们的馈线阻抗也不一样。通过下垂控制的分布式电源在各自的阻抗不一致的情况下，很难做到无功均分，从而导致一些分布式电源过载，***各处无功电压不平衡，出现无功环流，进而影响***的稳定运行。因此实现无功功率的精确均分，抑制无功环流是孤岛交流微电网稳定运行的关键问题。

发明内容

为了解决孤岛微电网运行控制问题，本发明提供了一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法。

为了达成上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法，包括以下步骤：

步骤1、建立孤岛微电网控制构架

建立包括分布式电源、逆变器及其相应的负荷的孤岛微电网，其基本控制架构采用下垂控制，设置相应的控制参数，使微电网能在不同的场景下稳定运行；

步骤2、分布式电源无功功率一致性控制

在微电网正常运行场景下，选择稳定运行的一个时间点对其进行无功均分控制，各分布式电源进行分布式通信，将该时间点的各分布式电源逆变器输出的无功功率测量值输入到分布式一致性算法中，将一致性算法得到的无功功率修正值，输入到各分布式电源逆变器的下垂控制中，对无功出力进行修正，最终达到无功均分的目标；

步骤3、负荷扰动下分布式电源的二次一致性控制

微电网正常运行达到无功均分稳定运行后，增加***无功负荷，使微电网出现负荷扰动；由于各分布式电源线路阻抗不同，将引起无功出力偏差；

采集***稳定后各分布式电源的无功出力数据，对各无功数据进行分布式一致性迭代，得到负荷扰动下各分布式电源的无功修正值，将无功出力修正值输入各分布式电源无功控制中进行无功出力修正，最终使得各分布式电源再次无功均分。

进一步地，所述步骤1中对传统下垂控制进行无功控制改进，如下式所示：

式中，f_i、U_i为第i个分布式电源的频率和电压幅值，f₀为***频率参考值，U₀为电压参考值，d_p、d_q分别为有功频率下垂系数和无功电压下垂系数，P_i、Q_i为第i个分布式电源有功和无功的测量值，ΔQ_i为第i各分布式电源的无功补偿值。

进一步地，所述步骤2中的分布式一致性算法为：

式中，k_i与k_j是与第i个和第j个通信单元进行通信的数量；λ是收敛因子，其大小能决定同一拓扑下***收敛的速度，0<λ<1。Q_i、Q_j为第i个和第j个分布式电源的测量值，ΔQ_i为一致性算法的修正值。

有益效果

1、本发明构建了孤岛微电网分布式控制模型，建立了分布式电源的双层无功控制模型，一次控制满足***稳定性要求，分布式二次控制增加了控制策略的可靠性；

2、本发明提出一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法，通过对下垂控制进行改进，利用分布式一致性算法对各分布式电源进行无功二次控制，且该二次控制能很好地根据***通信拓扑结构的变化，做出自适应调节，实现了孤岛微电网各分布式电源的无功均分。

附图说明

图1为本发明的面向孤岛微电网无功均分控制的流程图；

图2是本发明实施案例中孤岛微电网的pscad仿真***图；

图3孤岛微电网正常运行时无功功率曲线；

图4孤岛微电网无功负荷增加时无功功率曲线。

具体实施方式

现结合实施案例对本发明进行详细说明。应当理解，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示为本发明的面向孤岛微电网无功均分控制的流程图；本发明的一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法实施例一包括以下步骤：

1、建立孤岛微电网控制构架

建立包括分布式电源、逆变器及其相应的负荷的孤岛微电网，其基本控制架构采用下垂控制，设置相应的控制参数，使微电网能在不同的场景下稳定运行。同时对传统下垂控制进行无功控制改进，如下式所示：

式中，f_i、U_i为第i个分布式电源的频率和电压幅值，f₀为***频率参考值，U₀为电压参考值，d_p、d_q分别为有功频率下垂系数和无功电压下垂系数，P_i、Q_i为第i个分布式电源有功和无功的测量值，ΔQ_i为第i各分布式电源的无功补偿值。

2、分布式电源无功功率一致性控制

在微电网正常运行场景下，选择稳定运行的一个时间点对其进行无功均分控制，各分布式电源进行分布式通信，将该时间点的各分布式电源逆变器输出的无功功率测量值输入到分布式一致性算法中，将一致性算法得到的无功功率修正值，输入到各分布式电源逆变器的下垂控制中，对无功出力进行修正，最终达到无功均分的目标。所述分布式一致性算法为：

式中，k_i与k_j是与第i个和第j个通信单元进行通信的数量；λ是收敛因子，其大小能决定同一拓扑下***收敛的速度，0<λ<1。Q_i、Q_j为第i个和第j个分布式电源的测量值，ΔQ_i为一致性算法的修正值。

3、负荷扰动下分布式电源的二次一致性控制

微电网正常运行达到无功均分稳定运行后，增加***无功负荷，使微电网出现负荷扰动。由于各分布式电源线路阻抗不同，将引起无功出力偏差。采集***稳定后各分布式电源的无功出力数据，对各无功数据进行分布式一致性迭代，得到负荷扰动下各分布式电源的无功修正值，将无功出力修正值输入各分布式电源无功控制中进行无功出力修正，最终使得各分布式电源再次无功均分。

实施例二

本发明的一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法实施例二包括以下步骤：

1、建立孤岛微电网控制构架

搭建的孤岛微电网的仿真***，分布式电源额定电压为220V，频率50Hz，采用下垂控制保持***能稳定运行，并输出额定频率和电压，并为各分布式电源设置不同的线路阻抗。如图2所示，在pscad中建立孤岛微电网仿真模型，***中含有3个分布式电源，微电网中各分布式电源采用下垂控制。

2、分布式电源无功功率一致性控制

运行搭建的微电网仿真模型，稳定输出后选择一个控制开始的时间点(本案例选择4s时开始进行控制)，采集该时刻各分布式电源输出的无功功率，并将采集到的无功数据用分布式一致性算法进行迭代，将迭代结果输入下垂控制的二次控制中对分布式电源无功出力进行修正，每次迭代设置0.1s，pscad仿真图如图3所示，5s后微电网各分布式电源实现无功均分。

3、负荷扰动下分布式电源的二次一致性控制

在2的基础上，当t＝6s时，微电网负荷增加，各分布式电源输出增大，由于分布式电源线路阻抗不同，再次出现无功偏差。待***稳定后于t＝7s采集负荷扰动后各分布式电源的无功数据，并通过分布式一致性算法进行一致性迭代，算法迭代结果即为相应的无功修正值，将其输入分布式电源二次控制中，修正各分布式电源的无功输出，其pscad仿真图如图4所示，8s后各分布式电源再次达到无功均分。实现了控制策略的抗扰动性。

Claims (3)

1.一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、建立孤岛微电网控制构架

建立包括分布式电源、逆变器及其相应的负荷的孤岛微电网，其基本控制架构采用下垂控制，设置相应的控制参数，使微电网能在不同的场景下稳定运行；

步骤2、分布式电源无功功率一致性控制

在微电网正常运行场景下，选择稳定运行的一个时间点对其进行无功均分控制，各分布式电源进行分布式通信，将该时间点的各分布式电源逆变器输出的无功功率测量值输入到分布式一致性算法中，将一致性算法得到的无功功率修正值，输入到各分布式电源逆变器的下垂控制中，对无功出力进行修正，最终达到无功均分的目标；

步骤3、负荷扰动下分布式电源的二次一致性控制

微电网正常运行达到无功均分稳定运行后，增加***无功负荷，使微电网出现负荷扰动；由于各分布式电源线路阻抗不同，将引起无功出力偏差；

采集***稳定后各分布式电源的无功出力数据，对各无功数据进行分布式一致性迭代，得到负荷扰动下各分布式电源的无功修正值，将无功出力修正值输入各分布式电源无功控制中进行无功出力修正，最终使得各分布式电源再次无功均分。

2.如权利要求1所述的一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法，其特征在于，所述步骤1中对传统下垂控制进行无功控制改进，如下式所示：

式中，f_i、U_i为第i个分布式电源的频率和电压幅值，f₀为***频率参考值，U₀为电压参考值，d_p、d_q分别为有功频率下垂系数和无功电压下垂系数，P_i、Q_i为第i个分布式电源有功和无功的测量值，ΔQ_i为第i各分布式电源的无功补偿值。

3.如权利要求1所述的一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法，其特征在于，

所述步骤2中的分布式一致性算法为：

式中，k_i与k_j是与第i个和第j个通信单元进行通信的数量；λ是收敛因子，其大小能决定同一拓扑下***收敛的速度，0<λ<1。Q_i、Q_j为第i个和第j个分布式电源的测量值，ΔQ_i为一致性算法的修正值。