微网孤岛模式下具有网络自适应能力的下垂控制方法

技术领域

本发明涉及微电网孤岛模式下多逆变器并联系统的控制技术领域，具体为一种可以实现功率均分的下垂系数可调的改进下垂控制方法。

背景技术

微电网有并网和孤岛两种运行模式，尤其在孤岛运行时，分布式电源承担调节电能质量的任务，微电网的稳定运行与其控制技术息息相关。目前现有方法主要有 以下几种：一是虚拟电阻优化算法，以最小功率损耗为目标，抑制变换器之间的 环流，但是这种方法需不断修正参数，且没有考虑本地负荷的影响，无法使母线 电压维持在额定值。二是加入线路阻抗辨识环节，可以准确的获取线路参数，并 在辨识结果的基础上增加了无功补偿环节，实现了无功均分，但是一旦辨识环节 出现问题，就会对系统的运行造成影响。三是基于通信的改进下垂控制方法，这 种方法可以应对快速负载电流的变化，是一种二次控制的混合补偿法，在下垂环 节中加入了补偿器，通过通信获取各分布式电源的电流、电压、下垂系数，并对 下垂曲线进行平移和下垂系数的调整，可以快速处理负载的突变，而且可以补偿 母线电压，但该方法较为复杂。四是模糊算法，根据分布式电源的输出功率调整 下垂曲线，并通过模糊控制获取母线电压参考值，在实现功率均分的同时也可以 保证较小的母线电压偏差，但是新单元的加入使得系统更为复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何解决当微电网运行于孤岛模式时，分布式电源通常采用下垂控制实现多类型负荷的分配，由于传统下垂固有的局限性，当线 路阻抗不一致时，会出现功率分配不均以及环流的问题，难以发挥分布式电源的 效率，甚至造成分布式电源过载的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种微网孤岛模式下具有网络自适应能力的下垂控制方法，该微网包括N个分布式直流电源DG、与分布式直流电源DG同样数量 的三相逆变器、与分布式直流电源DG同样数量的LC滤波电路、交流母线，每 个分布式直流电源DG经过一个三相逆变器转换成交流电后再经过LC滤波电路 滤除高阶毛刺，然后连接到相同的交流母线上，第i个滤波电路中其滤波电感为 L

步骤一、采集交流侧电压、电流进行坐标变换，然后通过功率计算得到三相逆变器输出的有功、无功功率，并经过低通滤波器滤除高阶毛刺；

步骤二，获取所有分布式直流电源DG输出的无功信息，根据自身的额定容量计 算出无功功率参考值；

步骤三，通过在下垂控制中叠加积分跟随项调整下垂系数；

步骤四，经过abc/dq0坐标变换，再解耦实现电压电流双闭环的控制，最后通过PWM调制实现对三相逆变器的控制。

步骤一中具体步骤如下

采集一个三相逆变器输出的A、B、C相电压和电流，利用已有的坐标变换公式， 将三相静止坐标系下的量通过等量变换转换为两相旋转坐标系下的量，

u

通过式(2)，可以得出三相逆变器的输出有功、无功功率。

其中，P为有功功率，Q为无功功率，v

然后经过低通滤波器滤除高阶毛刺。

3.根据权利要求1所述的一种微网孤岛模式下具有网络自适应能力的下垂控制方法，其特征在于：步骤二中具体步骤如下

当各直流电源DG容量相等时：

即：

其中，Q

当各直流电源DG容量不等时：

即：

其中，S

步骤三中具体步骤如下

当各直流电源DG接收到Q

式(8)为其控制表达式：

其中，U

当线路阻抗相同时，有Q

由于积分环节的作用，改进策略可自动消除线路阻抗不同的影响，适用于复杂微电网系统的负荷分配且不需要线路阻抗的检测。

步骤四中具体步骤如下

先将下垂控制输出的电压参考值u

将电压环输出的电流参考值i

本发明的有益效果是：以两个相同容量的直流电源DG为例，当线路阻抗相同时，有Q

本专利所提改进下垂控制策略，无需检测线路阻抗，并且适用于比较复杂的微电网，通过通信获得其他逆变器无功功率的输出信息，通过叠加积分跟随项，可以 自适应调节下垂系数，消除本地负荷对输出无功的影响，实现无功的精确分配。

附图说明

图1为含有N个直流电源DG的微电网结构图；

图2为所设计的下垂系数可调的改进下垂控制框图；

图3为自适应调节下垂系数示意图；

图4为直流电源DG容量相同、线路阻抗相同时，负载突变时采用传统下垂控制 逆变器输出有功、无功功率、电流的仿真波形图；

图5为直流电源DG容量相同、线路阻抗不同时，负载突变时采用传统下垂控制 逆变器输出有功、无功功率、电流的仿真波形图；

图6为直流电源DG容量相同、线路阻抗相同时，负载突变时采用自适应调整下 垂系数的改进下垂控制逆变器输出有功、无功功率、电流的仿真波形图；

图7为直流电源DG容量相同、线路阻抗不同时，负载突变时采用自适应调整下 垂系数的改进下垂控制逆变器输出有功、无功功率、电流的仿真波形图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明 的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明是一种可以实现功率均分的下垂系数可调的改进下垂控制方法。图1 为含有N个分布式电源(DG)的微电网结构图，直流源经逆变器得交流电压， 再经过LC滤波电路滤除高阶毛刺，由线路连接到交流母线公共端。L

由此，对图1的逆变器采用一种下垂系数可调的改进下垂控制策略，图2 为其控制框图，具体控制过程包括四个步骤：步骤一，采集交流侧电压、电流进 行坐标变换，然后通过功率计算得到逆变器输出的有功、无功功率，并经过低通 滤波器滤除高阶毛刺；步骤二，利用通信获取其他DG输出的无功信息，根据自 身的额定容量计算出无功功率参考值；步骤三，通过在下垂控制中叠加积分跟随 项调整下垂系数；步骤四，经过abc/dq0坐标变换，再解耦实现电压电流双闭环 的控制，最后通过PWM调制实现对逆变器的控制。

步骤一：采集交流侧电压、电流进行坐标变换，然后通过功率计算得到逆 变器输出的有功、无功功率，并经过低通滤波器滤除高阶毛刺。

采集逆变器输出的A、B、C相电压和电流，利用已有的坐标变换公式，将 三相静止坐标系下的量通过等量变换转换为两相旋转坐标系下。

得到dq0坐标系下的电压u

通过式(18)，可以得出逆变器的输出有功、无功功率。

其中，P为有功功率，Q为无功功率，v

然后经过低通滤波器滤除高阶毛刺。

步骤二，先利用通信获取其他DG输出的无功信息，再根据自身的额定容量 计算出无功功率参考值；

当各直流电源DG容量相等时：

即：

其中，Q

当各直流电源DG容量不等时：

即：

其中，S

步骤三：当直流电源DG接收到Q

式(8)为其控制表达式：

其中，U

当线路阻抗相同时，有Q

由于积分环节的作用，改进策略可自动消除线路阻抗不同的影响，适用于复 杂微电网系统的负荷分配且不需要线路阻抗的检测。

步骤四，先将下垂控制输出的电压参考值u

将电压环输出的电流参考值i

以两个容量和线路阻抗均相同的并联DG运行为例，此时公共负荷连接在交 流母线上，在0-2s时投入负荷15kW，5kvar，在2s时增加负载至30kW，10kvar。

当采用传统下垂控制时，逆变器的输出有功、无功、A相电流分别如图5(a)、 (b)、(c)所示，由仿真结果可知，两逆变器各输出均相等，在2s时增加负载， 微电网进入新的稳定运行状态。

在采用改进下垂控制后，逆变器的输出有功、无功、A相电流分别如图6(a)、 (b)、(c)所示，由仿真结果可知，不论采用何种控制方法，当线路阻抗相同时， 两逆变器输出的各电气量均相等，即两逆变器输出的有功和无功均可实现均分。

以两个容量相同，线路阻抗不同的并联DG并联运行为例，DG

采用改进下垂控制后，由仿真结果可知，在积分反馈的作用下，无功偏差逐 渐减小，最终实现无功均分，此时，逆变器间的环流问题也得到了明显改善，有 功在整个过程中均可实现均分。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。