一种提高低压微电网频率瞬时稳定性的调控方法：针对低压微电网受到负荷突变等扰动后引起频率快速变化进而对系统造成瞬时冲击的问题，本发明专利技术提出了一种改善频率瞬时响应的控制策略。在虚拟同步发电机模型的基础上，将电角速度偏差Δω和虚拟阻尼系数D作为低压微电网孤岛运行状态下P/ω下垂控制的调节指标，使低压微电网在不同频率偏差情况下采用不同下垂系数，减小扰动后逆变器瞬时响应对系统造成的冲击，延缓频率变化速率。同时设计了Q-ω和Q/T协调控制的二次调频模块，既能实现频率无差调节，又能提供逆变器控制参考电压，抑制功率振荡。本发明专利技术适用于低压微电网受到负荷突变和状态转换等扰动的情况，可在电网受到扰动情况下减小频率因快速变化对系统造成的影响，有利于低压微电网的稳定运行。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低压微电网频率的调控方法,尤其是涉及一种适用于低压微电网孤岛运行方式下提高低压微电网频率瞬时稳定性的调控方法。
技术介绍
近年来随着分布式电源(Distributed Generation，DG)的发展，在能源耗费与环境问题日益严峻的情况下，含DG的低压微电网受到越来越多的关注。如何在含大量DG的情况下实现高效、稳定的频率控制成为未来低压微电网研究的重要方向之一。DG在微网中的大规模渗透，使得传统电力系统的调频控制策略难以适应低压微电网受到扰动后的频率调节。现有技术中，针对孤岛运行状态下的低压微电网一般是通过P/f下垂控制方法实现频率调节，该方法模拟了传统电力系统中的一次调频特性且能实现并列运行的电源在无需通信环境下的功率分配。对同步发电机而言，同步发电机的下垂特性和大转动惯量特性有利于发电机机组的稳定运行。由于转子具有惯性，功率缺额时同步发电机通过调节转子转速并在调速器的作用下达到新的平衡。不同于传统电力系统，低压微电网大部分DG都是电力电子逆变型接口，缺少传统电网中同步发电机旋转特性，惯性较差。低压微电网受到扰动后频率快速瞬时变化会影响低压微电网的稳定性，因此如果将含有储能单元的低压微电网等效成同步发电机模型就可以适当增大低压微电网的惯性，降低低压微电网与传统电力系统的差异。然而配电网运行时国标中规定的频率变化范围较小，从而限制了频率下垂增益函数的范围，导致负载变化时频率振荡，给低压微电网稳定运行造成隐患。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种提高低压微电网频率瞬时稳定性的调控方法，使其在受到状态转换和负荷突变扰动等冲击时，能有效减小因频率瞬时变化对低压微电网的影响。解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种提高低压微电网频率瞬时稳定性的调控方法，其特征是包括以下步骤：S1，将含有储能单元的低压微电网虚拟成同步发电机(VSG)模型设：所述的低压微电网中有n台DG，DG接口为电力电子型逆变器接口，经过开关Sk接入大电网，当开关Sk断开时低压微电网处在孤岛运行状态，Pe为电磁功率，T和Ti分别为虚拟同步发电机模型的机械转矩和电磁转矩，单位为N.m，其中T＝P/ω，J为转子的转动惯量，单位为kg.m2,ω*为参考电角速度,ωs为实际电角速度，D为定常阻尼系数，e为感应电动势，Mf为励磁绕组和磁场绕组之间的最大互感，ie为励磁电流，δ为电角度，P为微电网中DG输出有功功率，Q为微电网DG输出无功功率，ω为微电网实际电角速度；本专利技术在传统虚拟同步发电机数学模型的基础上，进行了改进。在传统虚拟同步发电机(VSG)的数学模型为：Jωss＝(T-Ti)-D(ω*-ωs) (1)；Ti=Peωs=32Mfieicosδ---(2);]]>e＝ωsMfiesinδ (3)；Q=32Mfieisinδ---(4);]]>由公式(1)得低压微电网孤岛状态下实现有功功率分配的T/ω下垂函数即参考电角速度可表示为：ω*＝ωs-m(T-Ti) (5)；S2，在低压微电网不同频率偏差情况下采用不同的下垂系数调频：下面有参数没定义mdroop=m-km(kn)logD|Δω|ifΔω>|Δωmax|mifΔω≤|Δωmax|---(6)]]>其中：mdroop为低压微电网总体下垂控制，km和kn为低压微电网受到扰动时T-ω下垂增益，km和kn为低压微电网受到扰动时T-ω下垂增益只考虑阻尼系数D>0的情况，进行调频，调控方法如下式所示：令：ω*=ωs-(m-km(kn)logD|Δω|)(T-Ti)---(7);]]>其中Δω＝ωs-ω，km和kn为低压微电网受到扰动时T-ω下垂增益；虚拟阻尼系数D由系统最大电磁转矩ΔTmax和系统最大频率偏差Δωmax求得：D=Tmaxωs-ω*---(8);]]>km=ΔTmax(kn)logD|Δωmax|---(9);]]>参数Δωmax设计取值应满足国际标准IEEE1547的中的规定；S3，进行Q-ω和Q/T下垂控制协调二次调频传统二次调频方程为：Δf=-ΔPload-ΔPGK---(10);]]>本方法二次调频方程由公式(2)、(3)、(4)和(10)推导得：ΔP=Δeie=32[ΔQ-(kp+kis)Δω1-kTΔT]---(11);]]>本专利技术的二次调频方程为：Δω2=Δω1-ΔP1+k1+k2s+kT---(12);]]>其中：u为逆变器参考电压，k为无功控制增益系数；公式(12)中Δω1和Δω2分别为一次调频和二次调频后的电角速度。所述的步骤S3中在系统一次调频之后进行二次调频时，首先进行Q-ω二次初始调频，并自动检测二次初始调频后电角速度ΔωT，启动Q/T调节；其次在一次调频和二次初始调频基础上逐步提高逆变器的VSG模型的机械转矩，最终增大有功输出，实现频率无差调节。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：1)在VSG模型的基础上，将电角速度偏差Δω和虚拟阻尼系数D作为一次调频控制参数，减小了瞬时调频对低压微电网产生的冲击，延缓了频率变化过程，在实现功率快速合理分配的同时保证了低压微电网频率稳定，使低压微电网在不同频率偏差情况下采用不同偏差系数，避免为了实现功率的快速平衡，下垂控制需要选择较大的下垂系数，而导致频率较大偏移。2)针对一次调频不能实现无差调节的问题，设计了Q-ω和Q/T协调进行频率二次调频控制模块，加入了转矩控制阶段，将二次调频分为两个阶段，并对其原理进行了分析。且此模块代替了传统P/f控制中的电压电流内环控制环节，简化了控制模块。3)搭建了仿真模型和硬件实验平台验证了本文所提调控方法，验证了该方法的有效性和可行性。其他有助于审查员理解本技术的资料[1]王成山，高菲，李鹏等.低压微网控制策略研究[J].中国电机工程学报，2012，32(25)：2-8.[2]高春凤,杨仁刚,王江波等.基于虚拟频率的低压微电网下垂控制策略设计[J].电网技术,2013，37(12)：3331-3335.[3]孙孝峰本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高低压微电网频率瞬时稳定性的调控方法，其特征是包括以下步骤：S1，将含有储能单元的低压微电网虚拟成同步发电机(VSG)模型设：所述的低压微电网中有n台DG，DG接口为电力电子型逆变器接口，经过开关Sk接入大电网，当开关Sk断开时低压微电网处在孤岛运行状态，Pe为电磁功率，T和Ti分别为虚拟同步发电机模型的机械转矩和电磁转矩，单位为N.m，其中T＝P/ω，J为转子的转动惯量，单位为kg.m2,ω*为参考电角速度,ωs为实际电角速度，D为定常阻尼系数，e为感应电动势，Mf为励磁绕组和磁场绕组之间的最大互感，ie为励磁电流，δ为电角度，P为微电网中DG输出有功功率，Q为微电网DG输出无功功率，ω为微电网实际电角速度；在传统虚拟同步发电机(VSG)的数学模型为：Jωss＝(T‑Ti)‑D(ω*‑ωs) (1)；Ti=Peωs=32Mfieicosδ---(2);]]>e＝ωsMfie sinδ (3)；Q=32Mfieisinδ---(4);]]>由公式(1)得低压微电网孤岛状态下实现有功功率分配的T/ω下垂函数即参考电角速度表示为：ω*＝ωs‑m(T‑Ti) (5)；S2，在低压微电网不同频率偏差情况下采用不同的下垂系数调频：mdroop=m-km(kn)logD|Δω|ifΔω>|Δωmax|mifΔω≤|Δωmax|---(6)]]>其中：mdroop为低压微电网总体下垂控制，km和kn为低压微电网受到扰动时T‑ω下垂增益，km和kn为低压微电网受到扰动时T‑ω下垂增益；只考虑阻尼系数D>0的情况，进行调频，调控方法如下式所示：令：ω*=ωs-(m-km(kn)logD|Δω|)(T-Ti)---(7);]]>其中Δω＝ωs‑ω，km和kn为低压微电网受到扰动时T‑ω下垂增益；虚拟阻尼系数D由系统最大电磁转矩ΔTmax和系统最大频率偏差Δωmax求得：D=Tmaxωs-ω*---(8);]]>km=ΔTmax(kn)logD|Δωmax|---(9);]]>参数Δωmax设计取值应满足国际标准IEEE1547的中的规定；S3，进行Q‑ω和Q/T下垂控制协调二次调频传统二次调频方程为：Δf=-ΔPload-ΔPGK---(10);]]>由公式(2)、(3)、(4)和(10)推导得：ΔP=Δeie=32[ΔQ-(kp+kis)Δω1-kTΔT]---(11);]]>本专利技术的二次调频方程为：Δω2=Δω1-ΔP1+k1+k2s+kT---(12);]]>其中：u为逆变器参考电压，k为无功控制增益系数；公式(12)中Δω1和Δω2分别为一次调频和二次调频后的电角速度。...
【技术特征摘要】
2014.09.26 CN 20141050290631.一种提高低压微电网频率瞬时稳定性的调控方法，其特征是包括以下步骤：
S1，将含有储能单元的低压微电网虚拟成同步发电机(VSG)模型
设：所述的低压微电网中有n台DG，DG接口为电力电子型逆变器接口，经过开关Sk接入大电网，当开关Sk断开时低压微电网处在孤岛运行状态，Pe为电磁功率，T和Ti分别
为虚拟同步发电机模型的机械转矩和电磁转矩，单位为N.m，其中T＝P/ω，J为转子的转
动惯量，单位为kg.m2,ω*为参考电角速度,ωs为实际电角速度，D为定常阻尼系数，e为
感应电动势，Mf为励磁绕组和磁场绕组之间的最大互感，ie为励磁电流，δ为电角度，P
为微电网中DG输出有功功率，Q为微电网DG输出无功功率，ω为微电网实际电角速度；
在传统虚拟同步发电机(VSG)的数学模型为：
Jωss＝(T-Ti)-D(ω*-ωs) (1)；
Ti=Peωs=32Mfieicosδ---(2);]]>e＝ωsMfie sinδ (3)；
Q=32Mfieisinδ---(4);]]>由公式(1)得低压微电网孤岛状态下实现有功功率分配的T/ω下垂函数即参考电角速度
表示为：
ω*＝ωs-m(T-Ti) (5)；
S2，在低压微电网不同频率偏差情况下采用不同的下垂系数调频：
mdroop=m-km(kn)logD|Δω|ifΔω>|Δωmax|mifΔω≤|Δωmax|---(6)]]>其中：mdroop为低压微电网总体下垂控制，km和kn为低压微电网受到扰动时T-ω下垂
【专利技术属性】
技术研发人员：马明，盛超，徐柏瑜，李坦，李兰芳，李玎，王玲，邓志，刘正富，杨洪耕，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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