基于换流器控制特性的微电网状态估计方法技术

本发明专利技术公布了一种基于换流器控制特性的微电网状态估计方法。首先建立交直流混联微电网中各元件的稳态模型，将下垂(Droop)控制型DG运行状态加到状态估计的状态变量中，并配置相应的伪量测以保证状态估计的可观测性；其次，鉴于支路电流幅值与三相节点电压之间复杂的非线性函数关系，提出一种基于支路功率的量测转换方法，简化了雅可比矩阵的计算；最后，采用加权最小二乘估计求解所提出的交直流混联微电网的状态估计模型。本发明专利技术能够有效处理含Droop控制型DG的交直流混联微电网在并网/孤岛两种运行方式下的状态估计问题，并考虑了其中换流器控制特性以及微电网孤岛运行特性，具有计算速度快且较为准确的特点，有良好的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于换流器控制特性的微电网状态估计方法，属于电力系统监测、分析和控制
技术背景具有经济和环保双重优势的分布式发电技术正日趋成熟，因而电网中分布式发电装置的数目在不断增加。另外，目前大部分用户侧负载、可再生能源发电以及储能装置都是采用直流方式进行并网，建立直流微电网可减少电力变换环节，且具有提高电能利用率等优势。但由于传统交流输电网的长久发展，直流网络不可能完全取代现有交流网络。为此，交直流混联微电网作为DG并网以及连接AC-DC网络的良好解决方案，已成为当前电力行业的研究热点和发展趋势。另外，状态估计的核心功能是过滤冗余量测数据，从而为能量管理系统提供一系列可信估计值。现有的交直流混联微电网状态估计算法，大部分来源于配电网状态估计算法，未针对交直流混联微电网自身运行特性进行细致分析，缺乏对以下几点因素的考虑：1)交直流混联微电网运行方式(并网/孤岛)；2)孤岛运行时系统中没有平衡节点；3)系统频率作为各DG联系变量；4)换流器并网节点控制特性。因此，面对这一新型网络，需要建立对其适应的交直流混联微电网状态估计算法，并考虑换流器控制特性等影响。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术所需解决的技术问题提供一种基于换流器控制特性的微电网状态估计方法。技术方案：本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：一种基于换流器控制特性的微电网状态估计方法，包括以下步骤：步骤1：根据交直流混联微电网的特性，建立该系统的馈线、负荷以及经换流器并网的DG等稳态模型；步骤2：基于加权最小二乘估计算法建立交直流混联微电网状态估计模型，同时为Droop型DG等配置相应的伪量测以保证状态估计的可观测性；步骤3：鉴于支路电流幅值与三相节点电压之间复杂的非线性函数关系，提出一种基于支路功率的量测转换方法，对支路电流幅值的量测方程进行处理，简化雅可比矩阵的计算；步骤4：采用加权最小二乘法并结合支路电流幅值量测转换，对上述所建立的交直流混联微电网系统模型进行状态估计求解，最终得到状态变量：电压幅值和相角、系统频率和DG每相注入功率。进一步，步骤1包括以下步骤：步骤101：在交直流混联微电网中，由于三相不平衡的问题更加突出，采用三相不对称的馈线模型： U · i a - U · j a U · i b - U · j b U · i c - U · j c = Z i j a a Z i j a b Z i j a c Z i j b a Z i j b b 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于换流器控制特性的微电网状态估计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：根据交直流混联微电网的特性，建立该系统的馈线、负荷以及经换流器并网的DG等稳态模型；步骤2：基于加权最小二乘估计算法建立交直流混联微电网状态估计模型，同时为Droop控制型DG等配置相应的伪量测以保证状态估计的可观测性；步骤3：鉴于支路电流幅值与三相节点电压之间复杂的非线性函数关系，提出一种基于支路功率的量测转换方法，对支路电流幅值的量测方程进行处理，简化雅可比矩阵的计算；步骤4：采用加权最小二乘法并结合支路电流幅值量测转换，对上述所建立的交直流混联微电网系统模型进行状态估计求解，最终得到状态变量：电压幅值和相角、系统频率和DG每相注入功率。

【技术特征摘要】
1.一种基于换流器控制特性的微电网状态估计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：根据交直流混联微电网的特性，建立该系统的馈线、负荷以及经换流器并网的DG等稳态模型；步骤2：基于加权最小二乘估计算法建立交直流混联微电网状态估计模型，同时为Droop控制型DG等配置相应的伪量测以保证状态估计的可观测性；步骤3：鉴于支路电流幅值与三相节点电压之间复杂的非线性函数关系，提出一种基于支路功率的量测转换方法，对支路电流幅值的量测方程进行处理，简化雅可比矩阵的计算；步骤4：采用加权最小二乘法并结合支路电流幅值量测转换，对上述所建立的交直流混联微电网系统模型进行状态估计求解，最终得到状态变量：电压幅值和相角、系统频率和DG每相注入功率。2.根据权利要求1所述的基于换流器控制特性的微电网状态估计方法，其特征在于：所述步骤1中模型为：步骤101：在交直流混联微电网中，由于三相不平衡的问题更加突出，采用三相不对称的馈线模型： U · i a - U · j a U · i b - U · j b U · i c - U · j c = Z i j a a Z i j a b Z i j a c Z i j b a Z i j b b Z i j b c Z i j c a Z i j c b Z i j c c I · i j a I · i j b I · i j c - - - ( 1 ) ]]>式中：阻抗矩阵Z中对角线元素为自阻抗，非对角线元素为相应线路之间的互阻抗；分别为三相支路电流；式左侧为支路三相电压差；步骤102：在稳态条件下，将系统频率设置为状态变量，负荷的静态模型需计及系统频率偏差影响，多项式模型如下： P L i = [ P Z ( U i U i * ) 2 + P I ( U i U i * ) + P P ] ( 1 + K p f ( f * - f ) ) - - - ( 2 ) ]]> Q L i = [ Q Z ( U i U i * ) 2 + Q I ( U i U i * ) + Q P ] ( 1 + K q f ( f * - f ) ) - - - ( 3 ) ]]>式中：PLi、QLi代表负荷有功功率和无功功率；f、f*代表系统实际频率值和设置频率值；Kpf、Kqf代表负荷的静态频率特性；Ui、分别代表实际节点电压幅值和设置节点电压幅值；PZ、PI、PP和QZ、QI、QP分别代表恒阻抗、恒电流、恒功率部分的系数；步骤103：大部分DG以及直流微电网都需经过换流器的转换才能并入交流电网，针对换流器两侧，必须满足功率平衡及电压约束条件：Pin,ac＝Pin,dc (4) E a c = 3 2 2 MU d c - - - ( 5 ) ]]>式中：Pin,ac、Pin,dc分别为PWM换流器交流侧三相注入总有功功率和直流侧注入有功功率；Eac为PWM换流器出口线电压幅值；M为幅度调制比，一般为0-1之间的数；Udc为PWM换流器直流侧接口电压值；步骤104：处于Droop控制的DG三相注入总功率计算式如下： P G i = 1 m p i ( f * - f ) - - - ( 6 ) ]]> Q G i = 1 n q i ( U i * - | U · i | ) - - - ( 7 ) ]]>式中PGi、QGi为DG注入功率，f*、Ui*分别为系统频率设定值和DG输出电压设定值；为节点电压相量的绝对值。3.根据权利要求1所述的基于换流器控制特性的微电网状态估计方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：步骤201：在较低的量测冗余度下，WLS估计是配网侧/微网侧最为高效的估计器，根据其定义，可建立目标函数如下：J(x)＝[z-h(x)]TW[z-h(x)] (8)式中：z为量测量，x为状态量，h(x)描述量测量与状态量之间的非线性关系，W为量测权重矩阵；为求解式(8)最小值，先将非线性函数h(x)进行泰勒展开，并忽略二次以上的高阶项，可得如下迭代方程： Δ x ^ ( l ) = [ H T ( x ^ ( l ) ) W H ( x ^ ( l ) ) ] - 1 H T ( x ^ ( l ) ) W [ z - h ( x ^ ( l ) ) ] - - - ( 9 ) ]]> x ^ ( l + 1 ) = x ^ ( l ) + Δ x ^ ( l ) - - - ( 10 ) ]]>式中：l为迭代次数。步骤202：伪量测为三相注入总功率P和Q及该点计及系统频率偏差影响的每相负荷值，则其对应的伪量测方程为： P L i m | a , b . c ( f , | U · i a , b , c | ) = P G i a , b , c - P i a , b , c ( | U · ...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫志农，陈和升，孙国强，陈胜，臧海祥，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32