一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法，解决了频率稳定与电压稳定交互影响的问题，其步骤如下：步骤1，根据最大允许电压、额定工作电压及最大限流点制定可调电源的静态下垂曲线；步骤2，基于一阶动态特性建立电流输出响应控制器；步骤3，以提高系统阻尼比及功率合理分配为目标，建立典型场景下垂系数优化查询库，进行下垂系数动态优化；步骤4，确定当前运行场景的可调电源输出；步骤5，建立有功功率与无功功率联合优化模型，并采用牛顿法进行多目标求解；步骤6，确定最优的功率及电压电流输出。本发明专利技术实现了微电网的同步定频、微电网的电压稳定与优化控制、就地的电压控制与功率分配和微网的高效优化运行。

A coordinated control method for isolated island running microgrid based on GPS synchronous fixed frequency

The invention discloses a coordination control method of synchronous frequency based on GPS islanded micro grid, solve the frequency stability and voltage stability in the interaction, which comprises the following steps: Step 1, according to the maximum allowable voltage, rated voltage and maximum limiting point set static sag curve adjustable power supply; step 2. The first-order dynamic characteristics of the establishment of current controller based on output response; step 3, to improve the system damping ratio and power allocation as the goal, the establishment of a typical scene droop coefficient optimization query Library of droop coefficient dynamic optimization; step 4, determine the current operation scene adjustable power output; step 5, the joint optimization model is established with no active power the reactive power, and using Newton's method for solving multi-objective; step 6, determine the optimal output power and voltage current. The invention realizes synchronization and constant frequency of microgrid, voltage stability and optimization control of microgrid, local voltage control and power allocation, and efficient and optimized operation of microgrid.

【技术实现步骤摘要】
一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法
本专利技术涉及一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法，属于电力系统控制领域。
技术介绍
微电网是分布式可再生能源高效利用的有效方式，微电网与大电网相结合是未来电力系统的发展方向。在大电网故障时微电网以孤岛方式运行，可以保证用户的可靠供电。微网孤岛运行时由于脱离了大电网，因此如何对频率与电压进行有效的控制保证微网稳定运行成为亟待解决的关键技术问题。目前微网的控制大多采用与大电网相同的策略，如采用主从控制或者对等控制对频率与电压分别进行控制，采用主从控制的独立运行微网中，由主控电源为系统提供电压和频率支撑，控制方法比较简单，但要求主控电源的容量足够大，能够支撑起微网的频率与电压；一旦主控电源因故障等原因退出运行，整个微网将失去频率与电压支撑，无法维持正常运行。对等控制能够实现分布式电源的即插即用，成为目前研究的热点，其基本原理是根据接入点的就地电压与系统频率信息，模拟大电网的有功功率/频率(P/f)和无功功率/电压(Q/U)的下垂特性控制逆变器的输出功率，将系统频率与电压维持一个合适的范围内。但该方法存在着大电网固有的频率稳定与电压稳定相互影响的问题，目前微电网的控制主要模拟大电网的控制策略，即对频率与电压分别进行控制，由于缺乏统一的时间参考无法获取电气量的相位信息，如需对相位进行控制则需通过频率进行调节，因此导致存在着频率稳定与电压稳定交互影响的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法，其能够解决频率稳定与电压稳定的交互影响的问题。本专利技术解决其技术问题采取的技术方案是：一方面，本专利技术实施例提供的一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法，它包括以下步骤：步骤1，根据最大允许电压、额定工作电压及最大限流点制定可调电源的静态下垂曲线；步骤2，基于一阶动态特性建立电流输出响应控制器；步骤3，以提高系统阻尼比及功率合理分配为目标，建立典型场景下垂系数优化查询库，进行下垂系数动态优化；步骤4，确定当前运行场景的可调电源输出；步骤5，建立有功功率与无功功率联合优化模型，并采用牛顿法进行多目标求解；步骤6，确定最优的功率及电压电流输出。作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤1中，下垂系数的制定过程具体包括以下步骤：a)静态特性设计：下垂曲线根据正常运行时的静态特性制定，采用三点式分段方式，即空载电势点(对应与横轴的交点)，额定工作点(对应额定电压与额定电流)以及最大限流点(对应最低允许电压以及最大输出电流)；b)动态特性设计：针对分布式电源以及负荷的波动性问题，考虑可调电压功率分摊和系统的小扰动稳定性，建立多场景目标函数：式中,n＝1......p表示微网有p个运行场景，Pi表示第i个可调电源的有功功率标幺值，1-Pi即表示与额定功率的差值，G表示可调节电源个数，ξ*为给定的系统阻尼比，ξKi为小于ξ*的特征值阻尼比，下标Ki表示该阻尼比受下垂系数的影响；α、β为权重系数；c)跟踪特性设计：下垂曲线输出电流控制指令后，为防止电流指令的突变带来的振荡，采用一阶惯性环节进行控制，一方面通过T的选取增加系统惯性，另一方面实现电流输出指令的无超调动态响应；d)大扰动动态特性设计：当微网故障或大负荷投切等引起系统发生大扰动时，在逆变器输出限流时，下垂控制的调压特性应固定在电压下限。作为本实施例一种可能的实现方式，所述电流输出响应控制器采用外闭环和内闭环相结合的双闭环控制策略，外闭环控制策略采用电流-电压下垂控制特性，进行电压稳定控制以及可调分布式电源之间的功率分配，即I＝Imax-KU(标幺值下)，U为逆变器并网点的电压，U0为逆变器并网点最大允许电压，K为下垂系数，Imax为逆变器输出电流幅值指令；内闭环控制策略采用电流控制，电流幅值参考信号由外环给出，电流相位参考信号由GPS同步发生装置给出，实现电流全局同步。作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤3的具体过程为：通过建立典型场景下垂系数的优化结果数据集，结合当前运行场景进行查询进行优化下垂系数，使可调电源在线快速自适应下垂控制，保证系统稳定性。作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤5的具体过程包括以下步骤：A)建立计及机组发电费用最小、网损最小、电压偏差最小和无功补偿容量最小的多目标有功功率与无功功率联合优化模型；minF＝min[f1,f2,f3,f4]F为目标函数，表示微网系统运行的费用、网络损耗、电压偏差和无功补偿容量；f1、f2、f3和f4分别表示发电费用、网络损耗、电压偏差和无功补偿容量；PGi为第i台分布式电源有功出力；ai、bi和ci分别为费用系数；Gk(i,j)为第k条支路上节点i、j之间的电导；Bij、θij分别为节点i、j之间的电纳和电压表相角差；VNi为第i个节点的额定电压，Vi为第i个节点的运行电压；QSCi表示静态无功补偿容量，QDCi示动态无功补偿容量；Pi、Qi分别为节点i的注入有功、无功功率；NG、Nk、N、NC分别为分布式电源数、系统支路数、系统节点数，无功补偿节点数；和Vi,min、Vi,max为分布式电源出力最大、最小限和节点电压上、下限；B)采用牛顿法进行多目标优化模型求解，得到最优的微网运行优化方案。另一方面，本专利技术实施例提供的另一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法，它包括以下过程：装置级的就地控制过程，用于进行就地装置的即插即用；系统级的协调控制过程，用于进行孤岛运行微电网全局优化。作为本实施例一种可能的实现方式，所述装置级的就地控制过程包括以下步骤：步骤1，根据最大允许电压、额定工作电压及最大限流点制定可调电源的静态下垂曲线；步骤2，基于一阶动态特性建立电流输出响应控制器；步骤3，以提高系统阻尼比及功率合理分配为目标，建立典型场景下垂系数优化查询库，进行下垂系数动态优化；作为本实施例一种可能的实现方式，所述系统级的协调控制过程包括以下步骤：步骤4，确定当前运行场景的可调电源输出；步骤5，建立有功功率与无功功率联合优化模型，并采用牛顿法进行多目标求解；步骤6，确定最优的功率及电压电流输出。本专利技术实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：本专利技术的实施例技术方案提供了一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法，它主要包括用于实现就地装置的即插即用的装置级就地控制过程和用于实现孤岛运行微电网全局优化的系统级协调控制过程两个过程，利用电力电子逆变装置频率与相位独立受控的特点，将逆变器输出频率固定为50赫兹，不再对频率进行控制，利用卫星授时信号(GPS)提供统一电流相位信号，实现了微电网的同步定频，解决了频率稳定与电压稳定的交互影响问题。采用分层协调控制策略实现微电网的电压稳定与优化控制，对可调节电源(如蓄电池)采用电流-电压下垂控制特性实现就地的电压控制与功率分配，系统级控制(EMS)对所有分布式电源进行协调控制，实现了微网的高效优化运行。与现有技术相比较，本专利技术的实施例技术方案具有以下特点：(1)采用双闭环控制，外环利用电流-电压下垂控制特性输出电流指令，进一步利用一阶惯性环节实现电流指令的无超调动态响应，内环基于GPS形成的相位信号实现电流快速跟踪。(2)外环下垂控制静本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1，根据最大允许电压、额定工作电压及最大限流点制定可调电源的静态下垂曲线；步骤2，基于一阶动态特性建立电流输出响应控制器；步骤3，以提高系统阻尼比及功率合理分配为目标，建立典型场景下垂系数优化查询库，进行下垂系数动态优化；步骤4，确定当前运行场景的可调电源输出；步骤5，建立有功功率与无功功率联合优化模型，并采用牛顿法进行多目标求解；步骤6，确定最优的功率及电压电流输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1，根据最大允许电压、额定工作电压及最大限流点制定可调电源的静态下垂曲线；步骤2，基于一阶动态特性建立电流输出响应控制器；步骤3，以提高系统阻尼比及功率合理分配为目标，建立典型场景下垂系数优化查询库，进行下垂系数动态优化；步骤4，确定当前运行场景的可调电源输出；步骤5，建立有功功率与无功功率联合优化模型，并采用牛顿法进行多目标求解；步骤6，确定最优的功率及电压电流输出。2.如权利要求1所述的一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法，其特征是，在步骤1中，下垂系数的制定过程具体包括以下步骤：a)静态特性设计：下垂曲线根据正常运行时的静态特性制定，采用三点式分段方式，即空载电势点、额定工作点以及最大限流点；b)动态特性设计：针对分布式电源以及负荷的波动性问题，考虑可调电压功率分摊和系统的小扰动稳定性，建立多场景目标函数：式中,n＝1......p表示微网有p个运行场景，Pi表示第i个可调电源的有功功率标幺值，1-Pi即表示与额定功率的差值，G表示可调节电源个数，ξ*为给定的系统阻尼比，ξKi为小于ξ*的特征值阻尼比，下标Ki表示该阻尼比受下垂系数的影响；α、β为权重系数；c)跟踪特性设计：下垂曲线输出电流控制指令后，为防止电流指令的突变带来的振荡，采用一阶惯性环节进行控制，一方面通过T的选取增加系统惯性，另一方面实现电流输出指令的无超调动态响应；d)大扰动动态特性设计：当微网故障或大负荷投切等引起系统发生大扰动时，在逆变器输出限流时，下垂控制的调压特性应固定在电压下限。3.如权利要求1所述的一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法，其特征是，所述电流输出响应控制器采用外闭环和内闭环相结合的双闭环控制策略，外闭环控制策略采用电流-电压下垂控制特性，进行电压稳定控制以及可调分布式电源之间的功率分配，即I＝Imax-KU，U为逆变器并网点的电压，U0为逆变器并网点最大允许电压，K为下垂系数，Imax为逆变器输出电流幅值指令；内闭环控制策略采用电流控制，电流幅值参考信号由外环给出，电流相位参考信号由GPS同步发生装置给出，实现电流全局同步。4.如权利要求1所述的一种基于GPS同步定频的孤岛运行微电网协调控制方法，其特征是，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭克，徐丙垠，赵艳雷，陈羽，赵学深，张聪，赵曰浩，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37