一种基于虚拟阻抗的微电网功率分配自适应控制方法技术

本发明专利技术公开一种基于虚拟阻抗的微电网功率分配自适应控制方法，该方法在线路阻抗信息未知的情况下，利用给定的有功、无功功率和实测有功、无功功率之间的偏差值以及电压反馈值设计实时变化的虚拟阻抗，对系统的输出阻抗进行重塑，以适应线路阻抗的不断变化，进而实现分布式发电单元功率的合理分配；另外，考虑到输电线路的阻性特征会引起功率耦合，还对有功、无功功率耦合项进行了补偿，进一步提升了分布式发电单元功率分配的合理性和动态特性。分布式发电单元功率分配的合理性和动态特性。分布式发电单元功率分配的合理性和动态特性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟阻抗的微电网功率分配自适应控制方法


[0001]本专利技术属于电力控制
，主要实现对微电网中并联分布式发电单元功率的合理分配，具体是一种基于虚拟阻抗的微电网功率分配自适应控制方法。

技术介绍

[0002]微电网是一种微型电力系统，它能把分布式能源、储能系统和负荷有机地整合起来，实现高比例可再生能源系统的稳定、高效运行。在微电网内，为实现分布式能源的“即插即用”，通常采用基于下垂控制的对等式控制策略。
[0003]在传统电力系统中，由于系统拓扑和发电单元基本不变，线路参数相对固定，一般可以通过下垂系数的合理设置和控制，实现系统内各发电单元功率的合理分配。但是，微电网内通常含有大量的可再生能源和可调度负荷，其接入和退出系统具有强烈的不确定性，这将导致发电单元和系统拓扑随机变化，线路阻抗参数也随之发生变化，使得基于下垂控制的传统功率匹配方法失效。进一步考虑到输电线路阻性特征导致的功率耦合影响，若仍采用传统下垂控制不仅不能实现合理分配功率，严重时还可能会影响系统的稳定运行。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，为了满足微电网内并联分布式发电单元功率的合理分配，本专利技术旨在提出一种基于虚拟阻抗的微电网功率分配自适应控制方法。该方法在线路阻抗信息未知的情况下，利用给定的有功、无功功率和实测有功、无功功率之间的偏差值以及电压反馈值设计实时变化的虚拟阻抗，对系统的输出阻抗进行重塑，以适应线路阻抗的不断变化，进而实现分布式发电单元功率的合理分配；另外，考虑到输电线路的阻性特征会引起功率耦合，还对有功、无功功率耦合项进行了补偿，进一步提升了分布式发电单元功率分配的合理性和动态特性。
[0005]本专利技术的技术方案是：设计一种基于虚拟阻抗的微电网功率分配自适应控制方法，该方法包括如下步骤：
[0006](1)自适应虚拟电阻设计
[0007]线路阻抗变化将导致分布式发电单元输出功率和输出电压变化，由此可测得第i台分布式发电单元的有功输出功率P
i
、输出电压U
i
和母线电压U
p
；
[0008]求得其线路电阻R
i
表达式为：
[0009][0010]同理可获得预期匹配功率输出下的电阻值，经与当前值相减即可获得电阻差值表达式：
[0011][0012]式中，P
ref
为第i台分布式发电单元的有功功率给定值；U
ref
为其额定电压值；
[0013]该差值即为当前线路电阻重塑所需的虚拟电阻值；
[0014]对其作积分可得自适应虚拟电阻的控制表达式为：
[0015][0016]式中，R
i_v
为自适应虚拟电阻；k
R
为电阻积分系数，此系数可控制自适应过程的调整速度，取值小于1；
[0017](2)自适应虚拟电抗设计
[0018]线路阻抗变化后，同样可测得第i台分布式发电单元的无功输出功率Q
i
、输出电压U
i
和母线电压U
p
；
[0019]求得其线路电抗X
i
表达式为：
[0020][0021]同理可获得预期匹配功率输出下的电抗值，经与当前值相减即可获得电抗差值表达式：
[0022][0023]式中，Q
ref
为第i台分布式发电单元的无功功率给定值；
[0024]该差值即为当前线路电抗重塑所需的虚拟电抗值；
[0025]对其作积分可得自适应虚拟电抗的控制表达式为：
[0026][0027]式中，X
i_v
为自适应虚拟电抗；k
X
为电抗积分系数，其作用和取值范围同k
R
；
[0028](3)附加解耦控制
[0029]第i台分布式发电单元在线路阻抗呈阻感特性时的输出功率为：
[0030][0031]式中，δ
i
为第i台分布式发电单元的输出电压和母线电压间的相位差；
[0032]Z
i
∠θ
i
＝R
i
+jX
i
为其线路阻抗；联合求解可以得到：
[0033][0034]由此可知，阻感性输电线路存在功率耦合问题，且耦合程度和线路阻抗比R
i
/X
i
呈线性关系；
[0035]因此，为了消除耦合量的影响，在传统下垂控制里引入
‑
r
i
n(Q
i
‑
Q
ref
)、r
i
m(P
i
‑
P
ref
)两个补偿量，生成新的角速度、电压参考值ω
*
、U
*
如式所示：
[0036][0037]式中，r
i
为第i台分布式发电单元的线路阻感比R
i
/X
i
；ω
ref
为其额定角速度；m和n分别为其有功下垂系数和无功下垂系数。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的虚拟阻抗自适应控制方法可实时感知系统线路阻抗的变化，并对不同发电单元输出阻抗进行重塑，自主实现不同发电单元功率的合理分配。同时引入的附加解耦控制可以有效降低阻感性输电线路的功率耦合程度，进一步提升不同发电单元的功率分配合理性和运行稳定性。
附图说明
[0039]图1为本专利技术一种基于虚拟阻抗的微电网功率分配自适应控制方法一种实施例的原理示意图。
[0040]图2为本专利技术一种基于虚拟阻抗的微电网功率分配自适应控制方法一种实施例的自适应虚拟电阻与自适应虚拟电抗的控制原理示意图。
[0041]图3为本专利技术一种基于虚拟阻抗的微电网功率分配自适应控制方法一种实施例的附加解耦控制原理示意图。
具体实施例
[0042]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0043]如图1所示(图中，电阻跟电抗合称为阻抗)，该技术方案利用预期给定的有、无功功率P
ref
、Q
ref
以及实测有、无功功率P
i
、Q
i
之间的偏差值作积分，并结合电压反馈构造实时变化的虚拟阻抗，经与实测电流i
d
、i
q
相乘获得虚拟补偿调制波电压u
d_v
、u
q_v
；同时，该技术方案还考虑了输电线路阻性特征引发的功率调整过程的耦合问题，在基本的有功、无功功能环中增加了解耦控制，其经解耦控制后的输出u
d
、u
q
可作为基础调制波电压。最后，将基础调制波电压和补偿调制波电压累加，即可得到所需调制波参考电压u
d_ref
、u
q_ref本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟阻抗的微电网功率分配自适应控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)自适应虚拟电阻设计线路阻抗变化将导致分布式发电单元输出功率和输出电压变化，由此可测得第i台分布式发电单元的有功输出功率P
i
、输出电压U
i
和母线电压U
p
；求得其线路电阻R
i
表达式为：同理可获得预期匹配功率输出下的电阻值，经与当前值相减即可获得电阻差值表达式：式中，P
ref
为第i台分布式发电单元的有功功率给定值；U
ref
为其额定电压值；该差值即为当前线路电阻重塑所需的虚拟电阻值；对其作积分可得自适应虚拟电阻的控制表达式为：式中，R
i_v
为自适应虚拟电阻；k
R
为电阻积分系数，此系数可控制自适应过程的调整速度，取值小于1；(2)自适应虚拟电抗设计线路阻抗变化后，同样可测得第i台分布式发电单元的无功输出功率Q
i
、输出电压U
i
和母线电压U
p
；求得其线路电抗X
i
表达式为：同理可获得预期匹配功率输出下的电抗值，经与当前值相减即可获得电抗差值表达式：式中，Q
ref
为第i台分布式发电单元的无功功率给定值；该差值即为当前线路电抗重塑所需的虚拟电抗值；对其作积分可得自适应虚拟电抗的控制表达式为：
式中，X
i_v
为自适应虚拟电抗；k
X<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志军，郑杭，张家安，杨梦伟，雷惠麟，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：