一種基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同步控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同步控制方法，其特征在于：利用分布式控制技術，通過局部信息交互主動調節(jié)微電網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓，實現(xiàn)微電網(wǎng)從孤島運行模式到并網(wǎng)運行模式的平滑過渡。同步控制器中產生的同步校正信號僅傳遞給領導微源，領導微源再與鄰近微源交互信息。同時，其他微源也與其鄰近微源相互交換信息。最終，所有微源均達到一致性行為即電壓和頻率一致、無功功率按比例分配，微電網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓將與大電網(wǎng)同步，實現(xiàn)無縫并網(wǎng)。與傳統(tǒng)的同步方法比較，本發(fā)明基于本地稀疏通信，不需要復雜通信網(wǎng)絡，減小了成本、提高了系統(tǒng)可靠性、靈活性和冗余度。并且，即使分布式通信網(wǎng)絡發(fā)生故障，底層下垂控制仍可保證系統(tǒng)正常運行。
【專利說明】
一種基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同步控制方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及分布式發(fā)電、微電網(wǎng)技術領域，具體涉及一種基于分布式控制的微電 網(wǎng)主動同步控制方法。
【背景技術】
[0002] 微電網(wǎng)作為分布式電源的有效載體，包含各種形式的微源、儲能裝置、能量轉換裝 置、保護裝置以及負載監(jiān)測等設備，是能夠實現(xiàn)自我控制、保護和管理的小型發(fā)電系統(tǒng)，具 有孤島和并網(wǎng)兩種運行模式。微電網(wǎng)的提出為提高電力系統(tǒng)供電的可靠性、有效利用可再 生能源，和減小環(huán)境污染及電能損耗等提供了新的有效途徑。
[0003] 大電網(wǎng)指總容量大、供電覆蓋面積大、向電網(wǎng)饋電的電廠數(shù)量多且形式多樣、電網(wǎng) 自身最高電壓等級高且所含的電壓等級多、交直流同在、用戶多且需求復雜多樣等復雜程 度高的大型電力系統(tǒng)。
[0004] 正常情況下，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，當大電網(wǎng)發(fā)生故障或電能質量不滿足負 荷要求時，微電網(wǎng)需快速、主動地與大電網(wǎng)斷開，過渡到孤島運行狀態(tài)，以保證微網(wǎng)內重要 負荷的持續(xù)可靠供電。孤島運行模式切換到并網(wǎng)模式過程中可能會出現(xiàn)較大的電壓、電流 沖擊現(xiàn)象，這些現(xiàn)象會對電網(wǎng)、負載和逆變器產生不利影響，造成重要負荷的供電中斷。因 此孤島與并網(wǎng)運行模式間的無縫切換是實現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)運行多樣化、滿足用戶多樣化電力 服務、重要負荷的不間斷供電的必要保證。而要實現(xiàn)微網(wǎng)從孤島到并網(wǎng)運行模式的平滑過 渡，減小并網(wǎng)沖擊，主動同步控制方法至關重要。
[0005] 傳統(tǒng)的準同期并網(wǎng)控制方法只能解決單個微源并網(wǎng)問題，對于含高滲透率的分布 式微源組成的網(wǎng)絡型微電網(wǎng)傳統(tǒng)的方法已不再適用。目前大多數(shù)的微電網(wǎng)并網(wǎng)同步方法， 在可查文獻中其思路基本為兩種:一種是首先檢測外部電網(wǎng)電壓和微電網(wǎng)電壓的差值，然 后通過低速通信以頻率和電壓調節(jié)的方式控制微電網(wǎng)內部具備調頻和調壓能力的微電網(wǎng) 逆變器調節(jié)微電網(wǎng)電壓，逐步實現(xiàn)與大電網(wǎng)同步，這種同步方法與傳統(tǒng)的準同期并網(wǎng)控制 方法都是只考慮了單微源并網(wǎng)問題;另一種是利用集中通信廣播信息給各微源解決含多微 源的微電網(wǎng)并網(wǎng)問題。但是，集中控制的通信線路長、成本高、可靠性低，而且集中控制的方 法應用于含高滲透率分布式微源的網(wǎng)絡型微電網(wǎng)是不切實際的。因此含高滲透率分布式微 源的微電網(wǎng)的并網(wǎng)同步控制面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同 步控制方法，實現(xiàn)微電網(wǎng)孤島到并網(wǎng)運行模式的平滑切換。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：
[0008] -種基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同步控制方法，所述微電網(wǎng)包括若干分布式微 源DG、n條母線、傳輸線路、負載、并網(wǎng)開關、同步控制器、通信網(wǎng)絡，所述若干分布式微源之 間并聯(lián)連接、所述若干分布式微源通過各自的饋線連接到所述母線上，所述若干分布式微 源分為領導微源1012即"領導者"和跟隨微源1011即"跟蹤者"，所述同步控制器1020用來產 生同步控制信號，所述通信網(wǎng)絡為分布式通信網(wǎng)絡，同步控制器1020產生的同步控制信號 僅傳送給領導微源1012,領導微源1012與位于鄰居位置的鄰近微源共享信息，跟隨微源 1011也與位于鄰居位置的鄰近微源交互信息，最終所有微源均達到一致性行為即電壓和頻 率一致、無功功率按比例分配，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)公共連接點PCC點電壓與大電網(wǎng)同步，具體 步驟包括：
[0009] (1)當大電網(wǎng)發(fā)生故障或電能質量不滿足負荷要求時，微電網(wǎng)快速、主動地與大電 網(wǎng)斷開，處于孤島運行模式，此時微源逆變器采用下垂控制；
[0010] (2)當大電網(wǎng)電壓恢復正常后，同步控制器啟動預同步算法，進行主動同步控制；
[0011] (3)綜合每個微源的發(fā)電能力、下垂系數(shù)和微源與PCC點之間的距離，選取領導微 源；
[0012] (4)根據(jù)領導微源接收的信息，同步控制器采用分布式控制方法調節(jié)各微源輸出 電壓、頻率，從而調節(jié)PCC點電壓與大電網(wǎng)同步；
[0013] (5)當PCC點電壓滿足微電網(wǎng)并網(wǎng)標準時，同步控制器發(fā)出命令，使并網(wǎng)開關1030 自動閉合，則微電網(wǎng)由孤島運行模式切換至并網(wǎng)運行模式。
[0014] 領導微源與鄰近微源共享信息，其他微源也與鄰近微源交互信息中的鄰近微源指 的是分布式控制方法中位于鄰居位置的微源。例如，圖11中對于微源1:微源2和微源4為微 源1的鄰近微源，微源3不是微源1的鄰近微源，與微源1無通信線路以致無法與微源1進行信 息交互;對于微源4:微源1、微源2、微源3都是微源1的鄰近微源，都可與微源1進行信息交 互。
[0015] 步驟（1)中，在微電網(wǎng)處于孤島運行模式時，微源逆變器采用下垂控制方法，主要 的控制目標是維持微網(wǎng)內電壓、頻率穩(wěn)定和按比例分配負載功率，電壓、頻率下垂控制方程 為：
[0016] ω i = ω *-miPi
[0017] Vi = V*-ruQi
[0018] 其中，co'f分別為微源在空載下輸出電壓的角頻率和電壓幅值，cOnVi*別為第 i個微源實際輸出電壓的角頻率和電壓幅值參考值，PhQi*別為第i個微源輸出的有功和無 功功率，mi、 m分別為第i個微源頻率下垂(Ρ-ω)和電壓下垂(Q-V)的下垂系數(shù)。
[0019] 步驟(2)中的預同步控制算法包含在同步控制器1020中，考慮到電壓矢量叉積能 同時反映頻率和相角偏差，首先將大電網(wǎng)電壓和PCC點電壓瞬時值進行交叉計算，計算電壓 幅值誤差，然后通過同一 ΡΙ控制器同時調節(jié)PCC點電壓、頻率和相角；
[0020] 電壓矢量叉積如下：
[0021 ] ΘΘ - _Vga V V gJ3V ccl
[0022]電壓幅值誤差表達如下：
[0024] 其中Vga、Vc；a分別為大電網(wǎng)電壓和PCC點電壓a軸分量，Vg^Vc^分別為大電網(wǎng)電壓和 PCC點電壓β軸分量；
[0025] ee、eu分別采用ΡΙ控制產生同步校正信號&略"和AF:,其表達式為：
[0028] 其中kps、kls分別為PI控制器比例系數(shù)和積分系數(shù)，kpvs、k lvs分別為PI控制器比例 系數(shù)和積分系數(shù)。
[0029] 步驟(3)中，綜合每個微源的發(fā)電能力、下垂系數(shù)和微源與PCC點之間的距離，選取 領導微源原則為:選取發(fā)電能力大、下垂系數(shù)小、與PCC點距離近的微源為領導微源，發(fā)電能 力大則下垂系數(shù)小，所以只需綜合計算發(fā)電能力和與PCC點的距離，例如計算每個微源發(fā)電 能力數(shù)值和與PCC點的距離數(shù)值的比值，選取比值大的微源為領導微源。
[0030] 步驟(4)中，分布式協(xié)同控制問題一般分為兩類:無領導的趨同控制即一致性問題 以及帶有領導者的分布式跟蹤問題，本發(fā)明采用帶有領導者的分布式跟蹤控制方法，根據(jù) 先前設定的一致性協(xié)議，所有的"跟蹤者"即跟隨微源的狀態(tài)漸近跟蹤"領導者"即領導微源 的狀態(tài)，調節(jié)各自輸出頻率、電壓幅值，從而減小并網(wǎng)開關兩端電壓的相角差和電壓幅值 差，直至PCC點電壓與大電網(wǎng)電壓同步；
[0031] 本發(fā)明采用分布式協(xié)同控制方法解決微電網(wǎng)孤島后重新并網(wǎng)問題，該方法利用稀 疏通信、只有領導微源獲得同步控制器中產生的同步校正信號、每個微源只需獲取鄰近微 源信息，因此，通信線路短、節(jié)約投資和運行成本，系統(tǒng)可靠性高；
[0032]針對跟隨微源DG-i，采用分布式協(xié)同控制進行頻率調節(jié)，其一致性協(xié)議如下：
[0033] ω i= ω *-miPi+Δ ω i
[0035] 其中，Δ ωι為第i個微源的控制變量，1^為正增益系數(shù)，&1謙示微源i和微源j之間 連接權重，a^>0表示微源i接收到微源j的信息；
[0036] 針對領導微源DG-k，同步校正信號Δ<",加到Δ cok，其控制方程為：
[0037] ω k = ω *-mkPk+ Δ ω k
[0039] 其中，b為正常數(shù)；
[0040] 穩(wěn)態(tài)時所有Δ ω的導數(shù)均為〇,所有微源的Δ ω均相等，即保證所有微源具有同樣 的頻率偏移；
[0041 ]主動同步控制方法中采用分布式協(xié)同控制調整電壓幅值，其控制方程為：
[0044]其中，ΔΙ為控制變量，&為同步校正信號的增益值，blj表示微源i和微源j之 間無功功率調節(jié)權重，bij>0表示微源i從微源j接收無功功率信息;kgj、k(ji分別為微源j和 微源i無功功率均分控制系數(shù)，k v為正增益系數(shù)；
[0045] 對于領導微源DG-k:&>0、bkj = 0,對于跟隨微源DG-i :0i = O、bij = l，領導微源負 責調節(jié)PCC點電壓，而其他微源控制無功功率均分間接調節(jié)輸出電壓，采用分布式控制，不 僅達到無功功率按比例分配而且保證PCC點電壓幅值與大電網(wǎng)電壓同步；
[0046] 同步控制器檢測大電網(wǎng)電壓和PCC點電壓即并網(wǎng)開關兩端電壓，通過同步算法產 生同步校正信號，這些信號僅傳送給領導微源，通過建立的一致性協(xié)議，從而 在微源之間形成領導-跟隨關系，最終使得1 = %;孤島模式下，所有微源均采用下垂控制作 為一次控制來提高系統(tǒng)的魯棒性，此時維持分布式結構，所提出的分布式協(xié)同控制可以進 行電壓頻率恢復和保證無功功率的精確均分。
[0047] 步驟(5)中，當PCC點電壓滿足微電網(wǎng)并網(wǎng)標準時，同步控制器發(fā)出命令，使并網(wǎng)開 關自動閉合，微電網(wǎng)由孤島運行模式切換至并網(wǎng)運行模式，由于逆變器型微源響應速度快、 低慣性、過載能力差，為了避免大的電流沖擊，達到平滑并網(wǎng)，微電網(wǎng)需要更加嚴格的并網(wǎng) 標準，本發(fā)明并網(wǎng)標準包括：PCC點電壓滿足|f g-fc|彡0.05HZ，|Vg-Vc|彡3%Vn， -0e(J <1°三個公式且持續(xù)200ms之后，同步控制器發(fā)出命令，并網(wǎng)開關閉合，其中，fg表 示大電網(wǎng)頻率，f。表示PCC點頻率，Vg表示大電網(wǎng)電壓幅值，V。表示PCC點電壓幅值，Vn表示標 準電壓，臀go表示大電網(wǎng)相角，供《〇表示PCC點相角。
[0048]本發(fā)明的有益效果為：
[0049] 本發(fā)明為含高滲透分布式微源的網(wǎng)絡型微電網(wǎng)并網(wǎng)同步提供了一種新的方法。與 現(xiàn)有技術相比，該方法優(yōu)點為：
[0050] 1、保證微電網(wǎng)從孤島運行模式到并網(wǎng)運行模式的平滑切換。
[0051 ] 2、領導微源在決定PCC點的特性中有較高的加權值，PCC點電壓由領導微源主導， 因此，預同步時間不受微電網(wǎng)拓撲結構的限制。
[0052] 3、孤島模式下，分布式協(xié)同控制可以用來恢復頻率、電壓和維持功率均分。
[0053] 4、所提出的方法可以拓展到并網(wǎng)運行模式，形成并離網(wǎng)統(tǒng)一控制策略，解決微電 網(wǎng)不同模式之間的切換問題。
[0054] 5、采用分布式控制，避免采用中央控制器，基于本地通信，通信線路短、成本低，提 高系統(tǒng)可靠性、可擴展性、靈活性，具有點對點功能，即使分布式網(wǎng)絡故障，系統(tǒng)仍能魯棒的 運行。
【附圖說明】
[0055] 圖1為本發(fā)明采用分布式通信的微電網(wǎng)拓撲結構示意圖；
[0056] 圖2為本發(fā)明逆變器型微源控制框圖；
[0057]圖3為本發(fā)明同步校正信號生成示意圖；
[0058]圖4(a)為本發(fā)明分布式控制啟動前后Ρ-ω下垂控制的下垂輸出特性；
[0059] 圖4(b)為本發(fā)明分布式控制啟動前后Q-V下垂控制的下垂輸出特性；
[0060] 圖5為本發(fā)明基于分布式控制的主動同步方法整體控制框圖；
[00611圖6為本發(fā)明微源容量為0_500kVA的微電網(wǎng)并網(wǎng)標準；
[0062] 圖7為本發(fā)明微電網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型；
[0063] 圖8為本發(fā)明所提出的基于分布式控制的主動同步方法仿真波形圖；
[0064] 圖9為本發(fā)明通信線路故障時系統(tǒng)仿真波形；
[0065] 圖10為本發(fā)明的基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同步控制方法實施例的流程圖； [0066]圖11為微源之間信息交互示意圖。
【具體實施方式】
[0067] 下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明，但不限于此。
[0068] 圖1為本發(fā)明采用分布式通信的微電網(wǎng)拓撲結構示意圖，包括若干分布式微源DG、 η條母線、傳輸線路、負載、并網(wǎng)開關1030、同步控制器1020、通信網(wǎng)絡，所述若干分布式微源 之間并聯(lián)連接，通過各自的饋線連接到所述母線上，所述若干分布式微源分為領導微源 1012和跟隨微源1011，所述同步控制器1020用來產生同步控制信號，所述通信網(wǎng)絡為分布 式通信網(wǎng)絡，同步控制器1020產生的同步控制信號僅傳送給領導微源1012,領導微源1012 與自身的鄰近微源共享信息，其他微源也與鄰近微源交互信息，最終所有微源均達到一致 性行為即電壓和頻率一致、無功功率按比例分配，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)公共連接點PCC點電壓與 大電網(wǎng)同步。
[0069] 本發(fā)明的控制方法具體包括如下步驟：
[0070] (1)當大電網(wǎng)發(fā)生故障或電能質量不滿足負荷要求時，微電網(wǎng)快速、主動地與大電 網(wǎng)斷開，處于孤島運行模式，此時微源逆變器采用下垂控制。
[0071 ]孤島運行模式時，微源逆變器采用下垂控制方法，主要的控制目標是維持微網(wǎng)內 電壓、頻率穩(wěn)定和按比例分配負載功率，電壓、頻率下垂控制方程為：
[0072] ω i = ω *-miPi
[0073] Vi = V*-ruQi
[0074] 其中，co'f分別為微源在空載下輸出電壓的角頻率和電壓幅值，cOnVi*別為第 i個微源實際輸出電壓的角頻率和電壓幅值參考值，PhQi*別為第i個微源輸出的有功和無 功功率，mi、 m分別為第i個微源頻率下垂(Ρ-ω)和電壓下垂(Q-V)的下垂系數(shù)。其詳細控制 框圖如圖2所示，包括功率控制環(huán)201、電壓控制環(huán)202、電流控制環(huán)203和虛擬阻抗環(huán)204,當 線路為阻感型時，啟動虛擬阻抗環(huán)204,解耦有功和無功功率。
[0075] (2)當大電網(wǎng)電壓恢復正常后，同步控制器1020啟動預同步算法，進行主動同步控 制。
[0076] 電網(wǎng)同步控制目標是為了消除PCC點電壓和大電網(wǎng)電壓的誤差，也就是并網(wǎng)開關 兩側電壓的頻率、相角和幅值必須滿足并網(wǎng)標準。本發(fā)明的預同步控制算法包含在所述同 步控制器中，考慮到電壓矢量叉積能同時反映頻率和相角偏差，因此將大電網(wǎng)電壓和PCC點 電壓瞬時值進行交叉計算，計算電壓幅值誤差，然后通過同一 ΡΙ控制器同時調節(jié)PCC點電壓 頻率和相角，電壓矢量叉積如下：
[0077] ΘΘ - _Vga V V gJ3V ccl
[0078] 電壓幅值誤差表達如下：
[0080] 其中Vga、Vc；a分別為大電網(wǎng)電壓和PCC點電壓a軸分量，Vg^Vc^分別為大電網(wǎng)電壓和 PCC點電壓β軸分量。
[0081] ee、eu分別采用PI控制產生同步校正信號和碼;,如圖3所示，其表達式為：
[0084]其中kps、kls分別為PI控制器比例系數(shù)和積分系數(shù)，kpvs、k lvs分別為PI控制器比例 系數(shù)和積分系數(shù)。
[0085] (3)綜合每個微源的發(fā)電能力、下垂系數(shù)和微源與PCC之間的距離，選取領導微源， 選取領導微源原則為:選取發(fā)電能力大、下垂系數(shù)小、與PCC點距離近的微源為領導微源。
[0086] 發(fā)電能力大則下垂系數(shù)小，所以只需綜合計算發(fā)電能力和與PCC點的距離。例如計 算每個微源發(fā)電能力數(shù)值和與PCC點的距離數(shù)值的比值，選取比值大的微源為領導微源。
[0087] (4)采用分布式控制方法調節(jié)各微源輸出電壓、頻率，從而調節(jié)PCC點電壓與大電 網(wǎng)同步。
[0088] 分布式協(xié)同控制問題一般分為兩類:無領導的趨同控制即一致性問題以及帶有領 導者的分布式跟蹤問題。孤島微電網(wǎng)中，所有微源均有相同的穩(wěn)態(tài)值，屬于趨同控制問題； 預同步控制過程中，領導微源跟隨大電網(wǎng)，其他微源跟隨領導微源，屬于分布式跟蹤問題。 微電網(wǎng)通信拓撲一般采用圖來描述，一個微源視為一個節(jié)點。用圖G(v，e，A)來表示節(jié)點之 間的信息交換關系，G(v， e，A)由非空有限的節(jié)點集合v={l，2，，n}、邊集ε v v以及鄰接矩 陣A = [aij ] R R表示。本發(fā)明定義節(jié)點（i，j) ν表示節(jié)點i從節(jié)點j接收信息，對于任意（i，j) v，aij 0,且如果(i，j)v，貝丨J有(j，i)v，此時aij = ajio
[0089] 本發(fā)明采用帶有領導者的分布式跟蹤控制方法，根據(jù)先前設定的一致性協(xié)議，所 有的"跟蹤者"即跟隨微源的狀態(tài)漸近跟蹤"領導者"即領導微源的狀態(tài)，調節(jié)各自輸出頻 率、電壓幅值，從而減小并網(wǎng)開關兩端電壓的相角差和電壓幅值差，直至PCC點電壓與大電 網(wǎng)電壓同步。
[0090] 本發(fā)明采用分布式協(xié)同控制方法解決微電網(wǎng)孤島后重新并網(wǎng)問題，避免采用中央 控制器，該方法利用稀疏通信、只有領導微源獲得同步控制器中產生的同步校正信號、每個 微源只需獲取鄰近微源信息，因此，通信線路短、節(jié)約投資和運行成本，系統(tǒng)可靠性高。
[0091 ]針對跟隨微源DG-i，采用分布式協(xié)同控制進行頻率調節(jié)，其一致性協(xié)議如下：
[0092] ω i= ω *-miPi+Δ ω i
[0094] 其中，Δ ωι為第i個微源的控制變量，kw為正增益系數(shù)，&1謙示微源i和微源j之間 連接權重，a^>0表示微源i接收到微源j的信息。
[0095] 針對領導微源DG-k，將同步校正信號加到Δ ω k，其控制方程為：
[0098] 其中，b為正常數(shù)。
[0099]穩(wěn)態(tài)時所有Δ ω的導數(shù)均為〇,所有微源的Δ ω均相等，即保證所有微源具有同樣 的頻率偏移。圖4(a)為分布式控制啟動前后Ρ-ω下垂控制的下垂輸出特性，分布式控制將 所有微源曲線抬升相同的值直到微電網(wǎng)輸出電壓角頻率與大電網(wǎng)一致。
[0100]主動同步控制方法中采用分布式協(xié)同控制調整電壓幅值，其控制方程為：
[0103] 其中，ΔΚ為控制變量，私為同步校正信號的增益值，表示微源i和微源j之 間無功功率調節(jié)權重，bij>0表示微源i從微源j接收無功功率信息;kgj、k(ji分別為微源j和 微源i無功功率均分控制系數(shù)，k v為正增益系數(shù)，對于領導微源DG-k:&>0、bkj = 0,對于跟 隨微源DG-i = = 領導微源負責調節(jié)PCC點電壓，而跟隨微源控制無功功率均分間 接調節(jié)輸出電壓。采用分布式控制，不僅達到無功功率按比例分配而且保證PCC點電壓幅值 與大電網(wǎng)電壓同步。圖4(b)描述了采用Q-V下垂控制的兩個并聯(lián)微源的無功功率分配情況， 線路由圖4(b)可知，僅采用傳統(tǒng)下垂控制無法保證無功功率均分，啟動分布 式控制后不僅可以進行電壓恢復，使得微電網(wǎng)并網(wǎng)母線電壓與大電網(wǎng)同步，同時保證無功 功率按比例分配。
[0104] 圖5為本發(fā)明基于分布式控制的主動同步方法整體控制框圖，同步控制器檢測大 電網(wǎng)電壓vjPPCC點電壓V。即并網(wǎng)開關兩端電壓，通過同步算法產生同步校正信號 Δ<"，這些信號僅傳送給領導微源，通過建立的一致性協(xié)議，微源之間形成領導-跟隨關 系，通過改變自身輸出電壓來調節(jié)PCC點電壓，最終使得Vc； = Vg。孤島模式下，所有微源均采 用下垂控制作為一次控制來提高系統(tǒng)的魯棒性，此時維持分布式結構，所提出的分布式協(xié) 同控制可以進行電壓頻率恢復和保證無功功率的精確均分。
[0105] (5)當PCC點電壓滿足微電網(wǎng)并網(wǎng)標準時，同步控制器發(fā)出命令，使并網(wǎng)開關自動 閉合，微電網(wǎng)由孤島運行模式切換至并網(wǎng)運行模式，由于逆變器型微源響應速度快、低慣 性、過載能力差，為了避免大的電流沖擊，達到平滑并網(wǎng)，微電網(wǎng)需要更加嚴格的并網(wǎng)標準。 本發(fā)明采用的并網(wǎng)標準如圖6所示，對并網(wǎng)開關兩端的頻率差、電壓幅值差和相角差做出嚴 格的限制。
[0106] 圖7為實施例微電網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型，包含4個容量相同的微源7011和7012,本地負 載7030和公共負載7040，線路阻抗7050，并網(wǎng)開關7020 AG1為領導微源7011，接收同步控制 信號，所有微源與其鄰近微源交互信息，鄰接矩陣A= [a^]、B= [1?]分別為：
[0108] t = 0s時，微電網(wǎng)已和大電網(wǎng)斷開處于孤島運行模式，此時僅采用下垂控制。t = ls 時，啟動分布式協(xié)同控制，當PCC點電壓和大電網(wǎng)電壓頻率差、相角差和電壓幅值差達到微 電網(wǎng)并網(wǎng)標準時，并網(wǎng)開關閉合。仿真波形如圖8所示。
[0109] 啟動提出的同步控制方法后，PCC點和大電網(wǎng)瞬時電壓差Δ v逐漸減小，當PCC點電 壓頻率、相角和電壓幅值滿足如圖6所示的微電網(wǎng)并網(wǎng)標準時，閉合并網(wǎng)開關7020。由圖8 (d)-(h)所示，并網(wǎng)電流沖擊比較小，達到了平滑切換。由圖8(a)-(c)可見，所提出的同步方 法不僅可以恢復微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓、頻率還可以保證無功功率均分。
[0110]將跟隨微源DG2與DG3之間的通信斷開驗證系統(tǒng)的靈活性和冗余度，測試通信線路 故障對系統(tǒng)的影響。仿真結果如圖9所示，當PCC點電壓滿足并網(wǎng)標準，持續(xù)200ms后并網(wǎng)開 關閉合，并網(wǎng)電流沖擊較小，微電網(wǎng)由孤島運行模式平滑地切換到并網(wǎng)運行模式。與無通信 故障仿真相比，僅是調節(jié)過程慢了一些，仍能保證無縫地重新并網(wǎng)。可見所提出的同步控制 方法即使通信故障，只要系統(tǒng)存在一生成樹即微網(wǎng)內任意一個跟隨微源都存在一條路徑連 通到領導微源，仍能保證無縫的模式切換。
[0111]上述實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而并非對本發(fā)明創(chuàng)造【具體實施方式】的 限定。對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任 何修改或者等同替換，其仍處于本發(fā)明權利要求范圍之中。
【主權項】
1. 一種基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同步控制方法，其特征在于，所述微電網(wǎng)包括若 干分布式微源DG、n條母線、傳輸線路、負載、并網(wǎng)開關、同步控制器、通信網(wǎng)絡，所述若干分 布式微源之間并聯(lián)連接、所述若干分布式微源通過各自的饋線連接到所述母線上，所述若 干分布式微源分為領導微源和跟隨微源，所述同步控制器用來產生同步控制信號，所述通 信網(wǎng)絡為分布式通信網(wǎng)絡，所述同步控制器產生的同步控制信號僅傳送給所述領導微源， 所述領導微源與位于鄰居位置的鄰近微源共享信息，所述跟隨微源也與位于鄰居位置的鄰 近微源交互信息，最終所有微源均達到電壓和頻率一致、無功功率按比例分配，所述微電網(wǎng) 與大電網(wǎng)的公共連接點PCC點電壓與大電網(wǎng)同步，所述方法包括： (1) 當所述大電網(wǎng)發(fā)生故障或電能質量不滿足負荷要求時，所述微電網(wǎng)與大電網(wǎng)斷開， 處于孤島運行模式，此時微源逆變器采用下垂控制模式； (2) 當所述大電網(wǎng)電壓恢復故障前電壓或電能質量滿足負荷要求后，所述同步控制器 啟動預同步算法，進行主動同步控制； (3) 綜合每個微源的發(fā)電能力、下垂系數(shù)和所述每個微源與所述PCC點之間的距離，選 取領導微源； (4) 根據(jù)所述領導微源接收的信息，所述每個微源采用分布式控制方法調節(jié)各自輸出 電壓、頻率，從而調節(jié)所述PCC點電壓與大電網(wǎng)同步； (5) 當所述微電網(wǎng)電壓滿足微電網(wǎng)并網(wǎng)標準時，所述同步控制器發(fā)出命令，使并網(wǎng)開關 自動閉合。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同步控制方法，其特征在于，所 述步驟（1)中，在所述微電網(wǎng)處于孤島運行模式時，微源逆變器采用公￥進行 下垂控制，控制目標是維持微網(wǎng)內電壓、頻率穩(wěn)定和按比例分配負載功率，其中，為微源 在空載下輸出電壓的角頻率，f為微源在空載下輸出電壓的電壓幅值，《1第1個微源實際輸 出電壓的角頻率，V 1為第i個微源實際輸出電壓的電壓幅值參考值，P1為第i個微源輸出的有 功功率,Q1為第i個微源輸出的無功功率， mi為第i個微源頻率下垂的下垂系數(shù)，m為第i個微 源頻率電壓下垂的下垂系數(shù)。3. 根據(jù)權利要求1所述的基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同步控制方法，其特征在于，所 述步驟(2)中的預同步控制算法包含在所述同步控制器中，所述的預同步算法包括： 首先采用公式ee = -VgaVrf+VgfiVca將所述大電網(wǎng)電壓和所述PCC點電壓瞬時值進行交叉 計算，Vga為所述大電網(wǎng)電壓α軸分量，Vca為所述PCC點電壓α軸分量； 采用公式計算電壓幅值誤差，Vgi!為所述大電網(wǎng)電壓β軸分量， Vrf為所述PCC點電壓β軸分量； 然后采用公式 <通過PI控制器產生同步校正信號調 節(jié)所述PCC點電壓頻率與相角，kps為PI控制器比例系數(shù)，kls為PI控制器積分系數(shù)，采用公式 通過所述PI控制器產生同步校正信號調節(jié)所 述PCC點電壓幅值，kpvs為PI控制器比例系數(shù)，klvs為PI控制器積分系數(shù)。4. 根據(jù)權利要求1所述的基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同步控制方法，其特征在于，所 述步驟(3)具體包括:選取發(fā)電能力大、下垂系數(shù)小、與所述PCC點距離近的微源為領導微 源。5. 根據(jù)權利要求1所述的基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同步控制方法，其特征在于，所述 步驟(4)具體包括:首先采用一致性協(xié)議對第i個跟隨微源DG-i采用分布式協(xié)同控制進行頻率調節(jié)，其中，△ Co1為第i個微源的控制 變量，1^為正增益系數(shù)，表示微源i和微源j之間連接權重，a^>0表示微源i接收到微源j 的信息;針對所述領導微源DG-k，將同步校正信號△<."加到Δ cok，采用控制方程ω??=ω*-)對所述領導微源進行頻率調節(jié)，b 為正常數(shù)，最終所有△ ω的導數(shù)均為〇,所有微源的△ ω均相等； 然后采用分布式協(xié)同控制方S調整所述各個微源電壓幅值，A V1為控制變量，私為同步校正信號ΔΓ；；的增益值，I31謙示微 源i和微源j之間無功功率調節(jié)權重，bi j > 0表示微源i從微源j接收無功功率信息;1? j、kQi分 另IJ為微源j和微源i無功功率均分控制系數(shù)，kv為正增益系數(shù)，對于所述領導微源DG-k，&> 0、bkj = 0,對于所述跟隨微源DG-i，0i = O、bij = 1; 同步控制器檢測并網(wǎng)開關兩端電壓即大電網(wǎng)電壓vjPPCC點電壓v。，通過同步算法產生 同步校正信號和，所述校正信號僅傳送給領導微源，通過建立的一致性協(xié)議，從 而在所述微源之間形成領導-跟隨關系，最終使得 Vc； = Vg。6. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于分布式控制的微電網(wǎng)主動同步控制方法，其特征在 于，所述步驟(5)中并網(wǎng)標準包括:所述PCC點電壓滿足I fg-f。| <0.05Hz，I Vg-Vc I彡3%Vn， PgirPdJ <1°三個公式且持續(xù)200ms之后，同步控制器發(fā)出命令，并網(wǎng)開關閉合，其中，fg表 示大電網(wǎng)頻率，f。表示PCC點頻率，Vg表示大電網(wǎng)電壓幅值，V。表示PCC點電壓幅值，Vn表示標 準電壓，辦go表示大電網(wǎng)相角，A。表示PCC點相角。
【文檔編號】H02J3/42GK106026188SQ201610325592
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】鐘朝露, 孫堯, 侯小超, 韓華, 粟梅, 于晶榮, 楊建 , 陳英, 柳張杰
【申請人】中南大學