一种基于阻抗复合控制的微网无功均衡分配方法

摘要

本发明提供了一种基于阻抗复合控制的微网无功均衡分配方法，该技术方案首先由 Q-U下垂系数动态调整器根据VSI的输出有功和无功实时动态改变下垂系数；然后由基于虚拟阻抗补偿的Q-U下垂控制根据输出电流整定VSI的输出阻抗；接着由虚拟阻抗开环补偿器根据有功、无功补偿虚拟阻抗产生的电压降；再由阻抗闭环补偿器使用PI调节器闭环控制Q-U下垂特性。本发明的优点在于：采用开环和闭环补偿虚拟阻抗产生的电压降，在校正输出阻抗的同时避免了虚拟阻抗产生的电压跌落；采用动态变系数和暂态变系数的方法消除了线路阻抗的不匹配，改善了无功功率的动态和稳态均分特性。

主权项

1.一种基于阻抗复合控制的微网无功均衡分配方法，其特征是：该方法包括以下步骤：步骤1：根据微网中第i台VSI的无功容量和端口电压跌落限制确定第i台VSI的Q-U下垂系数下限n_Umaxi：$n_{U\max i}=\frac{{\mathrm{Udrop}}_{\max }}{Q_{\max i}}$其中，Q_maxi为第i台VSI的无功容量；Udrop_max为微网电压最大跌落值；步骤2：所提出的基于阻抗复合控制的微网无功均衡分配方法是一种基于虚拟阻抗下垂的微网控制方法，第i台VSI的电压输出表达式为：$E_i=E^{*}+n_i(Q_i^{*}-Q_i)+\Delta E_{1i}+\Delta E_{2i}$为了获取更好地动态特性，与之对应的第i台VSI的频率输出表达式为：${\omega }_i={\omega }^{*}+m_{1i}(P_i^{*}-P_i)+m_{2i}\frac{d(P_i^{*}-P_i)}{\mathrm{dt}}$其中，ω^* ,E^* 为系统的频率和参考电压指令；,为第i台VSI的输出有功和无功功率指令；P_i ,Q_i 为第i台VSI的输出有功和无功功率；E_i为未经过虚拟阻抗的电压幅值给定；ω_i为输出电压的频率值；m_1i为P-ω稳态下垂系数；m_2i为P-ω动态下垂系数；ΔE_1i为虚拟阻抗的开环电压补偿值；ΔE_2i 为虚拟阻抗的闭环电压校正值。步骤3：由步骤2得到的电压幅值E_i和电压频率值ω_i，可得端口电压给定值为：$U_i^{*}=E_i\sin {\omega }_{i}t-i_{\mathrm{oi}}(R_{\mathrm{vi}}+\mathrm{s\omega }{L}_{\mathrm{vi}})$其中，i_oi为第i台VSI的输出电流，R_vi为第i台VSI的虚拟电阻值；L_vi为第i台VSI的虚拟电感值。步骤4：根据步骤3，假设微网中n台VSI并列运行，则根据n台的VSI容量比确定第i台VSI的虚拟阻抗Z_vi=R_vi+sωL_vi的取值，选取公式为：L_V1S_max1=L_V2S_max2=…=L_VnS_maxnR_V1S_max1=R_V2S_max2=…=R_VnS_maxn其中，L_Vi为第i台VSI的虚拟电抗值；R_Vi为第i台VSI的虚拟电阻值;S_maxi为第i台VSI的视在容量；步骤5：根据步骤2，其中第i台VSI的下垂系数n_i由Q-U下垂系数动态调整器根据VSI的输出有功和无功功率实时动态确定，下垂系数n_i选取公式为：$\left\{\begin{array}{c}{n}_i=n_i^{*}+K_{p1i}\left|p_i\right|+K_{q1i}\left|Q_i\right|+K_{p2i}\frac{d\left|P_i\right|}{\mathrm{dt}}+K_{q2i}\frac{d\left|Q_i\right|}{\mathrm{dt}}\\ 0<n<n_{u\max }\end{array}\right.$ 其中，为第i台VSI的静态Q-U下垂系数； 考虑到VSI功率双向流动，使用有功功率和无功功率的绝对值|P_i|和|Q_i|，保证下垂系数为正，维持微网的稳定。K_p1i为有功功率的比例校正系数；K_q1i为无功功率的比例校正系数；K_p2i为有功功率的微分校正系数；K_q2i为无功功率的微分校正系数。K_p1i和K_q1i为稳态下垂项，用以校正稳态无功分配，K_p2i和K_q2i为动态下垂项，用来校正动态特性；步骤6： 根据步骤2，虚拟阻抗的开环电压补偿值ΔE_1i的表达式如下：$\Delta E_{1i}=\frac{R_{\mathrm{vi}}}{E^{*}}{P}_i+\frac{X_{\mathrm{vi}}}{E^{*}}{Q}_i$；步骤7：根据步骤2，虚拟阻抗的闭环电压校正值ΔE_2i由Q-U下垂特性PI调节器对Q-U下垂特性进行闭环控制获得，其表达式如下：$\Delta E_{2i}=((E^{*}-U_{\mathrm{io}})+n_i(Q_i^{*}-Q_i))(k_d+\frac{k_i}{s})$其中，U_oi为第i台VSI的端口电压测量值；k_d为PI调节器的比例系数；k_i为PI调节器的积分系数。