[發明專利]基于旋轉坐標虛擬阻抗的孤島微電網控制及優化方法

無效

• 申請號: 201210107053.4
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102623992A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 張承慧;王瑞琪;陳阿蓮;李珂;杜春水
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/38
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明屬于微電網技術領域，具體涉及一種基于旋轉坐標虛擬阻抗的孤島微電網控制及優化方法。

背景技術

在能源需求與環境保護的雙重壓力下，既可提高傳統能源利用率又能充分利用各種可再生能源的分布式供能技術獲得了越來越多的重視與應用。微電網由分布式電源(Distributed?Generators，DGs)、儲能裝置、能量變換裝置、相關負載和監控、保護裝置匯集而成，能夠充分發揮DG為電力系統和用戶所帶來的技術、經濟、環境效益，進一步提高電力系統運行的靈活性、高效性和清潔性，更好地滿足電力用戶對電能質量、供電可靠性的要求，是智能電網建設的重要組成部分。

在微電網孤島工作模式下，多種類型的能源利用逆變器或者交交變流器并聯到微電網的交流母線上。在維持電壓幅值和頻率穩定的同時實現功率的快速準確分配，是微電網孤島運行控制中需要解決的關鍵問題。根據即插即用與“對等”的控制思想和設計理念提出的電壓幅值和頻率下垂控制，使DG只需要檢測接入點的信息，通過調整自身輸出電壓的頻率和幅值來控制輸出的有功和無功功率，無需通訊環節，因此具有更高的可靠性和靈活性，《電力系統自動化》，2008，32(7)：98-103中的《微網綜合控制與分析》和《電工技術學報》，2009，24(2)：100-107中的《微網中分布式電源逆變器的多換反饋控制策略》都是基于此下垂控制方法設計的孤島微電網的整體控制策略。但是，下垂控制方法需要線路阻抗呈感性，且其本質是以犧牲電壓質量來換取功率的合理分配。在實際微電網中線路阻抗一般呈復阻抗特性，逆變器的輸出阻抗特性也依賴于所采取的控制策略和系統參數，因此下垂控制方法并不適用。而且DG和負載的分布導致線路阻抗不平衡，嚴重影響了功率分配的準確性。因此，針對實際應用中孤島運行模式下的微電網，采用下垂控制不但無法有效實現功率解耦和均分，同時系統的穩態和動態性能也會受到影響。

國內外圍繞孤島運行微電網的控制策略問題，提出了眾多基于下垂控制的改進方法。

申請號為201110047934.7的中國專利“基于虛擬阻抗的逆變器并聯運行方法”，針對每臺逆變器，引入一虛擬發電機，通過虛擬電抗X_V＝ωL_V連接到逆變器的接入點，使虛擬發電機和母線間的阻抗呈感性，從而采用下垂控制方法實現有功功率和無功功率的解耦控制。但是虛擬電抗X_V＝ωL_V的設計方法需對電流進行微分，放大了高頻噪聲，加上低通濾波器后又產生了相移和延遲。

申請號為201110047934.7的中國專利“一種利用虛擬阻抗提高微型電網內多個逆變器無線并聯穩定性的方法”，通過不斷調整虛擬電感值或者虛擬電阻值確保下垂系數能夠使多個逆變器并聯穩定運行。但是該專利沒有給出，虛擬阻抗(Z_V＝R_V+jωL_V)在旋轉坐標系下的閉環實現方法，同時沒有給出，也不能直接從系統推得包含虛擬阻抗閉環的孤島微電網整體控制策略。虛擬阻抗值不但涉及系統的穩定性，同時影響系統的暫態和穩態性能、功率控制和分配性能等，需要進一步進行優化設計。

包括坐標旋轉虛擬阻抗值在內的孤島微電網控制策略中的關鍵參數，如坐標旋轉虛擬阻抗值、功率分配的下垂系數、電壓電流反饋控制器的PI參數和前饋控制系數等，不但影響微電網的電能質量、功率控制和分配性能，還影響微電網系統的穩定性和動態性能，均需要基于更先進更完善的理論，在整個微電網的框架內，綜合考慮系統各種性能，進行理論分析和優化設計指導。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對實際微電網中的復雜阻抗特性，提出一種基于旋轉坐標虛擬阻抗的孤島微電網控制及優化方法；采用坐標旋轉正交變換設計旋轉虛擬阻抗閉環，改善微電網的阻抗特性，補償功率分配的誤差，提高功率解耦性能；基于小信號動態分析方法，指導包括坐標旋轉虛擬阻抗值在內的孤島微電網控制策略中關鍵參數的優化選擇與匹配。

本發明所采取的技術方案是：

一種基于旋轉坐標虛擬阻抗的孤島微電網控制及優化方法，該方法采用坐標旋轉正交變換實現坐標旋轉虛擬阻抗閉環，改善微電網的阻抗特性，補償功率分配的誤差，提高功率解耦性能，其中，坐標旋轉虛擬阻抗閉環的實現步驟如下：