[發(fā)明專利]一種微網(wǎng)無功-電壓控制裝置及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310145058.0
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103259268A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設計）人: 杜燕;張健;楊向真;蘇建徽;茆美琴;張國榮
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/12
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務所 34116
• 代理人: 方榮肖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微網(wǎng)無功-電壓控制裝置及其控制方法。

背景技術(shù)

微網(wǎng)是一種新型智能型的分布式電源接入方式，它是由多個負載、微源以及儲能單元共同組成的新型分布式電源系統(tǒng)，其典型拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略如圖1所示，作為一種智能電源系統(tǒng)，微網(wǎng)具有并網(wǎng)和離網(wǎng)運行兩種模式，對外表現(xiàn)為單一受控源，克服了傳統(tǒng)DG的隨機波動，可以解決高滲透率DG并網(wǎng)問題，減弱分布式發(fā)電對大電網(wǎng)的沖擊和不利影響，充分挖掘分布式能源為電網(wǎng)和用戶所帶來的價值和效益，

在孤島微網(wǎng)狀態(tài)下，由于沒有電網(wǎng)支持，多臺VSI常常使用下垂控制共同支撐孤島微網(wǎng)的電壓和頻率，同時分配系統(tǒng)中的有功功率和無功功率，下垂控制策略如圖2所示。然而傳統(tǒng)下垂控制策略對阻抗特性的匹配性要求嚴格，微網(wǎng)中儲能單元的地理位置分散，功率等級不等，因此線路阻抗的不一致性會使得無功功率無法按照功率等級均分，如圖3所示；虛擬電抗下垂控制可以減少下垂控制對阻抗特性的依賴性，但并不能完全消除阻抗對無功均分的影響，并且使得輸出電壓的跌落，惡化微網(wǎng)的電能質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)背景所提到的微網(wǎng)電壓-無功控制策略不足，本發(fā)明提供一種具有阻抗自校正功能的微網(wǎng)無功-電壓控制裝置及其控制方法，特別適合于孤島微網(wǎng)的無功功率均分和電壓支持。本發(fā)明使用無功功率-端口電壓(Q-U)下垂控制取代了傳統(tǒng)的虛擬電抗下垂控制中的無功-內(nèi)電勢電壓控制(Q-E?droop)，先由改進斜率的Q-E下垂控制器確定開環(huán)內(nèi)電勢指令值，并用阻抗校正器閉環(huán)控制Q-U下垂特性，獲得內(nèi)電勢的閉環(huán)修正值，保證Q-U?droop特性的一致性，在平衡輸出阻抗的同時避免了端口電壓的跌落。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種微網(wǎng)無功-電壓控制方法，其用于采樣逆變器（VSI）硬件電路的輸出電壓測量值U_o和輸出電流測量值I_o，并經(jīng)處理后獲得該VSI硬件電路中IGBT的驅(qū)動電壓信號U_PWM，而實現(xiàn)對該VSI硬件電路的輸出電壓的閉環(huán)控制，該微網(wǎng)無功-電壓控制裝置包括：

PQ計算器，其用于根據(jù)該輸出電壓測量值U_o和該輸出電流測量值I_o計算獲得該VSI硬件電路的有功功率測量值P和無功功率測量值Q；

功率控制器，其包括：

有功功率P-ω控制器，其用于根據(jù)該有功功率測量值P獲得頻率ω；以及

無功功率Q-E控制器，其用于根據(jù)該無功功率測量值Q和該輸出電壓測量值U_o獲得幅值E；

乘法器，其用于根據(jù)該頻率ω和該幅值E獲得內(nèi)電勢E^*，該電勢E^*滿足表達式：E^*=E?sinωt；

虛擬阻抗控制器，其用于根據(jù)該輸出電流測量值I_o以及該電勢E^*，獲得輸出電壓給定值U^*，該輸出電壓給定值U^*滿足表達式：U^*=?E^*—I_o?ω?L_v，其中，L_v為設定的虛擬電感值；以及

電壓控制器，其用于根據(jù)該輸出電壓給定值U^*獲得VSI硬件電路中IGBT的驅(qū)動電壓信號U_PWM，以作用于該VSI硬件電路實現(xiàn)輸出電壓的閉環(huán)控制；

其中，該無功功率Q-E控制器包括：

Q-E下垂控制器，其用于獲取內(nèi)電勢指令值E^*的開環(huán)補償值ΔE₁，ΔE₁滿足表達式：ΔE₁=n_E（Q^*—Q），其中n_E為該VSI硬件電路的Q-E下垂系數(shù)，Q^*為無功功率的指令值；

阻抗校正器，其用于獲取內(nèi)電勢指令值E^*的閉環(huán)補償值ΔE₂，ΔE₂滿足表達式：，n_u為所設定的Q-U下垂系數(shù)，G(S)為無功-電壓閉環(huán)控制器的傳遞函數(shù)，為了保證端口電壓-無功的下垂特性，G(S)含有積分環(huán)節(jié)；以及

加法器，其用于獲取該幅值E完成阻抗自校正功能，該幅值E滿足表達式：E=?E^*+ΔE₁+ΔE₂。