[發明專利]基于魯棒控制的微電網系統電壓穩定控制方法

有效

• 申請號: 201410060769.2
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103825279A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 趙卓立;楊蘋;許志榮;尹旭;陳國璋
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J3/12
• 分類號: H02J3/12;H02J3/38
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明屬于智能電網中微電網技術領域，尤其是基于魯棒控制的微電網系統電壓穩定控制方法。

背景技術

微電網是指在一定區域內由分散式電源（容量小于50MW），包括光能、風能、水能、生物質能、燃氣輪機及儲能裝置組成的靠近用戶端的系統，既可與大電網聯網運行，也可與主網斷開單獨運行。在中低壓層面上解決數量巨大、形式多樣的分布式電源并網運行時的主要問題。因此，微電網協調了大電網與分布式電源的矛盾，充分挖掘分布式電源分散電力需求與資源分布的優點，與環境具有良好的兼容性，是實現分布式發電系統大規模應用的關鍵技術之一。

當微電網由于外部電網故障或應用于偏遠地區和海島供電時，需獨立運行，形成一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統。獨立微電網綜合利用區域內太陽能、風能、儲能等多種新能源技術，結合柴油機傳統能源，對解決區域供電需求不均衡、供電成本較高、電網建設相對落后、供電可靠性較差、電能質量低、污染環境等問題，維護區域經濟社會環境的可持續發展，具有重要作用。

對于可再生能源高滲透率微電網，需要對分布式電源的整合進行系統和綜合性的研究。需求包括：1）確保微電網能運行在并網模式、孤島模式和虛擬電廠模式；2）結合電力市場信息和風光功率預測信息，需求外部響應；3）適應微電網固有的三相不平衡條件、參數和拓補結構不確定性、負荷和電源的頻繁改變；4）需求側響應。

目前，國內外對于微電網控制策略主要分為三種方式：下垂控制、集中控制和主從控制。下垂控制雖然無需依靠實時通信，但存在暫態穩定性能差、缺乏對系統參數和動態負荷變化的魯棒性、難以實現黑啟動等問題。集中控制依靠高速和高帶寬通信手段，通信失敗將導致微電網系統的崩潰。主從控制模式是目前孤立型微電網系統普遍采用的一種模式，通常由主控電源提供系統頻率和電壓的參考，從屬電源起跟隨作用，系統穩定性對主控電源的依賴很大，主控電源的控制策略性能將決定微電網的頻率和電壓穩定性。

各種用電設備都要求在額定電壓下運行，因此保持供電電壓穩定，是保證供電質量的主要內容之一。然而，由于系統容量小，風光等可再生能源具有強間歇性、強隨機性，負荷頻繁波動，微電網內電壓波動比大電網電壓波動更為嚴重。其中，負荷變動是引起微電網電壓波動的主要原因，負荷變動包括負荷功率因數的變化和負荷電流幅值的變化。這兩種變化都將引起同步發電機的電樞反應變化，從而引起作為主電源的柴油發電機/燃氣發電機的機端電壓的變化。微電網內負荷多為感性。

勵磁系統是柴油發電機組的重要組成部分，勵磁系統性能除了影響同步發電機組的運行特性之外，還對整個微電網的運行性能產生重要影響。運行工況的變化、外界環境的影響和負荷的頻繁切換波動會使微電網的模型參數產生攝動，導致模型的不確定性。自動電壓調整裝置對微電網參數、拓補和未建模部分的不確定性具有較強的魯棒性。

經對現有技術文獻的檢索發現，面向多逆變器的微電網電壓控制策略（楊向真，蘇建徽，丁明等.面向多逆變器的微電網電壓控制策略.中國電機工程學報,2012,32(7):7-13)，為了解決微電網孤島運行是無功功率在各逆變器間準確分配和母線電壓質量問題，基于虛擬同步發電機設計了一次調壓和二次調壓相結合的電壓分層控制策略，提出了在線計算一次電壓控制器參考輸入電壓的新算法。由于虛擬同步電抗不能無限制地增大，調度無功功率與實際無功功率的偏差會導致無法完全補償同步電抗上的壓降，從而產生較大的母線電壓跌落；同時控制策略架構復雜，實際應用中實現難度很大，同時，多逆變器控制中參數的攝動將容易引起頻率和電壓振蕩問題。

另經檢索發現，中國專利申請號為：201210474294.2，名稱為：基于魯棒控制和超級電容調節孤島光柴微電網頻率控制方法，該申請案針對光柴混合發電的獨立微電網，通過使用魯棒負荷頻率控制器和超級電容能量存儲配合的頻率優化控制策略，以減少頻率偏差。然而，申請案并未針對微電網內部實際負荷特性建立靜態負荷模型和動態負荷模型以設計頻率控制策略，頻率控制效果不能足夠反映現實，同時，對于孤島微電網內的電壓穩定控制方法，并未提及。

據檢索，目前針對靜態負荷建模與動態負荷建模的智能微電網電壓穩定控制方法，還沒有相關技術成果，在將魯棒控制理論應用到含風光柴儲多種可再生能源智能微電網電壓穩定控制方面，還沒有相關報道，均屬于空白。

發明內容