一种微型电网系统中用于分布式电源并联运行模式的基于通信网络的改进的下垂控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种微型电网系统中用于分布式电源并联运行模式的基于通信网络的改进的下垂控制方法，旨在改进传统下垂控制方法的缺陷，改进分布式电源在并联运行模式中的性能，提高系统的稳定性，适用于集成了新能源分布式发电的微型电网系统中并联运行模式的控制。本发明以通信网络为基础，将微型电网系统的中央控制器与每个逆变器单元的控制器组成一个整体控制系统，通过计算公共负载的有功功率和无功功率，修正每一台分布式电源的下垂控制方案。采用该方案，可以实现更好的功率均流效果，更小的母线电压频率和幅值偏差，具有良好的应用前景。
【专利说明】—种微型电网系统中用于分布式电源并联运行模式的基于通信网络的改进的下垂控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微型电网系统中用于分布式电源并联运行模式的基于通信网络的改进的下垂控制方法，涉及微型电网系统的运行以及多个分布式电源的并联工作模式，尤其是在由太阳能、风能等新型能源组成的微型电网系统中，属于新能源领域。
技术背景
[0002]随着石油、煤炭等化石燃料价格的不断上涨，世界各国都在采取各种措施应对能源危机带来的挑战。目前，全世界都在积极推进新型高效能源系统的建设，其中，分布式发电、可再生能源和微型电网技术是当前研究的热点之一。
[0003]分布式发电技术可以集成太阳能、风能等多种类型的可再生能源，通过逆变器单元将其连接至公共母线并组成微型电网系统，实现能源的高效率利用，并向用户提供高质量的电能。该系统将分布式发电、分布式储能系统和用户负载以及控制系统相结合，将整个用户简单地看作公共电网的一个负载，使其既可与公共电网并网连接(并网运行模式)，也可以在公共电网异常时主动与电网断开单独运行(并联运行模式)。
[0004]在微型电网系统并联运行模式中，由于各个逆变器单元输出特性之间的差异以及连线阻抗的不匹配，往往会产生很大的环流。为保证不同的分布式电源能够组成稳定可靠的微型电网系统，就需要采用并联控制方法抑制环流。而下垂控制方法就是一种比较经典的并联控制解决方案。
[0005]在传统的下垂控制方 法中，每个逆变器单元的控制器通过检测自身输出电压和输
W0^cat -m Piui
出电流计算自身实时输出的有功功率Pwt和无功功率Qtjut,然后根据算式八
[t = t -1iqQoul
对自身输出电压的频率和幅值进行调整。算式中的Hip和η,分别是有功功率和无功功率的下垂控制系数。每一台逆变器单元都按照这个原则修正自身的输出电压，相互之间最终达到动态稳定的平衡，实现微型电网系统的并联运行。
[0006]传统的下垂控制方法通过调节逆变器单元输出电压的频率和幅值来实现有功功率和无功功率的均衡，从而抑制系统中的环流。这种方法可以确保各个逆变器单元以地位平等的电压源形式并联，使微型电网系统在并联运行模式中具有更好的冗余性和可扩展性。
[0007]然而传统的下垂控制方法有如下缺陷:(I)下垂控制系数越大，功率均分特性越好，对功率的控制精度也就越高，环流越小，但是输出电压的稳态误差也就越大；(2)输出电压的频率和幅值的偏差与公共负载相关，负载功率越大，偏差也就越大。传统下垂控制方法ω-Ρ下垂特性以及E-Q下垂特性分别如图1和图2所示。
[0008]因此，为了克服传统下垂控制方法的缺陷，在这种方法的基础上又提出了虚拟阻抗、分层控制等多种改进的控制方法。本发明就是一种基于传统下垂控制方法的改进方案。
【发明内容】
[0009]本发明是针对传统的下垂控制方法存在的缺陷而提出的一种微型电网系统中用于分布式电源并联运行模式的基于通信网络的改进的下垂控制方法，适用于集成了新能源分布式发电的微型电网系统中并联运行模式的控制。为此本发明采用以下技术方案:
[0010]一种微型电网系统中用于分布式电源并联运行模式的基于通信网络的改进的下垂控制方法，其特征在于:(I)微型电网系统中的分布式电源通过逆变器单元连接至公共母线，以并联运行模式运行；(2)在所述并联模式中，以通信网络为基础，将微型电网系统的中央控制器与每个逆变器单元的控制器组成一个整体控制系统；(3)中央控制器计算公共负载的有功功率和无功功率，并将其除以并联运行的逆变器单元的个数，再将计算所得到的功率值通过通信网络传输至每个并联运行的逆变器单元的控制器中；(4)每个逆变器单元的控制器将从中央控制器接收到的数据与自身输出的有功功率和无功功率做比较，比较之后的数值，用于调节逆变器单元的输出电压和频率，最终实现微型电网系统的并联运行模式。
[0011]在采用上述技术方案的基础上，本发明还可以采用进一步的技术方案，它包括步骤如下:
[0012]步骤1:每个逆变器单元(取编号为a)的控制器通过通信网络向中央控制器汇报相应的工作状态及相关信息。中央控制器收集汇总各逆变器单元上传的信息，分析判断微型电网系统的工作状态，统计处于并联运行模式的逆变器单元的个数N ；
[0013]步骤2:每个逆变器单元(取编号为a)的控制器检测自身的输出电压、输出电流Itjut^随后计算自身实时输出的有功功率Pwt.a和无功功率Qwt.a。中央控制器检测公共负载的电压Vp。。和电流Ip。。，随后计算此时的公共负载有功功率Ppcx和无功功率Qpcx ；
[0014]步骤3:中央控制器根据步骤I中统计所得的逆变器单元的个数N和步骤2计算
所得的公共负载的有功功率Pp。。和无功功率Qp。。，并基于算式
【权利要求】
1.一种微型电网系统中用于分布式电源并联运行模式的基于通信网络的改进的下垂控制方法，其特征在于:(1)微型电网系统中的分布式电源通过逆变器单元连接至公共母线，以并联运行模式运行；(2)在所述并联模式中，以通信网络为基础，将微型电网系统的中央控制器与每个逆变器单元的控制器组成一个整体控制系统；(3)中央控制器计算公共负载的有功功率和无功功率，并将其除以并联运行的逆变器单元的个数，再将计算所得到的功率值通过通信网络传输至每个并联运行的逆变器单元的控制器中；(4)每个逆变器单元的控制器将从中央控制器接收到的数据与自身输出的有功功率和无功功率做比较，比较之后的数值，用于调节逆变器单元的输出电压和频率，最终实现微型电网系统的并联运行模式。
2.如权利要求1所述的下垂控制方法，其特征在于，所述下垂控制方法包括步骤如下:步骤1:每个逆变器单元的控制器通过通信网络向中央控制器汇报相应的工作状态及相关信息；中央控制器收集汇总各逆变器单元上传的信息，分析判断微型电网系统的工作状态，统计处于并联运行模式的逆变器单元的个数N ； 步骤2:每个逆变器单元的控制器检测自身的输出电压Vwt.a、输出电流随后计算自身实时输出的有功功率Ptjut.a和无功功率Qwt.a;中央控制器检测公共负载的电压Vp。。和电流Ip。。，随后计算此时的公共负载有功功率Pp。。和无功功率Qp。。，其中，a为该逆变器单元的编号，取值范围为I至N; 步骤3:中央控制器根据步骤I中统计所得的逆变器单元的个数N和步骤2计算所得
的公共负载的有功功率Pp。。和无功功率Qp。，并基于算式
3.如权利要求2所述的下垂控制方法，其特征在于，所述步骤4中，任意一台逆变器单元的控制器通过将Pt^a和Pt的差值以及Qt^a和Qt的差值分别乘以下垂系数mp、nq之后，根据计算得到第a台逆变器单元输出电压Vrat.a的频率修正值《 a和幅值修正值Ea，并根据这两个值计算第a台逆变器单元的基准电压VMf.a ;mp和n,分别是有功功率和无功功率的下垂系数，其大小是根据逆变器单元输出功率的等级来确定的。
4.如权利要求1所述的下垂控制方法，其特征在于，在这个并联运行模式中，以通信网络为基础，将微型电网系统的中央控制器与每个逆变器单元的控制器组成一个整体控制系统，所述的通信网络包含以下通信方式: a)有线通信方式；有线通信方式包括控制器局域网络(CAN)通信、光纤通信、以太网通f目等; b)无线通信方式，无线通信方式包括无线局域网络(WLAN)通信、卫星通信、无线电通信、蓝牙通信、红外 通信。
【文档编号】H02J3/38GK103683324SQ201310648678
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】高明智, 陈敏, 张灿辉, 张弛, 钱照明 申请人:浙江大学