一种双层结构的微电网群电压控制方法与流程

本发明属于微电网群的电压控制，涉及一种双层结构的微电网群电压控制方法。

背景技术：

微电网是处于配电网末端的新型电能供给方案，可有效消纳间歇和分布式发电出力，并提高用户供电可靠性。当多个相邻的微电网之间存在互联互供所需的中低压配电线路时，形成微电网群落系统，简称微电网群。微电网群是微电网的深化和延续。微电网群在山区、边远村落、海岛群、城市配电网末端等具有广阔的应用前景，值得深入研究。

经对现有技术文献的检索发现，文献《串联和并联结构的多微网系统分层协调控制策略》(周念成,金明,王强钢,苏适,严玉廷.串联和并联结构的多微网系统分层协调控制策略[J].电力系统自动化.2013；37(12):13-8.)根据多微网间的串联和并联组网结构，设计了串、并联不同结构的多微网系统两级分层控制方案。针对多微网系统的联络线功率控制、并网和孤岛模式切换，提出串、并联结构的多微网中央控制器之间的协调配合策略。文献《自治型微电网群多元复合储能系统容量配置方法》(田培根,肖曦,丁若星,黄秀琼.自治型微电网群多元复合储能系统容量配置方法[J].电力系统自动化.2013(01):168-73.)考虑能量型储能系统补充最大能量缺额和吸收最大的过剩能量、功率型储能系统平抑最大功率波动，提出了微网群主储能系统和子微网储能系统中不同类型储能系统的容量配置方法。文献《Supply-adequacy-based optimal construction of microgrids in smartdistribution systems》(Arefifar S A，Mohanmed Y A I，EL-Fouly T H M.Supply-adequacy-based optimal construction of microgrids in smartdistribution systems[J].IEEE Transaction on Smart Grid，2012，3(3)：1491-1502.)研究了微电网群的结构，以微电网负荷就地消纳最大化和微电网间交换功率最小化为目标，实现功率最优分配，减少年能量损耗。文献《Multi-microgrid energy systems operation incorporating distribution-interline power flow controller》(Kargarian A,Rahmani M.Multi-microgrid energy systems operation incorporating distribution-interline power flow controller[J].ELECTR POW SYST RES.2015；129:208-16.)针对微电网群提出了一种多目标优化算法，其以运行费用，电压偏差和馈线拥挤度为优化目标。

以上关于微电网群的研究，主要集中在协调控制、容量配置和优化运行方面，鲜有对微电网群离网运行时出现的电压不平衡情形的分析研究。针对以上不足，本发明提出了一种双层结构的电压控制方法，该方法能够有效地保持微电网群的电压稳定，且在处理微电网群电压不平衡时能够取得较好的控制效果。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种双层结构的电压控制方法，能够在保持微电网群电压稳定的同时，处理微电网群电压不平衡问题也能取得较好的控制效果。

一种双层结构的微电网群电压控制方法，其步骤是：

(1)采集微电网群电压、功率信息，根据电压信息计算电压不平衡度：

$PVUR\left(\%\right)=\frac{Max\left\{\right|V_a-V_{avg}|,|V_b-V_{avg}|,|V_c-V_{avg}\left|\right\}}{V_{avg}}\×100\%$

其中，V_a、V_b和V_c分别表示A、B和C三相的相电压幅值，V_avg为三相相电压幅值的平均值。

(2)当电压不平衡度<1％时，由第一层控制作用，该层控制器的传递函数为：

$G_{QPR}\left(s\right)=K_P+\frac{2K_R{\mathrm{\&omega;}}_{c}s}{s^2+2{\mathrm{\&omega;}}_{c}s+{\mathrm{\&omega;}}_1^2}$

该层电压控制策略是利用逆变器反馈电压以调节交流侧电压来保证输出电压的稳定，其采用电压外环电流内环的双环控制方案，且在αβ坐标系下实现。双控制环均采用准比例谐振控制器,电压控制外环稳定变流器交流侧电压幅值和频率，并确定α轴和β轴电流参考值，电流控制内环按照电压外环给出的电流参考值实现电流的快速跟踪。

其中：s为复频域算子，ω₁为电网电压的角频率，ω_c为与高增益区带宽相关的一个角频率，K_P与K_R为准比例谐振控制系数，α和β为坐标系的两条坐标轴。

(3)当电压不平衡度>1％时，由第一层控制和第二层控制同时作用，通过第二层控制计算微电网群母线A、B、C三相与单相微电网的联络线交换功率的调节量：

ΔP₁＝P_a-min(P_a,P_b,P_c)

ΔP₂＝P_b-min(P_a,P_b,P_c)

ΔP₃＝P_c-min(P_a,P_b,P_c)

其中，P_a、P_b和P_c分别表示微电网群母线A、B、C单相的输出功率；ΔP₁、ΔP₂和ΔP₃分别表示微电网群母线A、B、C三相与单相微电网的联络线交换功率的调节量。

(4)第二层控制将各单相微电网的联络线交换功率调节量首先下发给各子微网中光伏，若光伏输出功率不能满足，则再调用储能，通过光伏和储能的共同作用以满足联络线交换功率的调节量。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：针对微电网群，提出一种双层结构的电压控制方法，并将电压不平衡度划分为两个区域，通过第一层与第二层的协调控制，在保持微电网群电压稳定的同时，针对微电网群电压不平衡问题也能取得较好的控制效果。

附图说明

图1为微电网群结构图。

图2为第一层控制结构框图。

图3为第二层控制结构框图。

图4为微电网群接入不平衡负载时的实验波形图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明做进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

图1是微电网群结构图，微电网群由5个子微网(简称微网)组成，其中子微网1和子微网2是三相微网，子微网3、子微网4和子微网5是单相微网并且它们嵌套子微网1中，分别单独接在子微网1的A、B、C三相。整个微电网群通过断路器与配电网相连。当断路器断开时，整个微电网群即切换为孤岛运行。此时子微网(2、3、4和5)仍然接在子微网1中，由子微网1为整个微电网群提供电压和频率支撑。

图2是第一层控制结构框图，该电压控制策略是利用逆变器反馈电压以调节交流侧电压来保证输出电压的稳定,采用电压外环电流内环的双环控制方案。电压外环能够保证输出电压的稳定,电流内环构成电流随动系统能大大加快抵御扰动的动态过程.电压电流双环控制充分利用了系统的状态信息,不仅动态性能好,稳态精度也高。同时,电流内环增大了逆变器控制系统的带宽,使得逆变器动态响应加快。

该控制策略在αβ坐标系下实现，α轴和β轴分开控制,两个轴的控制器设计完全一致,逆变器采用SPWM调制。双控制环均采用准比例谐振控制控制器,电压控制外环稳定变流器交流侧电压幅值和频率，并确定α轴和β轴电流参考值。电流控制内环按照电压外环给出的电流参考值实现电流的快速跟踪，其输出电压的幅值和相位是可控的。

图3是第二层控制结构框图，微电网群第二层控制策略是基于第一层控制策略的进一步微调，以期能够得到更好的电压控制效果。该层控制策略主要是针对微电网群孤岛运行时，出现的电压不平衡的情形。如图3所示，该层控制策略的动作是基于对微电网群电压不平衡度的判断。当电压的不平衡度<1％时，即第一层电压控制策略在应对微电网群电压不平衡时能够取得较好的控制效果时，第二层控制策略是不参与调节的。当电压的不平衡度>＝1％时,第二层控制策略开始动作，其主要是通过调节单相子微网2、3和4与三相子微网1的联络线交换功率实现对微电网群电压的进一步微调。其通过计算得出子微网2、3和4与三相子微网1的联络线交换功率调节量ΔP₁、ΔP₂和ΔP₃，而后判断各子微网中的光伏输出功率的可调节量ΔP_pv是否大于ΔP。若子微网中的光伏输出功率的可调节量ΔP_pv大于等于ΔP，则子微网中光伏输出功率增加ΔP。若子微网中的光伏输出功率的可调节量ΔP_pv小于ΔP，则子微网中光伏输出功率增加ΔP_pv，此时联络线交换功率剩余调节量为ΔP-ΔP_pv，此时剩余部分由子微网中的储能单元负责提供。

图4是微电网群接入不平衡负载时的实验波形图，图4中，(a)为微电网1中负载有功功率和无功功率波形图；(b)为单相微电网3、4和5的联络线交换有功功率和无功功率波形图；(c)和(d)为微电网1中负载电压和电流波形；(e)为负载电压不平衡度。在t＝0.3s时微电网1中突然加入不平衡负载(R_A＝R_C＝7Ω，L_A＝L_C＝5mH，R_B＝3Ω，L_B＝3mH)，由(b)可以看出，由于不平衡负载中B相的功率偏大，所以微电网4的联络线有功功率相应地增大，以应对负荷的变化，由(e)可以看出在加入不平衡负载后，负载电压的不平衡度大约为0.7％，这是满足电能质量中对电压不平衡度的要求的，此实验表明本报告所提出的控制策略在应对不平衡负载时，能够取得较好的电压控制效果。