一种自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法及系统与流程

本发明涉及电力系统微电网控制，特别是一种自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法及系统。

背景技术：

1、微电网作为分布式电源并网消纳的重要方式，可运行在并网或孤岛模式。在并网模式下，由上层调度统一控制微电网，集中管理分布式电源，降低其间歇性对配电网的不利影响，最大程度利用可再生能源，提升供电可靠性和电能质量。而在孤岛模式下，微电网自治运行，多个分布式电源并列运行，应对大电网故障解列情况。

2、随着新能源装机容量和渗透率提高，分布式发电单元并联运行成为解决大功率用电需求的重要方式之一。因此，协调管理各分布式发电单元、实现功率精确分配、抑制电流环流、控制频率和电压稳定成为孤岛微电网可靠运行的关键问题。

3、下垂控制是一种简单、可靠的无互联独立控制技术，模拟同步发电机特性参与调频调压。然而，它也会导致变流器输出频率、电压与指令设置值存在偏差，尤其在源荷功率变化较大时会导致母线电压和频率波动。此外，在逆变器连接到负载的输电线路上，由于阻抗不一致，存在有功、无功功率耦合和功率分配不均的问题。

4、改进的虚拟阻抗控制方法提高了无功功率分配精度，但不适用于网络化微电网，且存在输出压降大、普适性差的问题。而基于多智能体理论的方法引入了自适应虚拟阻抗调节，消除了对线路阻抗的敏感性，实现了微电网的精确无功功率分配，但通讯数据多、运算量大、可靠性不足。

5、负荷功率分配问题是孤岛微电网运行控制的关键技术之一，现有解决方案分为基于通信和无通信两类。基于通信的方案需要中央控制器计划发电量和控制信号，但随着微电网规模增大，通信和计算成本显著增长，集中控制不经济且容易受时滞影响。基于无通信的方案采用下垂控制实现分布式自主控制，但通常不考虑各分布式电源输出阻抗的影响，影响功率分配精度。因此，提出了一种自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法及系统，有效解决负荷功率分配问题对于孤岛微电网的稳定运行至关重要。

技术实现思路

1、鉴于现有技术微电网的稳定性和功率分配精度存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于如何在微电网中实现精确的功率分配，确保各分布式发电单元能够高效协同运行，同时抑制电流环流、控制频率和电压稳定，以提高微电网的可靠性和电能质量。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法，其包括，通过自适应下垂系数修正模块检测输出电流并动态修正各分布式电源的下垂控制系数；基于下垂控制系数，通过电压频率前馈补偿模块计算分布式电源输出电压、频率和额定值的偏差；基于计算偏差，通过pi控制器产生补偿参数，动态修正控制器的参考值。

5、作为本发明所述自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法的一种优选方案，其中：所述自适应下垂系数修正模块包括以下步骤：检测分布式电源的输出电流；所述输出电流包括有功功率和无功功率；其中，所述输出电流的相关公式如下

6、mp1*pc＝mp2*pc＝...＝mpc*pc

7、nq1*qc＝nq2*qc＝...＝nqc*qc；

8、其中，mpc为第c各分布式电源的下垂系数，pc为第c各分布式电源的有功功率，nqc为第c各分布式电源的下垂系数，qc为第c各分布式电源的无功功率。

9、根据电流分量和加权系数，计算修正系数；其中，所述修正系数的具体公式如下：

10、

11、其中，a和b均为修正系数，x和y均为加权系数，iod为分布式电源d轴分量输出电流，ioq为分布式电源q轴分量输出电流。

12、作为本发明所述自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法的一种优选方案，其中：所述输出电流包括，当检测到分布式电源的输出电流为大于预测阈值时，则分布式电源为感性微电网；若分布式电源为感性微电网，则根据此公式计算修正下垂系数，具体公式如下：

13、

14、其中，w为参考频率，wn为额定频率，m'p和n'q均为修正后的下垂系数，pc为第c各分布式电源的输出有功功率，为自适应下垂控制中电压环d轴的参考电压，为自适应下垂控制中电压环q轴的参考电压，vn为额定电压，nqc为第c各分布式电源的下垂系数，qc为第c各分布式电源的无功功率。

15、当检测到分布式电源的输出电流为小于预测阈值时，则分布式电源为阻性微电网；若分布式电源为阻性微电网，根据此公式计算修正下垂系数，具体公式如下：

16、

17、其中，w为参考频率，wn为额定频率，m'p和n'q均为修正后的下垂系数，pc为第c各分布式电源的输出有功功率，为自适应下垂控制中电压环d轴的参考电压，为自适应下垂控制中电压环q轴的参考电压，vn为额定电压，nqc为第c各分布式电源的下垂系数，qc为第c各分布式电源的无功功率。

18、作为本发明所述自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法的一种优选方案，其中：还包括，将传统下垂系数和修正系数相乘，得到修正后的下垂系数；其中，所述修正后的下垂系数的具体公式如下：

19、

20、其中，mp和nq均为传统下垂系数，m'p和n'p均为修正后的下垂系数，a和b均为修正系数。

21、将修正后的下垂系数输出至电压频率前馈补偿模块应用于下垂控制中。

22、作为本发明所述自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法的一种优选方案，其中：所述电压频率前馈补偿模块包括以下步骤：检测交流母线的实际电压和频率；获取分布式电源的参考电压和频率额定值，计算电压偏差和频率偏差；将电压偏差和频率偏差输入pi控制器，得到电压和频率跌落补偿参数。

23、作为本发明所述自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法的一种优选方案，其中：所述pi控制器包括以下步骤：通过自适应下垂系数修正模块修正分布式电源的参考电压和参考频率；将修正后的参考电压和参考频率应用于逆变器和控制器；其中，所述电压和频率跌落补偿参数的具体公式如下：

24、

25、其中，vac为pi控制器产生电压，δf为频率跌落补偿参数，eac为分布式电源的参考电压，vac为分布式电源的实际输出电压，f0为分布式电源的参考频率，fac为分布式电源的实际输出频率，kp和ki均为pi控制器的相关参数，s为拉普拉斯变量。

26、作为本发明所述自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法的一种优选方案，其中：所述预测阈值为根据微电网参数，预先设定电流阈值，用于在控制时动态判断微电网的性质，切换相应的控制策略；所述控制策略包括自适应下垂系数修正策略和电压频率前馈补偿控制策略。

27、第二方面，本发明实施例提供了一种自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制系统，其包括：自适应下垂系数修正模块，用于通过自适应下垂系数修正模块检测输出电流并动态修正各分布式电源的下垂控制系数；电压频率前馈补偿模块，基于下垂控制系数，通过电压频率前馈补偿模块计算分布式电源输出电压、频率和额定值的偏差；修正模块，用于基于计算偏差，通过pi控制器产生补偿参数，动态修正控制器的参考值。

28、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法的步骤。

29、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的自适应下垂控制的微电网功率精确分配控制方法的步骤。

30、本发明有益效果为：本发明通过在传统下垂控制基础上增加自适应下垂系数修正模块和电压频率前馈补偿模块，自适应下垂系数模块检测输出电流，动态修正各分布式电源的下垂控制系数，提高功率分配精度，减小环流影响。电压频率前馈补偿模块计算输出电压、频率与额定值的偏差，通过pi控制器产生补偿参数，动态修正参考值，消除母线电压和频率偏差，提高微电网运行稳定性。