一種基於逆系統的微網有功無功功率獨立控制方法
2023-10-09 12:49:29
專利名稱：一種基於逆系統的微網有功無功功率獨立控制方法
技術領域：
本發明屬於電力系統中的微網技術領域，尤其涉及一種基於逆系統的微網有功無功功率獨立控制方法。
背景技術：
微網(Microgrid)通常被定義為由微電源(即微網中的分布式電源Distributed Generation, DG)、儲能設備和負荷等共同組成的系統，如圖1所示。圖中，微網由一組放射型饋線組成，通過一個公共連接點與大電網相連，A、B、C三條饋線上有敏感負荷，需要有微電源提高供電可靠性，而在只有非敏感負荷的饋線上則可不需要有微電源。在節點1、2、3、 4處有四個微電源，當微網獨立運行時，敏感負荷與配電網斷開，由微電源對其提供功率支持，當微網與配電網聯網運行時，微電源也可以向非敏感負荷供電。微電源可包括光伏發電、風力發電、燃料電池發電、微燃機發電等，微電源和儲能設備通常由電力電子器件負責能量轉換，並提供必要的控制。微網可以為高科技園區、居民小區、大學校園或海島等供電；微網中微電源通常帶有本地負荷，但微電源與本地負荷不一定時時刻刻都匹配，不同微電源需要通過微網線路進行功率傳輸，且傳輸線通常長度為幾公裡。傳統功率傳輸控制方法中的P_f、Q-U控制方法是適用於高壓傳輸線參數的功率傳輸控制，即適用於傳輸線參數中感抗遠大於電阻的情況。而對於微網中傳輸線參數的特點，原控制方法不再適用。微網中傳輸線參數如表1所示，感抗值和電阻值為同一個數量級，使得功率傳輸方程中有功和無功耦合在一起，且忽略感抗或者電阻都會導致功率傳輸控制的不精確。表1微網傳輸線阻抗參數
額定電壓 (千伏)導線型號阻抗 (歐/公裡)電阻感抗LJ-161. 980. 358LJ-251. 280. 3450. 38LJ-350. 920. 336LJ-500. 640. 325LJ-700. 460. 31
發明內容
針對上述背景技術中提到的現有微網傳輸線功率中有功功率和無功功率的相互耦合、導致有功無功功率獨立調節不易、不利於微網內潮流調控的不足，本發明提出了一種基於逆系統的微網有功無功功率獨立控制方法。本發明的技術方案是，一種基於逆系統的微網有功無功功率獨立控制方法，其特徵是該方法包括以下步驟步驟1 功率傳輸決策單元根據微電源的輸出功率和負荷，計算出傳輸線上傳輸的有功功率和無功功率；步驟2 逆系統控制單元根據步驟1得到的數據，計算出被控微電源輸出的電壓有效值和電壓相位角；步驟3 脈寬調製PWM控制單元根據步驟2得到的數據，實時計算並發出脈衝信號，控制被控微電源的逆變器，實現線路上有功功率和無功功率傳輸控制。所述有功功率和無功功率的計算公式分別為
(P-P - P Γ ，1 ~ 1 DGl 1 LoadX<其中P為與微電源1相連的線路上忽略線路有功損耗時應傳輸的有功功率；Q為與微電源1相連的線路上忽略線路無功損耗時應傳輸的無功功率；Prei為微電源1發出的有功功率；Qdci為微電源1發出的無功功率；PLoadl為本地負荷1的有功功率；Qkjadl為本地負荷1的無功功率。所述P、Q的計算公式分別為
P = P2= -J^-jiRiU, COsSn - U2) + XU1 sm^12] Γ πK + Xi
Q = Q2 = -J^I-ruI sm 知 + x 隊 c0S《2 - U2)]
K + χ其中P2為母線2處線路側的有功功率；Q2為母線2處線路側的無功功率；仏為母線1的電壓有效值；U2為母線2的電壓有效值；δ 12為電壓相量[^與&的夾角；R為傳輸線的電阻；X為傳輸線的感抗。所述電壓有效值的計算公式為
TT P2R+ Q2X ττU1= 2 廣2 +U2o
U 2所述電壓相位角的計算公式為
^ _ P2X -Q2R
12'P2R+ Q2X +U22。
本發明的優點在於針對微網中傳輸線的實際參數特點，利用逆系統控制方法實現
了傳輸線上功率傳輸的精確控制，並很好地實現了有功、無功的獨立控制，有利於微網中有
5功、無功潮流的獨立調整。
圖1為實施例中微網基本結構圖。圖2為實施例中有功無功獨立控制框圖。圖3為逆系統有功無功獨立控制原理圖。圖4為實施例中傳輸線及兩端被控系統示意圖。圖5為實施例中傳輸線兩端電壓電流表示及相量分析圖。圖6為逆系統獨立控制單元內部運算示圖。圖7為有功無功獨立控制方法應用於微網有功調節示例仿真實驗圖。圖8為有功無功獨立控制方法應用於微網無功調節示例仿真實驗圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。本發明的原理通過控制微網線路一端微電源的輸出電壓有效值和相位來實現微網線路中的功率傳輸控制，電壓有效值和相位是利用逆系統方法將功率傳輸方程求逆所得逆系統的輸出，這裡，以線路另一端的電壓為參考電壓。其實現步驟為首先由功率傳輸決策單元根據各微電源的本地信息計算出與所控微電源相連的線路上應傳輸的有功功率和無功功率，將數據送給逆系統控制單元；再由逆系統控制單元根據輸入的有功功率和無功功率計算出所控微電源應輸出的電壓有效值和相位，由於計算中以線路另一端的電壓為參考值，因此由逆系統控制單元解得的電壓相位差即為所控微電源應輸出的電壓相位；最後由脈寬調製 PWM控制單元根據電壓有效值和相位實時計算並發出脈衝信號，控制被控微電源的逆變器， 實現線路上有功功率和無功功率的獨立控制。該控制方法所需控制模塊包括功率傳輸決策單元、逆系統控制單元、以及脈寬調製PWM控制單元，如圖2所示。本發明的
具體實施例方式(1)功率傳輸決策單元根據微電源輸出功率和負荷計算出微網傳輸線上應傳輸的有功功率和無功功率，這裡，以微電源1的控制為例，可以通過下述公式計算
權利要求
1.一種基於逆系統的微網有功無功功率獨立控制方法，其特徵是該方法包括以下步驟步驟1 功率傳輸決策單元根據微電源的輸出功率和負荷，計算出傳輸線上傳輸的有功功率和無功功率；步驟2 逆系統控制單元根據步驟1得到的數據，計算出被控微電源輸出的電壓有效值和電壓相位角；步驟3 脈寬調製PWM控制單元根據步驟2得到的數據，實時計算並發出脈衝信號，控制被控微電源的逆變器，實現線路上有功功率和無功功率傳輸控制。
2.根據權利要求1所述一種基於逆系統的微網有功無功功率獨立控制方法，其特徵是所述有功功率和無功功率的計算公式分別為
3.根據權利要求2所述一種基於逆系統的微網有功無功功率獨立控制方法，其特徵是所述P、Q的計算公式分別為
4.根據權利要求1所述一種基於逆系統的微網有功無功功率獨立控制方法，其特徵是所述電壓有效值的計算公式為
5.根據權利要求1所述一種基於逆系統的微網有功無功功率獨立控制方法，其特徵是所述電壓相位角的計算公式為
全文摘要
本發明公開了電力系統中微網技術領域中的一種基於逆系統的微網有功無功功率獨立控制方法。首先計算出與所控微電源相連的線路上應傳輸的有功功率和無功功率；再由逆系統控制單元根據輸入的有功功率和無功功率計算出所控微電源應輸出的電壓的有效值和相位；最後由脈寬調製PWM控制單元根據電壓有效值和相位實時計算並發出脈衝信號，控制被控微電源的逆變器，實現線路上有功功率和無功功率傳輸控制。本發明解決了微網中傳輸線功率傳輸中有功功率和無功功率的相互耦合問題，提供了一種適用於微網中線路參數特點、能夠精確控制功率傳輸、並能實現有功功率和無功功率獨立調節的控制方法。
文檔編號H02J3/00GK102157937SQ20111008715
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者劉承佳, 李雨薇, 李鵬, 王陽, 馬夢朝, 魏喆 申請人:華北電力大學