專利名稱：一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)中的微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
微網(wǎng)(Microgrid)是由微電源(microsources,即微網(wǎng)中的分布式電源Distributed Generation,DG)、儲(chǔ)能裝置及負(fù)荷等共同組成的有機(jī)系統(tǒng)。圖I所示為微網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)圖，圖中微網(wǎng)由一組放射狀饋線組成，微電源可包括光伏電源、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)等。微網(wǎng)運(yùn)行方式靈活，如何通過(guò)對(duì)微網(wǎng)中各種微電源進(jìn)行有效的控制，以保證微網(wǎng)在不同運(yùn)行方式下都能安全、有效、可靠運(yùn)行，正是微網(wǎng)研究中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。特別地，當(dāng)微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，由于缺乏大電網(wǎng)的支撐，且采用大量電力電子設(shè)備作為接口，系統(tǒng)慣性較小或無(wú)慣性，另外，諸如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等類型的微電源出力具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性及負(fù)載的多變性等因素使得微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)頻率控制具有一定的難度，此時(shí)需要有靈活的控制方法維持功率的動(dòng)態(tài)平衡，并使頻率偏差在規(guī)定的運(yùn)行范圍之內(nèi)。當(dāng)微電源有功出力發(fā)生變化時(shí)，由于常規(guī)的有功-頻率下垂控制方法中下垂系數(shù)固定，必然會(huì)出現(xiàn)頻率偏差，嚴(yán)重時(shí)可能造成微網(wǎng)頻率過(guò)度下垂，無(wú)法保證微網(wǎng)輸出頻率的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中提到的常規(guī)有功-頻率下垂控制方法的不足，本發(fā)明提出一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法，該方法對(duì)可控性較強(qiáng)的微電源的有功-頻率下垂系數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使參考頻率跟蹤額定頻率，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)頻，特別適合于微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的工況。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟I :根據(jù)微網(wǎng)額定頻率得到微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)；步驟2 :根據(jù)步驟I得到的有功-頻率下垂系數(shù)和微電源當(dāng)前輸出的有功功率得到微電源的參考頻率；步驟3 :根據(jù)微電源的參考頻率得到微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)；步驟4 :根據(jù)微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)和微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)的誤差，在線實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)權(quán)系數(shù)向量，當(dāng)微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)與微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)一致時(shí)，參考頻率跟蹤額定頻率，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)頻。所述微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)的計(jì)算公式為Ww=W(I)Fn其中
m(k)為第k次采樣時(shí)微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)；ff(k)為第k次采樣時(shí)的權(quán)系數(shù)向量；FnS微網(wǎng)額定頻率向量。所述微電源的參考頻率的計(jì)算公式為fref = f0-m(k)P
其中fref為微電源參考頻率；f0為微電源空載頻率；P為微電源當(dāng)前輸出的有功功率。所述微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)的計(jì)算公式為 _)=W^F,糊其中(k)為第k次采樣時(shí)微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)；Fref(k)為微電源參考頻率向量。所述權(quán)系數(shù)向量的調(diào)節(jié)公式為W(k+1) = ff(k)+2y (m(k)-m/ (k))Fref(k)其中ff(k+1)為第k+1次采樣時(shí)的權(quán)系數(shù)向量；μ為收斂因子。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)常規(guī)有功-頻率下垂控制中下垂系數(shù)固定可能造成微網(wǎng)頻率過(guò)度下垂的問(wèn)題，提出一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法，對(duì)微網(wǎng)內(nèi)的不平衡有功功率進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)各微電源并入微網(wǎng)自律運(yùn)行，使微網(wǎng)的運(yùn)行頻率控制更準(zhǔn)確，保證微網(wǎng)頻率穩(wěn)定在額定頻率，滿足電能質(zhì)量中的相關(guān)頻率質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保微網(wǎng)對(duì)重要用戶供電的頻率要求。


圖I為實(shí)施例中微網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)圖；圖2為有功-頻率下垂特性示意圖；圖3為本發(fā)明提出的一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法原理圖；圖4為逆控制模塊原理圖；圖5為自適應(yīng)LMS濾波模塊原理圖；圖6為本發(fā)明提出的一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法流程圖；圖7為實(shí)施例中微網(wǎng)的微電源互聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為實(shí)例中各微電源輸出有功功率仿真圖；圖9為實(shí)例中各微電源輸有功-頻率下垂系數(shù)仿真圖；圖10為實(shí)例中微電源互聯(lián)系統(tǒng)頻率仿真圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。本發(fā)明包括以下步驟步驟I :根據(jù)微網(wǎng)額定頻率得到微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)；步驟2 :根據(jù)步驟I得到的有功-頻率下垂系數(shù)和微電源當(dāng)前輸出的有功功率得到微電源的參考頻率；

步驟3 :根據(jù)微電源參考頻率得到微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)；步驟4 :根據(jù)微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)和微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)的誤差，在線實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)權(quán)系數(shù)，并將權(quán)系數(shù)復(fù)制給逆控制模塊；當(dāng)微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)與微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)一致時(shí)，參考頻率跟蹤額定頻率，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)頻。常規(guī)有功-頻率下垂控制的下垂系數(shù)固定可能會(huì)導(dǎo)致由負(fù)荷需求變化造成的頻率偏差過(guò)大不滿足電能質(zhì)量中的相關(guān)頻率質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明針對(duì)微網(wǎng)的有功-頻率下垂特性，通過(guò)本發(fā)明所提出的方法，在線調(diào)節(jié)有功-頻率下垂系數(shù)，在保證微電源并入微網(wǎng)自律運(yùn)行、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)微網(wǎng)內(nèi)不平衡有功功率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)頻率的無(wú)差調(diào)節(jié)。(I)為實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)不平衡有功功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，利用有功-頻率下垂特性對(duì)微電源輸出有功功率進(jìn)行靈活控制。常規(guī)微電源的有功-頻率下垂控制公式為fref = f0-mP (I)其中fQ為微電源空載頻率；fref為微電源參考頻率；m定義為有功-頻率下垂系數(shù)；P為微電源當(dāng)前輸出的有功功率。圖2為有功-頻率下垂控制示意圖。初始穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)為A，此時(shí)微電源輸出有功功率為Pa,對(duì)應(yīng)的頻率為額定頻率fN，下垂系數(shù)為mA。當(dāng)負(fù)荷需求變化要求微電源輸出有功增大為Pb時(shí)，若仍按照原下垂系數(shù)％進(jìn)行控制，微電源運(yùn)行點(diǎn)移動(dòng)至B點(diǎn)，輸出頻率低于fN。此時(shí)如果調(diào)整下垂系數(shù)為mB，微電源運(yùn)行點(diǎn)變?yōu)锽'點(diǎn)，則可使頻率恢復(fù)至fN。同理，當(dāng)負(fù)荷需求變化要求微電源輸出有功減小為匕時(shí)，若仍按照原下垂系數(shù)mA進(jìn)行控制，微電源運(yùn)行點(diǎn)移動(dòng)至C點(diǎn)，輸出頻率高于fN。此時(shí)如果調(diào)整下垂系數(shù)為，微電源運(yùn)行點(diǎn)變?yōu)镃T點(diǎn)，則可使頻率恢復(fù)至fN。不難看出，當(dāng)負(fù)荷需求變化要求微電源輸出有功功率增大或減小時(shí)，若仍按照恒定有功-頻率下垂系數(shù)進(jìn)行控制，必然出現(xiàn)頻率偏差，嚴(yán)重時(shí)可能不滿足電能質(zhì)量中的相關(guān)頻率質(zhì)量要求，若根據(jù)微電源有功出力情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)有功-頻率下垂系數(shù)，則可實(shí)現(xiàn)微電源的無(wú)差調(diào)頻。(2)鑒于上述情況，本發(fā)明提出一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法，其原理框圖如圖3所示。本發(fā)明包括逆控制模塊、有功-頻率下垂控制模塊、自適應(yīng)LMS濾波模塊三部分。其中，自適應(yīng)LMS濾波模塊由數(shù)字濾波模塊、比較模塊和自適應(yīng)算法模塊構(gòu)成。逆控制模塊與有功-頻率下垂控制模塊連接；有功-頻率下垂控制模塊和數(shù)字濾波模塊連接；比較模塊分別與數(shù)字濾波模塊、逆控制模塊和自適應(yīng)算法模塊連接；自適應(yīng)算法模塊根據(jù)逆控制模塊輸出和數(shù)字濾波模塊輸出的誤差調(diào)節(jié)逆控制模塊和數(shù)字濾波模塊的權(quán)系數(shù)。
圖3中逆控制模塊由η個(gè)可變的權(quán)系數(shù)構(gòu)成，其原理圖如圖4所示。逆控制模塊對(duì)微網(wǎng)額定頻率fN延遲采樣后加權(quán)求和，輸出為微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)。因此有
權(quán)利要求
1.一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法，其特征是該方法包括以下步驟 步驟I :根據(jù)微網(wǎng)額定頻率得到微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)； 步驟2 :根據(jù)步驟I得到的有功-頻率下垂系數(shù)和微電源當(dāng)前輸出的有功功率得到微電源的參考頻率；步驟3 :根據(jù)微電源的參考頻率得到微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)；步驟4 :根據(jù)微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)和微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)的誤差，在線實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)權(quán)系數(shù)向量，當(dāng)微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)與微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)一致時(shí)，參考頻率跟蹤額定頻率，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)頻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法，其特征是所述微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)的計(jì)算公式為m(k) = W(幻 Fn其中 m(k)為第k次采樣時(shí)微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)； W(k)為第k次采樣時(shí)的權(quán)系數(shù)向量； FnS微網(wǎng)額定頻率向量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法，其特征是所述微電源的參考頻率的計(jì)算公式為 ^ref = fo_m(k)P 其中 fMf為微電源參考頻率； fo為微電源空載頻率； P為微電源當(dāng)前輸出的有功功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法，其特征是所述微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)的計(jì)算公式為 = W(I)F咖 其中 IHi (k)為第k次采樣時(shí)微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)； Fref(k)為微電源參考頻率向量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法，其特征是所述權(quán)系數(shù)向量的調(diào)節(jié)公式為 W(k+D = W(k)+2^ (m(k)-m/ (k))Fref(k) 其中 W(k+1)為第k+1次采樣時(shí)的權(quán)系數(shù)向量； μ為收斂因子。
全文摘要
本發(fā)明公開了電力系統(tǒng)中的微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域中的一種微網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)方法。本發(fā)明首先根據(jù)微網(wǎng)額定頻率得到微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)；然后根據(jù)得到的有功-頻率下垂系數(shù)和微電源當(dāng)前輸出的有功功率得到微電源的參考頻率；進(jìn)而得到微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)；最后根據(jù)微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)和微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)的誤差，在線實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)權(quán)系數(shù)向量，當(dāng)微電源參考頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)與微網(wǎng)額定頻率對(duì)應(yīng)的有功-頻率下垂系數(shù)一致時(shí)，參考頻率跟蹤額定頻率，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)頻。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了微電源并入微網(wǎng)自律運(yùn)行，滿足了電能質(zhì)量中的相關(guān)頻率質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)H02J3/48GK102709956SQ201210171399
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者喬琨, 孫國(guó)繁, 朱珺敏, 李鵬, 王旭斌, 錢江, 陳建杰, 陳超 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定), 山西省電力公司運(yùn)城供電分公司