本發(fā)明涉及微電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其是一種孤島微源無(wú)功精確分配方法。

背景技術(shù)：

隨著近年來(lái)能源與環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，分布式微源得到了大規(guī)模的發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)微源的孤島與并網(wǎng)雙模式運(yùn)行，分布式微源中逆變器多采用下垂控制，即P-f/Q-v控制。當(dāng)采用下垂控制時(shí)，由于f為全局變量，因此各微源的有功功率可以實(shí)現(xiàn)精確分配；但是由于線路阻抗的影響，各線路阻抗上的壓降各不相同，因此造成了無(wú)功功率難以精確分配的問(wèn)題，這將造成無(wú)功不能按微源容量分配，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致逆變器燒毀。因此必須設(shè)計(jì)一種能夠消除線路阻抗影響進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)功精確分配的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種保留系統(tǒng)靈活性、不增添互連線的前提下實(shí)現(xiàn)了無(wú)功功率不受線路阻抗影響的基于諧波注入的無(wú)互連線孤島微源無(wú)功精確分配方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明所述分配方法的步驟如下：

步驟1、構(gòu)建采用P-f/Q-v下垂控制算法控制的兩臺(tái)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)；

步驟2、按照傳統(tǒng)P-f/Q-v下垂控制算法的下垂關(guān)系，即f＝f^*-m(P-P^*)，V＝V^*-n(Q-Q^*)進(jìn)行控制得到逆變器的輸出電壓幅值與頻率；

式中，f為輸出電壓頻率，f^*為下垂控制額定頻率，m為有功下垂系數(shù)，P為逆變器輸出有功功率，P^*為下垂控制額定有功功率；V為輸出電壓幅值，V^*為下垂控制額定電壓幅值，n為無(wú)功下垂系數(shù)，Q為逆變器輸出無(wú)功功率，Q^*為下垂控制額定無(wú)功功率；

步驟3、在第一臺(tái)逆變器的傳統(tǒng)下垂控制的基礎(chǔ)上添加諧波注入模塊，向并聯(lián)系統(tǒng)注入一個(gè)頻率恒定且幅值與第一臺(tái)逆變器輸出無(wú)功功率線性相關(guān)的諧波電壓；

步驟4、通過(guò)第二臺(tái)逆變器的諧波提取模塊提取的諧波電流的幅值反向計(jì)算出第一臺(tái)逆變器輸出的無(wú)功功率；

步驟5、在第二臺(tái)逆變器中將反向計(jì)算出的無(wú)功功率值乘以系數(shù)K后與第二臺(tái)逆變器自身輸出的無(wú)功功率做差作為PI調(diào)節(jié)器的輸入；系數(shù)K為功率分配系數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)此系數(shù)便可調(diào)節(jié)功率分配的比例；

步驟6、將PI調(diào)節(jié)器的輸出添加到第二臺(tái)逆變器下垂關(guān)系中的電壓額定值之上，通過(guò)電壓調(diào)節(jié)達(dá)到無(wú)功功率精確分配。

進(jìn)一步的，步驟3中，通過(guò)下垂控制本身具有的功率計(jì)算模塊計(jì)算第一臺(tái)逆變器輸出的無(wú)功功率Q；添加到并聯(lián)系統(tǒng)的諧波電壓的幅值為：

U＝aQ (1)

式中，U為注入諧波電壓的幅值，a為線性關(guān)系中的可調(diào)系數(shù)，根據(jù)PCC的電能質(zhì)量要求以及不同的線路阻抗進(jìn)行選取可使注入的諧波對(duì)PCC電能質(zhì)量的影響降到最低；Q為第一臺(tái)逆變器輸出無(wú)功功率。

進(jìn)一步的，步驟4中，對(duì)第二臺(tái)逆變器的輸出電流進(jìn)行諧波提取，提取與注入頻率相同的諧波部分，可通過(guò)復(fù)數(shù)濾波器或在不同頻率的dq坐標(biāo)系中進(jìn)行提?。桓鶕?jù)提取的諧波電流幅值反向計(jì)算第一臺(tái)逆變器輸出的無(wú)功功率，反向計(jì)算出的第一臺(tái)逆變器輸出的無(wú)功功率為：

Q_c＝I_h/aI_s (2)

式中，Q_c反向計(jì)算出的第一臺(tái)逆變器輸出的無(wú)功功率；I_h為提取出的諧波電流幅值；I_s為諧波電流的標(biāo)準(zhǔn)值，即在注入諧波電壓幅值為1V時(shí)所提取的諧波電流的幅值；a為線性關(guān)系中的可調(diào)系數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、實(shí)現(xiàn)了孤島微源無(wú)功功率的精確控制，在線路阻抗不匹配的情況下既能將無(wú)功負(fù)載平均分配給各微源模塊，又能將無(wú)功負(fù)載按照人為設(shè)定的比例進(jìn)行分配，消除了線路阻抗不匹配對(duì)無(wú)功分配造成的影響。

2、在無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)精確分配的同時(shí)，有功功率仍然按照傳統(tǒng)下垂控制的P-f關(guān)系進(jìn)行分配，互相沒(méi)有影響，保留了有功功率可以精確分配的優(yōu)點(diǎn)。

3、本方法實(shí)現(xiàn)的功能均是在不需要增添互連線與通信環(huán)節(jié)的前提下實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)現(xiàn)了所提控制目標(biāo)的基礎(chǔ)上并不影響系統(tǒng)的靈活性，并且減少了系統(tǒng)的復(fù)雜度，節(jié)省了成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法的控制框圖。

圖2為并聯(lián)微源系統(tǒng)輸出功率波形圖。

圖3為加入本發(fā)明方法后并聯(lián)微源系統(tǒng)頻率波形圖。

圖4為加入本發(fā)明方法后PCC電壓幅值波形。

圖5為加入本發(fā)明方法后負(fù)載實(shí)測(cè)功率波形。

圖6為加入本發(fā)明方法后PCC電壓諧波分析圖。

圖7為加入本發(fā)明方法后負(fù)載電流諧波分析圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法做進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1所示，以兩臺(tái)逆變器并聯(lián)構(gòu)成的系統(tǒng)為例，本發(fā)明所述分配方法的步驟如下：

步驟1、構(gòu)建采用P-f/Q-v下垂控制算法控制的兩臺(tái)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)；

步驟2、按照傳統(tǒng)P-f/Q-v下垂控制算法的下垂關(guān)系，即f＝f^*-m(P-P^*)，V＝V^*-n(Q-Q^*)進(jìn)行控制得到逆變器的輸出電壓幅值與頻率；

式中，f為輸出電壓頻率，f^*為下垂控制額定頻率，m為有功下垂系數(shù)，P為逆變器輸出有功功率，P^*為下垂控制額定有功功率；V為輸出電壓幅值，V^*為下垂控制額定電壓幅值，n為無(wú)功下垂系數(shù)，Q為逆變器輸出無(wú)功功率，Q^*為下垂控制額定無(wú)功功率；

步驟3、通過(guò)下垂控制本身具有的功率計(jì)算模塊計(jì)算第一臺(tái)逆變器輸出的無(wú)功功率Q；添加到并聯(lián)系統(tǒng)的諧波電壓的幅值為：

U＝aQ (1)

式中，U為注入諧波電壓的幅值，a為線性關(guān)系中的可調(diào)系數(shù)，根據(jù)PCC的電能質(zhì)量要求以及不同的線路阻抗進(jìn)行選取可使注入的諧波對(duì)PCC電能質(zhì)量的影響降到最低；Q為第一臺(tái)逆變器輸出無(wú)功功率。

步驟4、對(duì)第二臺(tái)逆變器的輸出電流進(jìn)行諧波提取，提取與注入頻率相同的諧波部分，可通過(guò)復(fù)數(shù)濾波器或在不同頻率的dq坐標(biāo)系中進(jìn)行提取；根據(jù)提取的諧波電流幅值反向計(jì)算第一臺(tái)逆變器輸出的無(wú)功功率，反向計(jì)算出的第一臺(tái)逆變器輸出的無(wú)功功率為：

Q_c＝I_h/aI_s (2)

式中，Q_c反向計(jì)算出的第一臺(tái)逆變器輸出的無(wú)功功率；I_h為提取出的諧波電流幅值；I_s為諧波電流的標(biāo)準(zhǔn)值，即在注入諧波電壓幅值為1V時(shí)所提取的諧波電流的幅值；a為線性關(guān)系中的可調(diào)系數(shù)。

步驟5、在第二臺(tái)逆變器中將反向計(jì)算出的無(wú)功功率值乘以系數(shù)K后與第二臺(tái)逆變器自身輸出的無(wú)功功率做差作為PI調(diào)節(jié)器的輸入；系數(shù)K為功率分配系數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)此系數(shù)便可調(diào)節(jié)功率分配的比例；

步驟6、將PI調(diào)節(jié)器的輸出添加到第二臺(tái)逆變器下垂關(guān)系中的電壓額定值之上，通過(guò)電壓調(diào)節(jié)達(dá)到無(wú)功功率精確分配。

以下通過(guò)兩臺(tái)并聯(lián)逆變器的仿真對(duì)本發(fā)明進(jìn)行有效性驗(yàn)證。

仿真參數(shù)如下：并網(wǎng)逆變器直流側(cè)電壓700V；電網(wǎng)相電壓峰值為311V；下垂控制器額定有功功率為1kW，有功下垂系數(shù)為1e-4，額定無(wú)功功率為0，無(wú)功下垂系數(shù)為3e-4；線路阻抗分別為Z₁＝(0.1+j0.013)Ω，Z₂＝(0.3+j0.039)Ω；負(fù)載有功功率初始值為5kW并在1.5s時(shí)變?yōu)?kW，無(wú)功功率初始值為3kVar并在1.5s時(shí)變?yōu)?kVar；本發(fā)明提出的控制方法在0.2s時(shí)開始運(yùn)行；0.2s-1.0s及2.0s-3.0s為無(wú)功功率平均分配模式(K＝1)，1.0s-2.0s為無(wú)功功率按照2:1比例分配模式(K＝0.5)。仿真結(jié)果如附圖2～5所示。圖2為加入本發(fā)明所提控制方法前后系統(tǒng)的輸出功率波形圖，據(jù)此圖可知，加入本發(fā)明所提控制方法后，系統(tǒng)的無(wú)功功率分配可實(shí)現(xiàn)均分與按比例分配，且不受負(fù)載功率變化影響；有功仍保留下垂控制特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)精確分配。圖3為加入本發(fā)明所提控制方法后系統(tǒng)工作頻率波形圖，據(jù)此圖可知系統(tǒng)頻率仍符合傳統(tǒng)下垂控制規(guī)律，且滿足孤島運(yùn)行要求。圖4證明加入本發(fā)明所提控制方法后輸出電壓仍與無(wú)功呈下垂關(guān)系。圖5顯示本發(fā)明中所提方法對(duì)負(fù)載的實(shí)測(cè)功率幾乎沒(méi)有影響。圖6，圖7則證明本發(fā)明所注入的用來(lái)通信的諧波對(duì)系統(tǒng)的電能質(zhì)量影響極小。結(jié)合上文所述以及各波形圖可以驗(yàn)證本發(fā)明所提出方法的有效性與可行性。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。