專利名稱：一種基于逆系統(tǒng)的微網(wǎng)有功無功功率獨立控制方法
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，尤其涉及一種基于逆系統(tǒng)的微網(wǎng)有功無功功率獨立控制方法。
背景技術(shù)：
微網(wǎng)(Microgrid)通常被定義為由微電源(即微網(wǎng)中的分布式電源Distributed Generation, DG)、儲能設(shè)備和負荷等共同組成的系統(tǒng)，如圖1所示。圖中，微網(wǎng)由一組放射型饋線組成，通過一個公共連接點與大電網(wǎng)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(jié)點1、2、3、 4處有四個微電源，當微網(wǎng)獨立運行時，敏感負荷與配電網(wǎng)斷開，由微電源對其提供功率支持，當微網(wǎng)與配電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)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(fā)電、風力發(fā)電、燃料電池發(fā)電、微燃機發(fā)電等，微電源和儲能設(shè)備通常由電力電子器件負責能量轉(zhuǎn)換，并提供必要的控制。微網(wǎng)可以為高科技園區(qū)、居民小區(qū)、大學校園或海島等供電；微網(wǎng)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(wǎng)線路進行功率傳輸，且傳輸線通常長度為幾公里。傳統(tǒng)功率傳輸控制方法中的P_f、Q-U控制方法是適用于高壓傳輸線參數(shù)的功率傳輸控制，即適用于傳輸線參數(shù)中感抗遠大于電阻的情況。而對于微網(wǎng)中傳輸線參數(shù)的特點，原控制方法不再適用。微網(wǎng)中傳輸線參數(shù)如表1所示，感抗值和電阻值為同一個數(shù)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(dǎo)致功率傳輸控制的不精確。表1微網(wǎng)傳輸線阻抗參數(shù)
額定電壓 (千伏)導(dǎo)線型號阻抗 (歐/公里)電阻感抗LJ-161. 980. 358LJ-251. 280. 3450. 38LJ-350. 920. 336LJ-500. 640. 325LJ-700. 460. 31
發(fā)明內(nèi)容
針對上述背景技術(shù)中提到的現(xiàn)有微網(wǎng)傳輸線功率中有功功率和無功功率的相互耦合、導(dǎo)致有功無功功率獨立調(diào)節(jié)不易、不利于微網(wǎng)內(nèi)潮流調(diào)控的不足，本發(fā)明提出了一種基于逆系統(tǒng)的微網(wǎng)有功無功功率獨立控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于逆系統(tǒng)的微網(wǎng)有功無功功率獨立控制方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟1 功率傳輸決策單元根據(jù)微電源的輸出功率和負荷，計算出傳輸線上傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率；步驟2 逆系統(tǒng)控制單元根據(jù)步驟1得到的數(shù)據(jù)，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(diào)制PWM控制單元根據(jù)步驟2得到的數(shù)據(jù)，實時計算并發(fā)出脈沖信號，控制被控微電源的逆變器，實現(xiàn)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(yīng)傳輸?shù)挠泄β剩籕為與微電源1相連的線路上忽略線路無功損耗時應(yīng)傳輸?shù)臒o功功率；Prei為微電源1發(fā)出的有功功率；Qdci為微電源1發(fā)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(cè)的有功功率；Q2為母線2處線路側(cè)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(fā)明的優(yōu)點在于針對微網(wǎng)中傳輸線的實際參數(shù)特點，利用逆系統(tǒng)控制方法實現(xiàn)
了傳輸線上功率傳輸?shù)木_控制，并很好地實現(xiàn)了有功、無功的獨立控制，有利于微網(wǎng)中有
5功、無功潮流的獨立調(diào)整。


圖1為實施例中微網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)圖。圖2為實施例中有功無功獨立控制框圖。圖3為逆系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)獨立控制單元內(nèi)部運算示圖。圖7為有功無功獨立控制方法應(yīng)用于微網(wǎng)有功調(diào)節(jié)示例仿真實驗圖。圖8為有功無功獨立控制方法應(yīng)用于微網(wǎng)無功調(diào)節(jié)示例仿真實驗圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。本發(fā)明的原理通過控制微網(wǎng)線路一端微電源的輸出電壓有效值和相位來實現(xiàn)微網(wǎng)線路中的功率傳輸控制，電壓有效值和相位是利用逆系統(tǒng)方法將功率傳輸方程求逆所得逆系統(tǒng)的輸出，這里，以線路另一端的電壓為參考電壓。其實現(xiàn)步驟為首先由功率傳輸決策單元根據(jù)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(yīng)傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率，將數(shù)據(jù)送給逆系統(tǒng)控制單元；再由逆系統(tǒng)控制單元根據(jù)輸入的有功功率和無功功率計算出所控微電源應(yīng)輸出的電壓有效值和相位，由于計算中以線路另一端的電壓為參考值，因此由逆系統(tǒng)控制單元解得的電壓相位差即為所控微電源應(yīng)輸出的電壓相位；最后由脈寬調(diào)制 PWM控制單元根據(jù)電壓有效值和相位實時計算并發(fā)出脈沖信號，控制被控微電源的逆變器， 實現(xiàn)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(tǒng)控制單元、以及脈寬調(diào)制PWM控制單元，如圖2所示。本發(fā)明的
具體實施例方式(1)功率傳輸決策單元根據(jù)微電源輸出功率和負荷計算出微網(wǎng)傳輸線上應(yīng)傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率，這里，以微電源1的控制為例，可以通過下述公式計算
權(quán)利要求
1.一種基于逆系統(tǒng)的微網(wǎng)有功無功功率獨立控制方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟1 功率傳輸決策單元根據(jù)微電源的輸出功率和負荷，計算出傳輸線上傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率；步驟2 逆系統(tǒng)控制單元根據(jù)步驟1得到的數(shù)據(jù)，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(diào)制PWM控制單元根據(jù)步驟2得到的數(shù)據(jù)，實時計算并發(fā)出脈沖信號，控制被控微電源的逆變器，實現(xiàn)線路上有功功率和無功功率傳輸控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于逆系統(tǒng)的微網(wǎng)有功無功功率獨立控制方法，其特征是所述有功功率和無功功率的計算公式分別為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于逆系統(tǒng)的微網(wǎng)有功無功功率獨立控制方法，其特征是所述P、Q的計算公式分別為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于逆系統(tǒng)的微網(wǎng)有功無功功率獨立控制方法，其特征是所述電壓有效值的計算公式為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于逆系統(tǒng)的微網(wǎng)有功無功功率獨立控制方法，其特征是所述電壓相位角的計算公式為
全文摘要
本發(fā)明公開了電力系統(tǒng)中微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于逆系統(tǒng)的微網(wǎng)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(yīng)傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率；再由逆系統(tǒng)控制單元根據(jù)輸入的有功功率和無功功率計算出所控微電源應(yīng)輸出的電壓的有效值和相位；最后由脈寬調(diào)制PWM控制單元根據(jù)電壓有效值和相位實時計算并發(fā)出脈沖信號，控制被控微電源的逆變器，實現(xiàn)線路上有功功率和無功功率傳輸控制。本發(fā)明解決了微網(wǎng)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，提供了一種適用于微網(wǎng)中線路參數(shù)特點、能夠精確控制功率傳輸、并能實現(xiàn)有功功率和無功功率獨立調(diào)節(jié)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(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)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