申请/专利权人：长沙理工大学

申请日：2023-07-07

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN116937671B

主分类号：H02J3/38

分类号：H02J3/38;H02J3/46

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2023.11.10#实质审查的生效;2023.10.24#公开

摘要：本发明公开了一种孤岛交流微电网的恒频分布式控制方法，涉及新能源交流微电网的控制领域，用于解决现有的微电网运行控制存在影响电能质量、频率稳定性低、功率分配精度不高的问题；本发明结合一致性算法与GPS同步模块，使得微电网各分布式电源处于恒频运行状态下实现精确的功率分配，不需要二次控制回路进行频率校正；实现了有功功率按照各电源容量的精确分配以及实现微电网各电源间的同步，避免了传统下垂控制下微电网频率产生偏差的问题；最后，建立基于该控制方法的小信号模型，并分析其稳定性以确立各参数，实现系统在恒定频率下的稳定运行。

主权项：1.一种孤岛交流微电网的恒频分布式控制方法，其特征在于，方法包括：步骤一：构建微电网中各分布式电源通信结构，并确立各电源信息交换向量；步骤二：构建有功功率调节器，将各电源信息交换向量作为输入，得到相角期望参考值；步骤三：构建基于GPS信号的相位同步模块，将相角期望参考值与同步旋转参考相角叠加，以获得电压同步旋转参考相角；步骤四：将电压同步旋转参考相角，作为逆变器调制参考信号，参考频率维持50Hz不变，对逆变器进行恒频控制；步骤五：基于步骤一至步骤四中的各控制环节，控制器在t＝0时刻接入微电网，建立完整微电网小信号模型，分析微电网小信号模型中关键参数对系统稳定性的影响，完成参数设计和微电网完整控制模型的搭建与仿真分析；其中微电网小信号模型包括微电网逆变器小信号模型、微电网传输线路小信号模型和微电网控制回路小信号模型；所述构建微电网中各分布式电源通信结构的具体过程为：S11：将微电网中各分布式电源视为独立智能体，各独立智能体之间存在特定通信连接；对于由N个分布式电源构成的微电网，其通信网络的邻接矩阵A为：A＝[aij]∈RN×N，其中，aij为节点i、j之间的通信权重，若节点i从节点j中接受信息，表示节点j与节点i相邻，aij0，否则，aij＝0；S12：微电网设有入度矩阵Din： 其中，di表示节点i的总通信权重，Ni表示节点i所有相邻节点的集合；S13：根据邻接矩阵A与入度矩阵Din得到该通信网络拓扑结构的其拉普拉斯矩阵L，具体为： 所述确立各电源信息交换向量的过程为：对各分布式电源出口电压和电流测量进行功率计算，并根据各分布式电源装机容量对测量功率进行归一化处理，经归一化处理的有功功率构成各电源信息交换向量，具体为：ui＝{Pinorm}，其中，Pinorm为节点i有功功率标幺值，Pinorm＝PiPirated，Pirated为节点i额定有功功率；Pi为电源出口功率实测值；所述构建有功功率调节器的过程为：逆变器有功功率通过一致性算法产生有功功率失配项，积分后作为相位修正项，直接叠加到逆变器出口电压相位，具体为：S21：测量本地输出有功、无功功率，基于通信拓扑结构，接收其相邻节点信息向量：其中，Ni表示节点i所有相邻节点的集合；S22：有功功率标幺值通过一致性算法在节点i产生的有功功率失配项为：其中，mPi表示节点i有功功率失配项；b为参数；aij为节点i、j间的通信权重；S23：将有功功率失配项积分，得到相位修正项：则t时刻对逆变器出口电压存在对应的相位参考值为节点i初相位；所述获得电压同步旋转参考相角的过程为：S31：计算各分布式电源本地时间误差：各分布式电源中GPS接收器捕获到1HzGPS脉冲信号的上升沿，并记录为tsig，获取本地时钟与GPS接收器信号tsig之间的时间偏移量toffset：toffset＝mod{tsig,1}；S32：修正各分布式电源至同步时间；为逆变器的本地时间；S33：产生同步旋转参考相角：将该同步时间与额定频率相乘，与2π取模获得同步旋转参考相角δoffset：δoffset＝mod[ωntsync,2π]；所述步骤四中逆变器在t时刻的参考电压为：其中，ωn为额定频率50Hz；为逆变器出口电压幅值；所述微电网逆变器小信号模型为其中，和分别为包含逆变器出口电压实际相角和参考相角的矩阵；GΔ为逆变器的相位传递函数；所述微电网传输线路小信号模型为为P-δ、P-e的传递系数；所述微电网控制回路小信号模型的构建过程为：控制器在t＝0s接入，则有：联立逆变器模型、传输线路模型和控制器模型可得到微电网控制回路小信号模型其中，TMG是有功平衡矩阵，其表达式如下：L分别为额定功率矩阵、传输线路系数矩阵和拉普拉斯矩阵；b为参数；S61：假设控制器在t＝0时刻接入微电网，则时间域中的任何变量x都有如下表示： 其中，xq为变量x的静态部分，表示其在t＜0时刻的稳态值；为变量x的小信号部分，表示其对控制器在t＝0时刻接入的响应；S62：建立微电网逆变器小信号模型： 其中，和分别为包含逆变器出口电压实际相角和参考相角的矩阵；GΔ为逆变器的相位传递函数；由于逆变器相位调制的动态响应比控制器速度快得多，因此近似认为S63：进一步地，建立微电网传输线路小信号模型： 其中，为P-δ、P-e传递系数；由于微电网传输线路参数以感性为主，因此S64：建立微电网控制回路小信号模型；假设控制器在t＝0s接入，则有： 将公式2代入上式，得出： 将公式3代入18，将其转化为如下矩阵形式： 公式19表示包含通信连接的控制器动态模型；联立逆变器模型、传输线路模型和控制器模型得到微电网小信号模型； 其中，TMG是有功平衡矩阵，其表达式如下： 对于一个特定的微电网，额定功率矩阵传输线路系数矩阵和拉普拉斯矩阵L都是已知的，因此公式20是一个常微分方程式，通过设置不同的参数b评估其稳定性，在正常工作条件下为b找到合适的增益；在20中描述的整个微电网的特征方程表示为：det-λIN+TMG＝022通过验证参数b在不同取值的情况下微电网的稳定性，为参数b确立合适的设计准则。

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百度查询： 长沙理工大学 一种孤岛交流微电网的恒频分布式控制方法

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