微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201110349629.3	申请日：	2011.11.08
公开号：	CN102510064A	公开日：	2012.06.20
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):H02J 3/12申请日:20111108授权公告日:20150218终止日期:20161108\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H02J 3/12申请日:20111108\|\|\|公开
IPC分类号：	H02J3/12; H02J3/46	主分类号：	H02J3/12
申请人：	山东大学
发明人：	李可军; 刘合金; 孙莹; 高洪霞
地址：	250061 山东省济南市历下区经十路17923号
优先权：
专利代理机构：	济南圣达知识产权代理有限公司 37221	代理人：	张勇
PDF下载：	PDF下载

内容摘要

本发明公开了一种改进的微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，它通过在传统下垂控制中，增加下垂系数的自动调节，以及直流侧额定输出功率的自动调节，来减小负荷变化引起的电压幅值和频率的波动。假设微电网中有k组逆变器并联，第k组逆变器输出的有功和无功分别为Pk和Qk，传统下垂控制中，逆变器输出电压幅值和频率下垂控制方程为：将下垂系数kPω和kQU用一个与有功、无功相关的简单函数替代，即：引入系统直流侧额定输出功率Pn和Qn，以及微电网系统的额定输出电压角频率和幅值ωn、Un，并实时检测到的负荷功率，对Pn和Qn自动调节，使其在Δt时间内逐渐趋近于Pk和Qk，此时，系统下垂控制方程为：采用上述下垂控制方程对微电网的孤岛运行进行控制。

权利要求书

1：一种微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，其特征是，在传统下垂控制中，增加下垂系数的自动调节，以及直流侧额定输出功率的自动调节，从而有效减小负荷变化引起的电压幅值和频率的波动。2：如权利要求 1 所述的微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，其特征是，步骤为：步骤 1，取微电网中有 k 组 DG，第 k 组逆变器的输出阻抗和连线阻抗之和为 rk+jXk，假设并联逆变器输出阻抗和连线阻抗之和呈现感性为主，即 Xk ＞＞ rk ；步骤 2，取 ωk、 Uk 分别为第 k 组逆变器输出电压的角频率和幅值， ω0、 U0 分别为微电网系统空载时输出电压的角频率和幅值， kPω、 kQU 分别为系统有功 - 频率下垂特性曲线和无功 - 电压下垂特性曲线的下垂系数， Pk、 Qk 分别为第 k 组逆变器输出的有功功率和无功功率；步骤 3，传统下垂控制中，逆变器输出电压幅值和频率下垂控制方程为：将传统下垂控制中的下垂系数 kPω 和 kQU 用一个与有功、无功相关的简单函数替代， kPω2、 kQU2 分别为 kPω 和 kQU 简单函数的系数， kPω1、 kQU1 分别为 kPω 和 kQU 简单函数中的常数，即：步骤 4，引入系统直流侧额定输出功率 Pn 和 Qn，以及微电网系统的额定输出电压角频率和幅值 ωn、 Un ；步骤 4，实时检测负荷功率 Pk 和 Qk，负荷功率变化时，在 DG 的最大输出功率范围内，对 Pn 和 Qn 自动调节，使其在 Δt 时间内逐渐趋近于 Pk 和 Qk，此时，系统下垂控制方程为：利用该改进的下垂控制方程，对微电网的运行进行控制。3：如权利要求 2 所述的微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，其特征是，所述系统直流侧额定输出功率 Pn 和 Qn，它们的初始值是微电网中 DG 的额定输出功率。4：如权利要求 2 所述的微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，其特征是，所述微电网系统的额定输出电压角频率 ωn ＝ 2πf ＝ 100π，额定输出电压幅值 Un ＝ 311V。

说明书

微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法
    技术领域本发明涉及一种微电网的运行控制方法，尤其涉及一种微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法。
     背景技术从系统观点来看，微电网将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，能够同时向用户供给电能和热能。微电网中包含有多个分布式电源 (Distributed Generation， DG) 和储能装置，联合向负荷供电，整个微电网对外是一个整体，通过一个主隔离开关与上级电网变电站相连。微电网的基本结构如图 1 所示。
     微电网有并网运行和孤岛运行两种运行模式，由于很多 DG 是通过逆变器接入微电网的，微电网孤岛运行时，就相当于多个逆变器并联。假设有 k(k ≥ 2) 个逆变器并联，其简化原理图如图 2 所示。其中，各个 DG 的输出电压分别为 U1 ∠ δ1、 U2 ∠ δ2… Uk ∠ δk，负载电压为 UL ∠ 0，且各个并联逆变器模块的参数相同，即 r1 ＝ r2 ＝ r3 ＝…＝ rk ＝ r， X1 ＝ X2 ＝ X3 ＝…＝ Xk ＝ X。
     如图 2 所示，负载消耗的功率中，由逆变器 k(k ≥ 2) 提供的有功功率 Pk 和无功功率 Qk 可分别表示为：
     若 AO 之间、 BO 之间、 CO 之间以及 DO 之间的感抗远大于电阻 ( 即 Xk ＞＞ rk)，当功率角较小时，可近似认为 sinδk ＝ δk， cosδk ＝ 1，则式 (1) 可写为：
     由上式可看出，有功功率主要决定于功角，而无功功率主要决定于逆变单元输出电压的幅值。逆变单元输出电压的幅值可以直接控制，而其功角控制则是通过调节逆变单元输出角频率 ωk 或频率 fk 来实现的，即：
     此时，逆变器并联系统的下垂控制包含输出电压幅值 Uk 和角频率 ωk 的下垂，下垂控制方程为：
     式中， ω0 为系统空载时的角频率； U0 为系统空载时输出电压的幅值； kPω 为系统有功 - 频率下垂特性曲线的下垂系数； kQU 为系统无功 - 电压下垂特性曲线的下垂系数。
     若 AO 之间、 BO 之间、 CO 之间以及 DO 之间的电阻远大于感抗 ( 即 rk ＞＞ Xk)，功率角较小时，式 (1) 可改写为：
     由上式可以看出，有功功率主要决定于电压幅值，而无功功率主要决定于功角。此时，逆变器并联系统的下垂控制方程为：式中， kQω 为系统无功 - 频率下垂特性曲线的下垂系数； kPU 为系统有功 - 电压下垂特性曲线的下垂系数。
     同理，若 AO 之间、 BO 之间、 CO 之间以及 DO 之间的电阻与感抗接近时，系统下垂控制方程为：
     在传统的下垂控制方式中，可以实现系统输出功率的自动可调，但牺牲了系统输出电压幅值和频率的稳态性指标。虽然下垂系数在理论上可以任意小，但在实际应用中由于受到硬件误差以及控制精度的影响，往往不得不取一个折衷的值。传统的下垂控制中，在不同的系统负荷下，下垂系数是不变的，因而可能会造成输出电压和频率的过度下垂，影响微电网电压幅值和频率的稳定性。
     发明内容
     本发明的目的就是为了解决上述问题，采用一种微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，可以有效减小下垂控制中电压幅值和频率的波动，且适用于多个 DG 并联的情况。为实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
     对于微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，它的步骤为：
     步骤 1，取微电网中有 k 组 DG，第 k 组逆变器的输出阻抗和连线阻抗之和为 rk+jXk，假设并联逆变器输出阻抗和连线阻抗之和呈现感性为主，即 Xk ＞＞ rk ；
     步骤 2，取 ωk、 Uk 分别为第 k 组逆变器输出电压的角频率和幅值， ω0、 U0 分别为微电网系统空载时输出电压的角频率和幅值， kPω、 kQU 分别为系统有功 - 频率下垂特性曲线和无功 - 电压下垂特性曲线的下垂系数， P k、 Qk 分别为第 k 组逆变器输出的有功功率和无功功率；
     步骤 3，传统下垂控制中，逆变器输出电压幅值和频率下垂控制方程为：
     步骤 4，将传统下垂控制中的下垂系数 kPω 和 kQU 用一个与有功、无功相关的简单函数替代， kPω2、 kQU2 分别为 kPω 和 kQU 简单函数的系数， kPω1、 kQU1 分别为 kPω 和 kQU 简单函数中的常数，即：
     步骤 5，引入系统直流侧额定输出功率 Pn 和 Qn，以及微电网系统的额定输出电压角频率和幅值 ωn、 Un ；
     步骤 6，实时检测负荷功率 Pk 和 Qk，负荷功率变化时，在 DG 的最大输出功率范围内，对 Pn 和 Qn 自动调节，使其在 Δt 时间内逐渐趋近于 Pk 和 Qk，此时，系统下垂控制方程为：
     ，进而对微电网系统进行控制。
     所述系统直流侧额定输出功率 Pn 和 Qn，它们的初始值是微电网中 DG 的额定输出功率。所述微电网系统的额定输出电压角频率 ωn ＝ 2πf ＝ 100π，额定输出电压幅值 Un ＝ 311V。
     本发明是关于微电网孤岛运行控制系统运行中改进下垂控制的发明。在传统下垂控制中，引入系统直流侧额定输出功率，以及微电网系统的额定输出电压角频率和幅值，增加下垂系数的自动调节，以及直流侧额定输出功率的自动调节，来减小负荷变化引起的电压幅值和频率的波动。
     本发明的有益效果是：方法简单，可以有效减小并消除负荷变化引起的微电网输出电压幅值和频率的波动。
     附图说明
     图 1 为微电网的基本结构图；图 2 为逆变器并联简化原理图；图 3 微电网孤岛运行时输出电压频率波形；图 4 微电网孤岛运行时输出相电压幅值波形；具体实施方式
     下面结合附图与实例对本发明做进一步说明。
     对于微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，它的步骤为：
     步骤 1，取微电网中有 k 组 DG，第 k 组逆变器的输出阻抗和连线阻抗之和为 rk+jXk，假设并联逆变器输出阻抗和连线阻抗之和呈现感性为主，即 Xk ＞＞ rk ；
     步骤 2，取 ωk、 Uk 分别为第 k 组逆变器输出电压的角频率和幅值， ω0、 U0 分别为微电网系统空载时输出电压的角频率和幅值， kPω、 kQU 分别为系统有功 - 频率下垂特性曲线和无功 - 电压下垂特性曲线的下垂系数， P k、 Qk 分别为第 k 组逆变器输出的有功功率和无功功率；
     步骤 3，传统下垂控制中，逆变器输出电压幅值和频率下垂控制方程为：步骤 4，将传统下垂控制中的下垂系数 kPω 和 kQU 用一个与有功、无功相关的简单函数替代， kPω2、 kQU2 分别为 kPω 和 kQU 简单函数的系数， kPω1、 kQU1 分别为 kPω 和 kQU 简单函数中的常数，即：
     步骤 5，引入系统直流侧额定输出功率 Pn 和 Qn，以及微电网系统的额定输出电压角频率和幅值 ωn、 Un ；
     步骤 6，实时检测负荷功率 Pk 和 Qk，负荷功率变化时，在 DG 的最大输出功率范围内，对 Pn 和 Qn 自动调节，使其在 Δt 时间内逐渐趋近于 Pk 和 Qk，此时，系统下垂控制方程为：
     本发明方法原理如下：
     取微电网中有 k 组 DG，传统的下垂控制中，假设并联逆变器输出阻抗和连线阻抗之和呈现感性为主，即对第 k 组逆变器， Xk ＞＞ rk，逆变器并联系统的下垂控制包含输出电压幅值和角频率的下垂，下垂控制方程为：
     式中， ωk 为第 k 组逆变器输出角频率的指令值； ω0 为系统空载时的角频率； kPω 为系统有功 - 频率下垂特性曲线的下垂系数； Uk 为第 k 组逆变器输出电压幅值指令值； U0 为系统空载时输出电压的幅值； kQU 为系统无功 - 电压下垂特性曲线的下垂系数。
     此时，在不同的系统负荷下，下垂系数是不变的，因而可能会造成输出电压和频率的过度下垂，影响微电网电压幅值和频率的稳定性。为解决该问题，本发明提出一种改进的下垂控制方法。
     首先，通过增加下垂系数的调节，可以减小负荷变化时由逆变器均流控制引起的微电网电压幅值和频率的过度下垂，从而避免微电网中交流母线电压幅值和频率出现较大波动，增加微电网逆变器并联系统的稳定性和可靠性。本发明将下垂系数 kPω 和 kQU 用一个与有功、无功相关的简单函数替代，当检测到功率变化时，会根据实际输出功率大小动态地调节下垂量。
     其次，本发明还引入了系统直流侧额定输出功率 Pn 和 Qn，以及微电网系统的额定输出电压角频率和幅值 ωn、 Un，实时检测负荷功率 Pk 和 Qk，负荷功率变化时，在 DG 的最大输出功率范围内，对 Pn 和 Qn 自动调节，使其在 Δt 时间内逐渐趋近于 Pk 和 Qk，当并联逆变器输出阻抗和连线阻抗之和呈现感性为主，且负荷功率小于系统最大输出功率时，系统的下垂控制方程如下：
     式中， kPω1 和 kPω2 为下垂系数 kPω-Pk 线性函数的常数和系数； kQU1 和 kQU2 为下垂系数 kQU-Qk 线性函数的常数和系数。
     其中，系统直流侧额定输出功率 Pn 和 Qn 的初始值是微电网中 DG 的额定输出功率，微电网系统的额定输出电压角频率 ωn ＝ 2πf ＝ 100π，额定输出电压幅值 Un ＝ 311V。
     根据本发明的方法，对微电网孤岛运行进行仿真，采用传统下垂控制和改进下垂控制仿真结果的比较如图 3 和图 4 所示。仿真模型由 k 个 DG 组成，各个 DG 交流侧经滤波装置后共同为负荷供电，模型中的参数设置如下：各个 DG 模块的参数一致，其中逆变器交流侧的滤波电感 Lk ＝ 2.2mH，电阻 rk ＝ 0.1Ω，滤波电容 Ck ＝ 500μF ；传统下垂控制中， P-f -5 -3 下垂曲线斜率为 -1×10 ， Q-U 下垂曲线斜率为 -1×10 ；初始时刻，负荷为 P ＝ 20kW， Q＝ 0Var ； t ＝ 0.8s 时，负荷变为 P ＝ 40kW， Q ＝ 5kVar ； t ＝ 1.2s 时，负荷又恢复为 P ＝ 20kW， Q ＝ 0Var ；系统仿真时间为 2s。根据仿真结果可以看出，在负荷变化时，采用本发明中的改进下垂控制可以使系统的输出电压幅值和频率恢复到额定值，增加微电网逆变器并联系统的稳定性和可靠性。

资源描述

《微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法.pdf（9页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102510064 A (43)申请公布日 2012.06.20 C N 1 0 2 5 1 0 0 6 4 A *CN102510064A* (21)申请号 201110349629.3 (22)申请日 2011.11.08 H02J 3/12(2006.01) H02J 3/46(2006.01) (71)申请人山东大学地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人李可军刘合金孙莹高洪霞 (74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司 37221 代理人张勇 (54) 发明名称微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法。

2、(57) 摘要本发明公开了一种改进的微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，它通过在传统下垂控制中，增加下垂系数的自动调节，以及直流侧额定输出功率的自动调节，来减小负荷变化引起的电压幅值和频率的波动。假设微电网中有k组逆变器并联，第k组逆变器输出的有功和无功分别为P k 和Q k ，传统下垂控制中，逆变器输出电压幅值和频率下垂控制方程为：将下垂系数k P 和 k QU 用一个与有功、无功相关的简单函数替代，即：引入系统直流侧额定输出功率P n 和Q n ，以及微电网系统的额定输出电压角频率和幅值 n 、U n ，并实时检测到的负荷功率，对P n 和Q n 自动调节。

3、，使其在t时间内逐渐趋近于P k 和Q k ，此时，系统下垂控制方程为：采用上述下垂控制方程对微电网的孤岛运行进行控制。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页说明书5页附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 1 页说明书 5 页附图 2 页 1/1页 2 1.一种微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，其特征是，在传统下垂控制中，增加下垂系数的自动调节，以及直流侧额定输出功率的自动调节，从而有效减小负荷变化引起的电压幅值和频率的波动。 2.如权利要求1所述的微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，其特征是，步骤为：步骤1。

4、，取微电网中有k组DG，第k组逆变器的输出阻抗和连线阻抗之和为r k +jX k ，假设并联逆变器输出阻抗和连线阻抗之和呈现感性为主，即X k r k ；步骤2，取 k 、U k 分别为第k组逆变器输出电压的角频率和幅值， 0 、U 0 分别为微电网系统空载时输出电压的角频率和幅值，k P 、k QU 分别为系统有功-频率下垂特性曲线和无功-电压下垂特性曲线的下垂系数，P k 、Q k 分别为第k组逆变器输出的有功功率和无功功率；步骤3，传统下垂控制中，逆变器输出电压幅值和频率下垂控制方程为：将传统下垂控制中的下垂系数k P 和k QU 用一个与有功、无功相关的简单函数替代， k。

5、 P2 、k QU2 分别为k P 和k QU 简单函数的系数，k P1 、k QU1 分别为k P 和k QU 简单函数中的常数，即：步骤4，引入系统直流侧额定输出功率P n 和Q n ，以及微电网系统的额定输出电压角频率和幅值 n 、U n ；步骤4，实时检测负荷功率P k 和Q k ，负荷功率变化时，在DG的最大输出功率范围内，对 P n 和Q n 自动调节，使其在t时间内逐渐趋近于P k 和Q k ，此时，系统下垂控制方程为：利用该改进的下垂控制方程，对微电网的运行进行控制。 3.如权利要求2所述的微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，其特征是，所述系统直流侧额定输出。

6、功率P n 和Q n ，它们的初始值是微电网中DG的额定输出功率。 4.如权利要求2所述的微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，其特征是，所述微电网系统的额定输出电压角频率 n 2f100，额定输出电压幅值U n 311V。权利要求书CN 102510064 A 1/5页 3 微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法技术领域 0001 本发明涉及一种微电网的运行控制方法，尤其涉及一种微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法。背景技术 0002 从系统观点来看，微电网将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，能够同时向用户供给电能和热能。微电。

7、网中包含有多个分布式电源 (Distributed Generation，DG)和储能装置，联合向负荷供电，整个微电网对外是一个整体，通过一个主隔离开关与上级电网变电站相连。微电网的基本结构如图1所示。 0003 微电网有并网运行和孤岛运行两种运行模式，由于很多DG是通过逆变器接入微电网的，微电网孤岛运行时，就相当于多个逆变器并联。假设有k(k2)个逆变器并联，其简化原理图如图2所示。其中，各个DG的输出电压分别为U 1 1 、U 2 2 U k k ，负载电压为U L 0，且各个并联逆变器模块的参数相同，即r 1 r 2 r 3 r k r，X 1 X 2 X 3 X k X。 00。

8、04 如图2所示，负载消耗的功率中，由逆变器k(k2)提供的有功功率P k 和无功功率Q k 可分别表示为： 0005 0006 若AO之间、BO之间、CO之间以及DO之间的感抗远大于电阻(即X k r k )，当功率角较小时，可近似认为sin k k，cos k 1，则式(1)可写为： 0007 0008 由上式可看出，有功功率主要决定于功角，而无功功率主要决定于逆变单元输出电压的幅值。逆变单元输出电压的幅值可以直接控制，而其功角控制则是通过调节逆变单元输出角频率 k 或频率f k 来实现的，即： 0009 0010 此时，逆变器并联系统的下垂控制包含输出电压幅值U k 和角频率 k。

9、的下垂，下垂控制方程为： 0011 0012 式中， 0 为系统空载时的角频率；U 0 为系统空载时输出电压的幅值；k P 为系统有说明书CN 102510064 A 2/5页 4 功-频率下垂特性曲线的下垂系数；k QU 为系统无功-电压下垂特性曲线的下垂系数。 0013 若AO之间、BO之间、CO之间以及DO之间的电阻远大于感抗(即r k X k )，功率角较小时，式(1)可改写为： 0014 0015 由上式可以看出，有功功率主要决定于电压幅值，而无功功率主要决定于功角。 0016 此时，逆变器并联系统的下垂控制方程为： 0017 0018 式中，k Q 为系统无功-频率下垂。

10、特性曲线的下垂系数；k PU 为系统有功-电压下垂特性曲线的下垂系数。 0019 同理，若AO之间、BO之间、CO之间以及DO之间的电阻与感抗接近时，系统下垂控制方程为： 0020 0021 在传统的下垂控制方式中，可以实现系统输出功率的自动可调，但牺牲了系统输出电压幅值和频率的稳态性指标。虽然下垂系数在理论上可以任意小，但在实际应用中由于受到硬件误差以及控制精度的影响，往往不得不取一个折衷的值。传统的下垂控制中，在不同的系统负荷下，下垂系数是不变的，因而可能会造成输出电压和频率的过度下垂，影响微电网电压幅值和频率的稳定性。发明内容 0022 本发明的目的就是为了解决上述问题，采。

11、用一种微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，可以有效减小下垂控制中电压幅值和频率的波动，且适用于多个DG并联的情况。 0023 为实现上述目标，本发明采用如下技术方案： 0024 对于微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，它的步骤为： 0025 步骤1，取微电网中有k组DG，第k组逆变器的输出阻抗和连线阻抗之和为r k +jX k ，假设并联逆变器输出阻抗和连线阻抗之和呈现感性为主，即X k r k ； 0026 步骤2，取 k 、U k 分别为第k组逆变器输出电压的角频率和幅值， 0 、U 0 分别为微电网系统空载时输出电压的角频率和幅值，k P 、k QU 分别为系统有。

12、功-频率下垂特性曲线和无功-电压下垂特性曲线的下垂系数，P k 、Q k 分别为第k组逆变器输出的有功功率和无功功率； 0027 步骤3，传统下垂控制中，逆变器输出电压幅值和频率下垂控制方程为： 0028 说明书CN 102510064 A 3/5页 5 0029 步骤4，将传统下垂控制中的下垂系数k P 和k QU 用一个与有功、无功相关的简单函数替代，k P2 、k QU2 分别为k P 和k QU 简单函数的系数，k P1 、k QU1 分别为k P 和k QU 简单函数中的常数，即： 0030 0031 步骤5，引入系统直流侧额定输出功率P n 和Q n ，以及微电网系统的。

13、额定输出电压角频率和幅值 n 、U n ； 0032 步骤6，实时检测负荷功率P k 和Q k ，负荷功率变化时，在DG的最大输出功率范围内，对P n 和Q n 自动调节，使其在t时间内逐渐趋近于P k 和Q k ，此时，系统下垂控制方程为： 0033 0034 ，进而对微电网系统进行控制。 0035 所述系统直流侧额定输出功率P n 和Q n ，它们的初始值是微电网中DG的额定输出功率。所述微电网系统的额定输出电压角频率 n 2f100，额定输出电压幅值U n 311V。 0036 本发明是关于微电网孤岛运行控制系统运行中改进下垂控制的发明。在传统下垂控制中，引入系统直流侧额定输出功。

14、率，以及微电网系统的额定输出电压角频率和幅值，增加下垂系数的自动调节，以及直流侧额定输出功率的自动调节，来减小负荷变化引起的电压幅值和频率的波动。 0037 本发明的有益效果是：方法简单，可以有效减小并消除负荷变化引起的微电网输出电压幅值和频率的波动。附图说明 0038 图1为微电网的基本结构图； 0039 图2为逆变器并联简化原理图； 0040 图3微电网孤岛运行时输出电压频率波形； 0041 图4微电网孤岛运行时输出相电压幅值波形；具体实施方式 0042 下面结合附图与实例对本发明做进一步说明。 0043 对于微电网孤岛运行控制系统中的改进下垂控制方法，它的步骤为： 0044 。

15、步骤1，取微电网中有k组DG，第k组逆变器的输出阻抗和连线阻抗之和为r k +jX k ，假设并联逆变器输出阻抗和连线阻抗之和呈现感性为主，即X k r k ； 0045 步骤2，取 k 、U k 分别为第k组逆变器输出电压的角频率和幅值， 0 、U 0 分别为微电网系统空载时输出电压的角频率和幅值，k P 、k QU 分别为系统有功-频率下垂特性曲线和无功-电压下垂特性曲线的下垂系数，P k 、Q k 分别为第k组逆变器输出的有功功率和无功功率； 0046 步骤3，传统下垂控制中，逆变器输出电压幅值和频率下垂控制方程为：说明书CN 102510064 A 4/5页 6 0047。

16、 0048 步骤4，将传统下垂控制中的下垂系数k P 和k QU 用一个与有功、无功相关的简单函数替代，k P2 、k QU2 分别为k P 和k QU 简单函数的系数，k P1 、k QU1 分别为k P 和k QU 简单函数中的常数，即： 0049 0050 步骤5，引入系统直流侧额定输出功率P n 和Q n ，以及微电网系统的额定输出电压角频率和幅值 n 、U n ； 0051 步骤6，实时检测负荷功率P k 和Q k ，负荷功率变化时，在DG的最大输出功率范围内，对P n 和Q n 自动调节，使其在t时间内逐渐趋近于P k 和Q k ，此时，系统下垂控制方程为： 0052 00。

17、53 本发明方法原理如下： 0054 取微电网中有k组DG，传统的下垂控制中，假设并联逆变器输出阻抗和连线阻抗之和呈现感性为主，即对第k组逆变器，X k r k ，逆变器并联系统的下垂控制包含输出电压幅值和角频率的下垂，下垂控制方程为： 0055 0056 式中， k 为第k组逆变器输出角频率的指令值； 0 为系统空载时的角频率；k P 为系统有功-频率下垂特性曲线的下垂系数；U k 为第k组逆变器输出电压幅值指令值；U 0 为系统空载时输出电压的幅值；k QU 为系统无功-电压下垂特性曲线的下垂系数。 0057 此时，在不同的系统负荷下，下垂系数是不变的，因而可能会造成输出电压和频率。

18、的过度下垂，影响微电网电压幅值和频率的稳定性。为解决该问题，本发明提出一种改进的下垂控制方法。 0058 首先，通过增加下垂系数的调节，可以减小负荷变化时由逆变器均流控制引起的微电网电压幅值和频率的过度下垂，从而避免微电网中交流母线电压幅值和频率出现较大波动，增加微电网逆变器并联系统的稳定性和可靠性。本发明将下垂系数k P 和k QU 用一个与有功、无功相关的简单函数替代，当检测到功率变化时，会根据实际输出功率大小动态地调节下垂量。 0059 其次，本发明还引入了系统直流侧额定输出功率P n 和Q n ，以及微电网系统的额定输出电压角频率和幅值 n 、U n ，实时检测负荷功率P 。

19、k 和Q k ，负荷功率变化时，在DG的最大输出功率范围内，对P n 和Q n 自动调节，使其在t时间内逐渐趋近于P k 和Q k ，当并联逆变器输出阻抗和连线阻抗之和呈现感性为主，且负荷功率小于系统最大输出功率时，系统的下垂控制方程如下： 0060 0061 式中，k P1 和k P2 为下垂系数k P -P k 线性函数的常数和系数；k QU1 和k QU2 为下垂系说明书CN 102510064 A 5/5页 7 数k QU -Q k 线性函数的常数和系数。 0062 其中，系统直流侧额定输出功率P n 和Q n 的初始值是微电网中DG的额定输出功率，微电网系统的额定输出电。

20、压角频率 n 2f100，额定输出电压幅值U n 311V。 0063 根据本发明的方法，对微电网孤岛运行进行仿真，采用传统下垂控制和改进下垂控制仿真结果的比较如图3和图4所示。仿真模型由k个DG组成，各个DG交流侧经滤波装置后共同为负荷供电，模型中的参数设置如下：各个DG模块的参数一致，其中逆变器交流侧的滤波电感L k 2.2mH，电阻r k 0.1，滤波电容C k 500F；传统下垂控制中，P-f 下垂曲线斜率为-110 -5 ，Q-U下垂曲线斜率为-110 -3 ；初始时刻，负荷为P20kW，Q 0Var；t0.8s时，负荷变为P40kW，Q5kVar；t1.2s时，负荷又恢复为P20kW， Q0Var；系统仿真时间为2s。根据仿真结果可以看出，在负荷变化时，采用本发明中的改进下垂控制可以使系统的输出电压幅值和频率恢复到额定值，增加微电网逆变器并联系统的稳定性和可靠性。说明书CN 102510064 A 1/2页 8 图1 图2 图3 说明书附图CN 102510064 A 2/2页 9 图4 说明书附图CN 102510064 A 。

展开阅读全文