專利名稱：一種微網的有功頻率調節方法
技術領域：
本發明屬于電力系統中的微網技術領域，尤其涉及一種微網的有功頻率調節方法。
背景技術：
微網(Microgrid)是由微電源(microsources,即微網中的分布式電源Distributed Generation,DG)、儲能裝置及負荷等共同組成的有機系統。圖I所示為微網的基本結構圖，圖中微網由一組放射狀饋線組成，微電源可包括光伏電源、風力發電、燃料電池、微型燃氣輪機等。微網運行方式靈活，如何通過對微網中各種微電源進行有效的控制，以保證微網在不同運行方式下都能安全、有效、可靠運行，正是微網研究中的一個難點問題。特別地，當微網獨立運行時，由于缺乏大電網的支撐，且采用大量電力電子設備作為接口，系統慣性較小或無慣性，另外，諸如光伏發電、風力發電等類型的微電源出力具有隨機性、波動性、間歇性及負載的多變性等因素使得微網獨立運行時頻率控制具有一定的難度，此時需要有靈活的控制方法維持功率的動態平衡，并使頻率偏差在規定的運行范圍之內。當微電源有功出力發生變化時，由于常規的有功-頻率下垂控制方法中下垂系數固定，必然會出現頻率偏差，嚴重時可能造成微網頻率過度下垂，無法保證微網輸出頻率的穩態指標。
發明內容
針對上述背景技術中提到的常規有功-頻率下垂控制方法的不足，本發明提出一種微網的有功頻率調節方法，該方法對可控性較強的微電源的有功-頻率下垂系數進行動態調節，使參考頻率跟蹤額定頻率，實現無差調頻，特別適合于微網獨立運行的工況。本發明的技術方案是，一種微網的有功頻率調節方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟I :根據微網額定頻率得到微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數；步驟2 :根據步驟I得到的有功-頻率下垂系數和微電源當前輸出的有功功率得到微電源的參考頻率；步驟3 :根據微電源的參考頻率得到微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數；步驟4 :根據微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數和微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數的誤差，在線實時調節權系數向量，當微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數與微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數一致時，參考頻率跟蹤額定頻率，實現無差調頻。所述微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數的計算公式為Ww=W(I)Fn其中
m(k)為第k次采樣時微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數；ff(k)為第k次采樣時的權系數向量；FnS微網額定頻率向量。所述微電源的參考頻率的計算公式為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為微電源當前輸出的有功功率。所述微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數的計算公式為 _)=W^F,糊其中(k)為第k次采樣時微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數；Fref(k)為微電源參考頻率向量。所述權系數向量的調節公式為W(k+1) = ff(k)+2y (m(k)-m/ (k))Fref(k)其中ff(k+1)為第k+1次采樣時的權系數向量；μ為收斂因子。本發明的優點在于針對常規有功-頻率下垂控制中下垂系數固定可能造成微網頻率過度下垂的問題，提出一種微網的有功頻率調節方法，對微網內的不平衡有功功率進行實時動態調節，實現各微電源并入微網自律運行，使微網的運行頻率控制更準確，保證微網頻率穩定在額定頻率，滿足電能質量中的相關頻率質量標準，確保微網對重要用戶供電的頻率要求。
圖I為實施例中微網基本結構圖；圖2為有功-頻率下垂特性示意圖；圖3為本發明提出的一種微網的有功頻率調節方法原理圖；圖4為逆控制模塊原理圖；圖5為自適應LMS濾波模塊原理圖；圖6為本發明提出的一種微網的有功頻率調節方法流程圖；圖7為實施例中微網的微電源互聯結構示意圖；圖8為實例中各微電源輸出有功功率仿真圖；圖9為實例中各微電源輸有功-頻率下垂系數仿真圖；圖10為實例中微電源互聯系統頻率仿真圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。本發明包括以下步驟步驟I :根據微網額定頻率得到微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數；步驟2 :根據步驟I得到的有功-頻率下垂系數和微電源當前輸出的有功功率得到微電源的參考頻率；
步驟3 :根據微電源參考頻率得到微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數；步驟4 :根據微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數和微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數的誤差，在線實時調節權系數，并將權系數復制給逆控制模塊；當微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數與微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數一致時，參考頻率跟蹤額定頻率，實現無差調頻。常規有功-頻率下垂控制的下垂系數固定可能會導致由負荷需求變化造成的頻率偏差過大不滿足電能質量中的相關頻率質量標準。本發明針對微網的有功-頻率下垂特性，通過本發明所提出的方法，在線調節有功-頻率下垂系數，在保證微電源并入微網自律運行、動態調節微網內不平衡有功功率的同時，實現微網頻率的無差調節。(I)為實現微網內不平衡有功功率的動態調節，利用有功-頻率下垂特性對微電源輸出有功功率進行靈活控制。常規微電源的有功-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；P為微電源當前輸出的有功功率。圖2為有功-頻率下垂控制示意圖。初始穩態運行點為A，此時微電源輸出有功功率為Pa,對應的頻率為額定頻率fN，下垂系數為mA。當負荷需求變化要求微電源輸出有功增大為Pb時，若仍按照原下垂系數％進行控制，微電源運行點移動至B點，輸出頻率低于fN。此時如果調整下垂系數為mB，微電源運行點變為B'點，則可使頻率恢復至fN。同理，當負荷需求變化要求微電源輸出有功減小為匕時，若仍按照原下垂系數mA進行控制，微電源運行點移動至C點，輸出頻率高于fN。此時如果調整下垂系數為，微電源運行點變為CT點，則可使頻率恢復至fN。不難看出，當負荷需求變化要求微電源輸出有功功率增大或減小時，若仍按照恒定有功-頻率下垂系數進行控制，必然出現頻率偏差，嚴重時可能不滿足電能質量中的相關頻率質量要求，若根據微電源有功出力情況動態調節有功-頻率下垂系數，則可實現微電源的無差調頻。(2)鑒于上述情況，本發明提出一種微網的有功頻率調節方法，其原理框圖如圖3所示。本發明包括逆控制模塊、有功-頻率下垂控制模塊、自適應LMS濾波模塊三部分。其中，自適應LMS濾波模塊由數字濾波模塊、比較模塊和自適應算法模塊構成。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字濾波模塊連接；比較模塊分別與數字濾波模塊、逆控制模塊和自適應算法模塊連接；自適應算法模塊根據逆控制模塊輸出和數字濾波模塊輸出的誤差調節逆控制模塊和數字濾波模塊的權系數。
圖3中逆控制模塊由η個可變的權系數構成，其原理圖如圖4所示。逆控制模塊對微網額定頻率fN延遲采樣后加權求和，輸出為微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數。因此有
權利要求
1.一種微網的有功頻率調節方法，其特征是該方法包括以下步驟 步驟I :根據微網額定頻率得到微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數； 步驟2 :根據步驟I得到的有功-頻率下垂系數和微電源當前輸出的有功功率得到微電源的參考頻率；步驟3 :根據微電源的參考頻率得到微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數；步驟4 :根據微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數和微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數的誤差，在線實時調節權系數向量，當微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數與微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數一致時，參考頻率跟蹤額定頻率，實現無差調頻。
2.根據權利要求I所述的一種微網的有功頻率調節方法，其特征是所述微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數的計算公式為m(k) = W(幻 Fn其中 m(k)為第k次采樣時微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數； W(k)為第k次采樣時的權系數向量； FnS微網額定頻率向量。
3.根據權利要求2所述的一種微網的有功頻率調節方法，其特征是所述微電源的參考頻率的計算公式為 ^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為微電源當前輸出的有功功率。
4.根據權利要求3所述的一種微網的有功頻率調節方法，其特征是所述微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數的計算公式為 = W(I)F咖 其中 IHi (k)為第k次采樣時微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數； Fref(k)為微電源參考頻率向量。
5.根據權利要求4所述的一種微網的有功頻率調節方法，其特征是所述權系數向量的調節公式為 W(k+D = W(k)+2^ (m(k)-m/ (k))Fref(k) 其中 W(k+1)為第k+1次采樣時的權系數向量； μ為收斂因子。
全文摘要
本發明公開了電力系統中的微網技術領域中的一種微網的有功頻率調節方法。本發明首先根據微網額定頻率得到微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數；然后根據得到的有功-頻率下垂系數和微電源當前輸出的有功功率得到微電源的參考頻率；進而得到微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數；最后根據微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數和微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數的誤差，在線實時調節權系數向量，當微電源參考頻率對應的有功-頻率下垂系數與微網額定頻率對應的有功-頻率下垂系數一致時，參考頻率跟蹤額定頻率，實現無差調頻。本發明實現了微電源并入微網自律運行，滿足了電能質量中的相關頻率質量標準。
文檔編號H02J3/48GK102709956SQ201210171399
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月29日 優先權日2012年5月29日
發明者喬琨, 孫國繁, 朱珺敏, 李鵬, 王旭斌, 錢江, 陳建杰, 陳超 申請人:華北電力大學(保定), 山西省電力公司運城供電分公司