[发明专利]一种运行、控制和保护性能提高的微电网系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种运行、控制和保护性能提高的微电网系统，属于电工技术。

背景技术

微电网从系统观点看问题，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，同时向用户供给电能和热能。微电网中的电源多为微电源具有低成本、低电压、低污染等特点。微电网既可与大电网联网运行，也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行，是能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。微电网不仅解决了分布式电源的大规模接入问题，充分发挥了分布式电源的各项优势，还为用户带来了其他多方面的效益。

在多逆变器并联运行中，作为并联控制关键技术的下垂控制法，在低电压微电网中，连接线路相对其他电压等级线路的阻抗比高得多，线路较长时，电阻值较高；由于分布式电源与公共连接点远近不同，因而连接阻抗存在差异，导致逆变器环流增大及功率分配不均衡；微电网接入给电力系统保护带来新的问题，微电网随着分布式发电数量和渗透率的逐渐增加可能改变其内部潮流的方向，从而给整个电网带来影响；现在的微电网缺乏有效的负荷预测模型，因而对微电网中的接入负荷所存在的随机性和不确定性的电能流动没有很好的预判能力，从而也就不能有效地根据微电网中各种接入负荷的情况决定微电源接入量的多少，引起微电网甚至大电网的不稳定。

现在工程上采用的传统控制和保护策略的微电网在要求不高的场合下可以正常地运行和工作，但对于运行性能、控制性能、保护性能和智能化水平要求比较高的场合传统的微电网就不能够满足要求了。

因此，发明一种更为有效地提高运行、控制和保护性能新型微电网成为亟需解决的课题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种运行、控制和保护性能提高的微电网系统，综合多逆变器并联运行控制策略的改进型下垂控制算法、微电网继电保护方案和负荷功率预测神经网络模型对微电网系统进行监控和保护；以有效地提高微电网的运行性能、控制性能、保护性能和智能化水平。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种运行、控制和保护性能提高的微电网系统，综合多逆变器并联运行控制策略的改进型下垂控制算法、微电网继电保护方案和负荷功率预测神经网络模型对微电网系统进行监控和保护，具体为：

(1)多逆变器并联运行控制策略的改进型下垂控制算法：首先在分析微电网多逆变器并联系统中的传统下垂控制法及逆变器输出阻抗对系统性能的影响基础上，通过引入感性虚拟阻抗，提出一种适合微网多逆变器并联的电压电流双环下垂控制策略；感性虚拟阻抗的引入使输出阻抗仅由滤波电感值决定，减少了逆变器输出电阻的影响；考虑线路阻抗的影响，提出一种改进下垂控制算法，通过对下垂系数进行修正，以减弱线路阻抗差异对并联均流的影响，提高多逆变器并联性能；

(2)微电网继电保护方案，采用区域差动主保护、过流后备保护以及归一化制动系数的故障分量综合阻抗母线保护相结合的策略：为解决微电网接入带来的问题，采用成熟差动保护的方案，配置全线速动差动保护做主保护，配置简单过流作后备保护；母线保护采用归一化制动系数的故障分量综合阻抗母线保护新判据：首先计算故障分量综合阻抗辐角arg Z_cd的偏移误差，再将其进行归一化处理，并根据归一化后的偏移误差计算制动系数K_res，将K_res引入原动作判据中，从而得到母线保护新判据，以进行故障的判定；

(3)负荷功率预测神经网络模型：通过神经网络进行微电网系统的负荷功率预测。

所述步骤(1)中，多逆变器并联运行控制策略的改进型下垂控制算法，逆变器并联控制用电压电流双环控制：外环采用电压控制环，用以改善系统输出电压的波形，采用PI控制；内环采用电感电流调节环，用以提高系统的动态性能，采用比例P控制；

设k_p,k_i分别为电压外环PI控制器的比例和积分系数；k_e为电流内环P控制器比例系数；k_PWM为逆变器增益；k_U,k_I分别为电容电压反馈系数和电感电流反馈系数；Z_load为连接线路阻抗和负载阻抗的等效阻抗；Z_V(s)为虚拟阻抗；u_ref为电压环参考电压；为引入感性虚拟阻抗后的电压参考值；u为逆变器输出电压；i₀为连接线路电流，L为滤波电感值，s为拉普拉斯算子；有公式：