[发明专利]一种基于灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法

说明书

本发明公开了一种基于节点电压‑有功功率灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法，首次将DG输出有功功率解析成母线电压的函数，构建了有功功率‑母线电压灵敏度矩阵。在灵敏度矩阵中选择PCC母线电压对各DG有功功率灵敏度最大的DG进行调压，根据电压偏差及灵敏度计算其功率调整量预估值；在此基础上考虑DG容量及其它约束条件，生成DG调节功率参考值。DG控制器接收二次调压指令后，将其输出的有功功率调整至参考值。在系统资源充足的情况下，可将PCC母线电压精确控制在目标值，并将其它母线电压控制在允许范围内。本发明依据灵敏度选择最有效DG进行调压，针对性更强、调压效果更好；且可减小总调节功率，提高微网运行的经济性。

技术领域

本发明属于电力信息技术领域，涉及一种基于节点电压-有功功率灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法。

背景技术

近年来接连发生的大规模停电事故、自然灾害以及全球范围内的能源瓶颈问题，使得互联电网的弊端逐渐暴露，传统电力系统亟待融合可再生能源、具有可持续发展能力的辅助型电网出现。分布式发电具有环境友好、能源利用率高、安装灵活等特性；而微网作为分布式电源的有效载体，成为可再生能源利用及弱化现有大型电网诸多弊端的有效途径之一。

微网既可以独立运行，也可以与公用电网并联运行。微网与公用电网并联运行时，除了具备就地消纳负荷、缓解公用电网供电压力的基本功能，还应承担参与电网电能质量控制更等深层次的任务。因此微网必须依靠自身的调节能力进行电压控制，否则会降低电网的局部电能质量。对于孤岛运行的微网，没有外界电源支撑，只能依靠自身调节能力进行电能质量控制。提供合格、稳定的电压成为微网运行的基本任务。

从调节范围及调节过程来看，微网电压控制包括一次调压和二次调压。

一次调压是调压单元在指定的参考值下调整其电压及输出功率的响应过程，目前多以下垂控制为基础，将电压解析为无功功率的线性函数。然而实际微网系统的电压等级较低，线路阻性成分不可忽略，致使有功与无功功率无法解耦；并且由于线路阻抗与DG容量的不匹配，导致逆变器实际输出的功率无法按照下垂系数分配。

现有技术中的部分方法试图通过引入虚拟阻抗解决功率耦合问题。但虚拟阻抗的引入改变了系统结构，增加电压降落，且无法实现功率均分。还有部分方法通过增大下垂系数来改善无功功率的分配，但下垂系数过大会降低电压控制精度甚至影响系统的稳定性。因此，如何在DG下垂系数不等、线路阻抗与容量不匹配的情况下实现功率均分并保持电压稳定成为关键。其他方法通过重新设计DG功率控制器补偿线路电压降落，既可实现无功功率在DG间的均分，又可保证公共耦合点(Point of Common Coupled，PCC)的电压控制精度。

二次调压由微网中央控制器/中心管理器统一整定调整单元的功率或电压参考值，恢复一次调节遗留的偏差，常用的方法是根据调压单元的容量或下垂系数来确定其功率调整量。但是，微网下垂控制的最初思想是模拟电力系统中旋转电机的一次特性，使DG自动追踪系统频率和电压的变化来调整功率输出，主要响应快速负荷波动。而二次调整周期相对较长，旨在恢复一次调整后所遗留的压差和频差，这个恢复过程还需考虑其它方面的问题，如：如何选择调压电源、如何减小运行中的系统备用容量、如何提高现有设备的利用率等问题。二次调压的过程应该是兼顾微网运行的技术性和经济性，因此照搬一次调整的思路利用下垂系数或DG容量来进行二次调整是不合适的。

对于这一问题，有现有技术进行了较有新意的探索，根据交流母线电压对无功负荷和DG母线电压的灵敏度来确定电源的无功调整量。这种控制策略可以选择最灵敏的电源进行调压，减少微网的无功储备。但并未阐述灵敏度的具体计算方法；且低压微网线路参数呈阻性，电压与有功功率呈强耦合关系，利用无功电源进行调压，显然存在模型上的不合理假设。

综上，现有微网二次电压控制方法主要存在以下两方面的问题：