微电网分布式协同控制研究文献综述

 2023-08-11 10:13:23

文献综述(或调研报告):

当微电网处于孤岛运行状态时,由于缺乏大电网的支撑,微电网中电源与负荷的不平衡会导致各分布式电源的输出电压和频率出现波动甚至不稳定。大部分分布式电源通过电力电子装置,尤其是逆变器接入微电网,协同控制保证系统稳定运行。一次控制的下垂控制器虽然成功地实现了稳定,但却使电压和频率偏离其标称值。二次控制的目标是消除一次控制中全局频率和局部电压的偏差,但其控制目标之间存在着矛盾。为了解决这一问题,相比于通信链路复杂、依赖中央控制器的集中式控制,利用相邻的多个智能体之间的信息交流以及反应协作来实现任务目标的分布式控制被广泛应用。制定一个合适的协同控制策略,尽可能地消除二次控制目标之间的冲突,从而实现电压恢复和无功功率均分,还需要进一步的研究。

1. 微电网分层控制

文献[1]中提出了微电网的分层控制概念。微电网分层控制系统中的三个控制层,根据微电网频率电压的控制特性,按照不同的时间尺度,划分各层的控制功能。其中,一次控制层主要采用下垂控制,实现DG接口逆变器输出有功功率和无功功率的控制,使DG接口逆变器输出稳定的频率和电压。但一次控制中下垂控制方法的使用存在一定的局限性,无法实现频率、电压的精确控制和无功功率的均衡分配。因此,需要设置二次控制层。通过各DG逆变器的协调控制,对一次控制产生的偏差进行修正。三次控制层主要从系统的角度出发,实现系统经济优化运行和能量的管理。

一次控制层采用传统的下垂控制方法(下垂控制具体内容参加文献[2]),因线路阻抗不匹配的缘故,接入同一负载母线的各DG逆变器无法按其容量均衡分担负载无功功率。在DG逆变器的双闭环控制中加入虚拟阻抗环,虽然可以改变其总阻抗特性,提高有功功率和无功功率控制性能,但仍然无法解决无功功率均衡分配的问题。而且引入的虚拟阻抗较大时会导致DG逆变器输出端电压降低。因此,参照电力系统二次调频的理念,设计了微电网二次控制层,对一次控制层产生的电压和频率进行二次调节,实现DG逆变器输出频率/电压稳定控制和无功功率均衡分配。三次控制层属于经济调度的范畴,不参与本课题的研究。

2. 微电网二次控制目标及其矛盾性:

二次控制的目的是消除一次控制中全局频率和局部电压的偏差,但二次控制目标电压恢复和无功功率均分之间存在根本冲突。文献[5]中举了一个例子来说明这一冲突。图一为连接到公共分布总线的两个相同的分布式电源组成的并行微电网,两条线路上的阻抗

在无二次控制的情况下,逆变器工作电压为和,无功输入为和。因为, 无功功率无法均分。调节电压的二次控制确保了分布式电源电压被恢复到常用的额定值,然而逆变器功率改变为 和。因此,标准二次控制的应用加剧了分布式电源之间本来就很薄弱的无功功率分配。

虽然相同的逆变器现在按比例通过同时注入来分配无功功率,但所得到的电压值和与只有一次控制时相差较大。

由此可见,本课题要寻求一个理想的二次电压控制器来解决控制目标间的冲突,实现电压恢复和无功功率均分。

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