含多逆变器的微电网系统网络化分层控制方法研究

As an effective way to solve various problems in modern power systems, microgrid is increasingly adopted at home and abroad. According to the grid-connected and islanded operating modes of microgrid and the changeover between them，a new Network-based hierarchical coordinated control method was proposed. Using the network communication technology, the network-based hierarchical control structure based on the different time and space scales and data acquisition platform for microgrid was established; comparative analysis of Virtual Synchronous Generator (VSG) and inverter droop control performance and physical correlation, the networked hierarchical control strategy for microgrid with multi-inverter parallel was studied; For dealing with inaccurate distribution of reactive power caused by sever coupling between active and reactive component and voltage droop by adding virtual reactance to inverter，through the central controller with second frequency / voltage control and tie line power control study, the optimal active power and reactive power of dynamic economic allocation algorithm was seek; analysis the transient process of the microgrid from the main grid starting or cutting out, the control method of multi-inverter more coordinated synchronous access/exit the main power grid was proposed. Through the platform of digital simulation and the experimental, the effectiveness of the proposed control methods were validated respectively. The studies for the project makes the microgrid with a variety of distributed generation can still stable operation of grid connected and islanded operation mode and with a smooth transition even if the structure and load changes.

微电网已成为国内外解决电力系统众多问题的一个重要辅助手段,本项目针对含多并联逆变器的微电网并网与孤岛运行方式以及2 种运行方式之间的转换，提出新的网络化分层协调控制方法。利用网络化通信技术，建立基于时间和空间尺度的微网系统网络化分层控制体系结构和数据通信平台；对比分析虚拟同步发电机和逆变器下垂控制性能优劣和物理相关性，研究多逆变器并联组网的微网系统的网络化分层控制策略；针对有功和无功分量严重耦合引起的无功功率无法精确分配和增加虚拟电抗带来的电压跌落问题,深入研究中央控制器二次频率\电压控制和联络线功率控制，寻求最佳的有功功率\无功功率动态经济分配算法；分析微网系统主动从主干电网切入\切出的瞬态过程，研究多逆变器协调同步接入\退出主干电网的控制方法。通过搭建数字仿真平台和实验平台，分别验证所提出方法的有效性，从而实现微网在结构和负荷发生变化时仍能稳定运行，并网与孤岛运行方式能平稳过渡的目标。

为了实现含多逆变器的微电网中各微源间的协调控制、电能质量控制以及系统级的协调优化控制，本项目重点从电压频率稳定控制、无功功率分配和电压质量控制，以及多目标无功优化等方面开展了以下研究：1）建立了微电网系统网络化分层协调控制体系结构，一次/二次层结合在一起，采用分布式控制方式，三次优化控制层则采用集中控制方式。该体系结构的建立为后续研究提供了理论基础。2）提出了分布式二次控制方法，建立了微电网系统小信号模型，并根据其状态矩阵特征值确定分布式二次控制参数，以设计和配置分布式二次控制的微电网。分析得出该方法具有较好的动态性能，在系统鲁棒性和可靠性上均优于集中式二次控制方法。3）提出了一种基于一致性算法的网络化分布式分层协同控制方法，使得系统具有“即插即用”性能，且对延时的影响有较强的鲁棒性。4）为实现PCC电压不平衡和谐波补偿，同时兼顾负序电流和谐波电流的均衡控制，提出了采用网络化分层协同控制方法，在二次层中加入基于一致性算法的负序电流、谐波电流的均衡控制环节。5）为满足不同区域和母线对电能质量的要求，在分析多母线孤岛微电网电压不平衡补偿机理的基础上，提出电压不平衡分层分区优化补偿方法，实现微电网电能质量控制和经济调度。6）针对间歇性分布式电源出力的不确定性和随机性影响了实际优化结果问题，提出了基于最优场景法的微电网多种分布式电源、储能优化配置及系统多目标无功优化策略，实现多种分布式能源供给之间的协调控制，以提高分布式电源的利用率。7）针对微电网中源荷间的协同运行问题，提出了基于自适应扩散算法的源荷分布式协同优化控制策略，实现了源荷间的协调运行和运行经济效益最大化。8）针对多台LLCL型并网逆变器平滑并网过程中易产生谐振问题，建立了数学模型，分析产生谐振机理，得出电网阻抗及滤波器参数变化是产生谐振现象的关键，提出了一种混合阻尼控制策略，提高多逆变器并联并网运行的稳定性。