微網(wǎng)中兩個并聯(lián)逆變器下垂控制策略分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u1698微網(wǎng)中兩個并聯(lián)逆變器下垂控制策略分析案例 111031.1下垂控制原理 197731.2有功功率和無功功率 2100641.2.1功率得計算 224071.2.2有功功率特性和無功功率特性 396181.3基于下垂控制的控制策略 4289121.1.1傳統(tǒng)下垂控局限性 4147591.3.2改進下垂控制 4327041.4虛擬阻抗原理 51.1下垂控制原理微電網(wǎng)系統(tǒng)是一種由各種分布式電源和負載共同組成的具有多種工作運行方式的專門電網(wǎng),為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定地正常運行和滿足用戶對其供電電能質量要求的滿足,微電網(wǎng)輸出的電壓和其提供給用戶的系統(tǒng)頻率都必須被控制在允許的范圍。想要實現(xiàn)上述這些要求都需要進行合理地控制微電網(wǎng)與微網(wǎng)中的微電源。所以,在我國微電網(wǎng)的近些年的研究內(nèi)容中,把微電網(wǎng)和微電源的管理技術和策略作為主要研究方向。分布式電源droop控制策略,即下垂式控制,主要是模仿傳統(tǒng)的同步驅動風力發(fā)電機的功率輸入特性。該電源控制策略僅僅根據(jù)當?shù)乇粶y量到的信息來實現(xiàn)控制,且分布式的發(fā)電元件之間也不需要額外的通訊線,同時還要充分考慮到各個分布式電力系統(tǒng)單元的具體實際安裝位置及在使用過程中的情況也比較靈活,所以采用下垂式電源控制的分布式電源系統(tǒng)可以"即插即用"的優(yōu)勢,在實際使用時具有響應速度快,并且系統(tǒng)的可靠性高,通常是對等式電源控制模式下微電網(wǎng)中的分布式電源大都采取下垂式控制。對于微電網(wǎng)中逆變器的控制策略問題進行了研究,實際上是為了確定分布式電源并網(wǎng)逆變器輸入的電壓幅值和相位是否與公共型大電網(wǎng)相符。如圖所示為下垂特性曲線圖，通過P/ω和Q/V之間的關系即下垂特性的控制實現(xiàn)對無功功率和有功功率的調(diào)節(jié),當逆變器頻率增大時，逆變器可以通過減小有功功率使頻率降低，當逆變器頻率減小時，逆變器可以自身調(diào)節(jié)增加輸出有功功率使頻率升高。對于無功功率而言，當逆變器的電壓升高時，逆變器可以減少輸出無功功率使電壓降低，換言之，當逆變器的電壓降低時，逆變器可以增加輸出無功功率使輸出電壓上升。圖3-1下垂控制曲線示意圖根據(jù)以上描述可得，逆變器有功功率和頻率以及無功功率和電壓幅值之間存在數(shù)學關系，表達式為 f=f??m(p?1.2有功功率和無功功率1.2.1功率得計算 由構建的逆變器數(shù)學模型，可知；Si=Pi將逆變器模塊1作為主要的分析對象,求解如圖2-2所示的電路，可得：I1+jR1E負載的有功功率P1和無功功率Q1分別為:P1在并聯(lián)運行中,逆變器模塊的輸出電壓相角δ的數(shù)值非常小,所以可近似地看做:sinδ故由上面的式子得：P1=V1.2.2有功功率特性和無功功率特性對有功功率P1求偏導，得到輸出電壓δ1和幅值E1dP由上式可知，dP1（有功功率）與dδ1（相位）的比值和dP1與dE1（幅值）的偏導值都是非負且大于零的值。而且由于偏導值代表了兩個量之間是正相關的，故dP1（有功功率）與dE1（幅值）屬于正相關。由此可得出比較式,如下dP1作簡單的極限計算，可以得到;，limα→0X一般情況下,對于線路阻抗來說，非常小的壓降可以忽略不計。由此得出E1≈vo,線路阻抗的值R1遠遠要小于阻抗X1且e1輸出的有功電壓相位幅值一般較小,故得出逆變器有功功率的改變因素是輸出電壓的相位和幅值，但相對而言，輸出電壓的相位對有功功率的影響遠大于幅的影響。對無功功率Q1求偏導，若有功功率的輸出電壓δ1和幅值E1兩個變量一致，會得到：dQ1可以得到相位和無功功率的偏分關系為負相關。因為R1遠小于X1，且δ1特別小,無功功率與幅值的偏分大于零，故無功功率與幅值呈正相關。所以，可以得到下式：?dQ由上式可得，對于無功功率來說來說，同樣也受到相位和幅值兩個變量的影響，但相對而言相位的影響可以忽略。經(jīng)過以上的分析可以明確地證實,輸出有功與輸出無功功率的大小之間存在著關系,且與逆變器的輸入電壓相位的變化呈現(xiàn)負相關的關系。1.3基于下垂控制的控制策略1.1.1傳統(tǒng)下垂控局限性雖然傳統(tǒng)下垂控制是一種控制微電網(wǎng)逆變電源的有效方法，即通過P-F和Q-U之間的線性關系對有功功率、無功功率、頻率和電壓幅值進行控制，但是這樣簡單的控制方式也存在很多的局限性，如：（1）傳統(tǒng)下垂控制是一種過于理想化的控制手段，通過控制確實可以有效解決高壓系統(tǒng)的功率分配問題，但在低壓微電網(wǎng)中易出現(xiàn)有功和無功耦合的現(xiàn)象，適用性較差；（2）微電網(wǎng)處于孤島模式時，并聯(lián)微源之間的無功功率容易因為線路阻抗的原因影響其分配的準確程度，僅靠傳統(tǒng)的下垂控制不能有效解決無功分配的問題；（3）傳統(tǒng)下垂控制的調(diào)節(jié)方式為有差調(diào)節(jié)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，逆變器輸出的頻率和電壓偏離額定值，這會使得系統(tǒng)的電能質量降低。圖3-1兩臺逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的效果圖由圖中可知，想要通過增加電感量和電阻兩種方式是無法實現(xiàn)均分負載功率的目的。當兩臺并聯(lián)的逆變器容量1不相同時，各逆變器分擔負載的比例與各逆變器的額定容量成正比，即若一臺逆變器的額定容量是另一臺的h倍，則在兩臺逆變器之間存在這樣的關系：E1=即在兩臺逆變器輸出電壓為同一數(shù)值的前提下，輸出電流、有功功率、無功功率成比例。改進下垂控制本文采取添加虛擬阻抗的方法設計逆變器的總阻抗，使得輸出阻抗遠大于線路阻抗，降低線路阻抗對無功分配的影響。在實際的微電網(wǎng)系統(tǒng)運行處于孤島模式時，各個逆變器的有功功率和無功功率之間存在耦合現(xiàn)象，且在系統(tǒng)傳輸線路中也會受到無功功率的影響，使得整個系統(tǒng)的控制精度不穩(wěn)定。若使用真實電阻或電感引入傳輸線路會導致有功功率和無功功率的解耦出現(xiàn)很多缺陷，而且增加真實電阻或電抗的方法會導致整個系統(tǒng)質量的增大，從而降低了系統(tǒng)的運行效率和靈活性，因此提出基于虛擬阻抗的下垂控制方法。圖3-1下垂控制的控制圖上述內(nèi)容為下垂控制的基本原理，為了后續(xù)實驗的順利進行，需要將abc三相坐標下的電壓電流數(shù)值經(jīng)過park變換為dp坐標系下的物理量。圖3-3所示為三相逆變器，參考電流為Iabc和參考電壓為Uabc，經(jīng)過變換以及功率計算等操作后，得到有功功率P及無功功率Q，后形成調(diào)制波使得SPWM模塊產(chǎn)生脈沖信號。1.4虛擬阻抗原理虛擬阻抗概念是通過在逆變器電壓閉環(huán)控制外增加輸出虛擬阻抗調(diào)節(jié)模塊，用來降低下垂控制逆變器功率分配對微電網(wǎng)線路阻抗和設計參數(shù)差異的敏感性。虛擬阻抗能用于改善微電網(wǎng)功率分配不均問題，但虛擬阻抗的引入降低了逆變器的輸出電能質量；虛擬阻抗的原理是在雙環(huán)控制系統(tǒng)中的電壓外環(huán)增加一個反饋，之后將虛擬阻抗和輸出電流相乘，通過PI調(diào)節(jié)器中與給定的電壓相比較。通過在其中添加一個虛擬電感器來調(diào)整線路上的阻抗,從而減少與線路之間的阻抗相差,抑制線路中的環(huán)流。在不給系統(tǒng)增大損耗的條件下,虛擬阻抗也就能夠在逆變器輸出阻抗時進行調(diào)整。虛擬阻抗加入并聯(lián)系統(tǒng)后的控制圖如下圖所示:圖3-2虛擬阻抗加入控制圖有功功率所對應