基于虛擬復(fù)阻抗控制的功率分配分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u6597基于虛擬復(fù)阻抗控制的功率分配分析案例 1121051.1.1虛擬復(fù)阻抗對逆變器等效輸出阻抗的影響 1181021.1.2虛擬復(fù)阻抗對功率分配精度的影響 3300631.1.3虛擬復(fù)阻抗法功率分配仿真 4虛擬復(fù)阻抗對逆變器等效輸出阻抗的影響(1)未加入虛擬復(fù)阻抗的逆變器等效輸出阻抗VSG控制系統(tǒng)中內(nèi)環(huán)控制采用電壓電流雙閉環(huán)控制。由圖2-3可推導(dǎo)出電壓電流環(huán)的傳遞函數(shù)： (4-25)式中，表示輸出電壓跟蹤輸出電壓參考值的能力，表示電壓電流雙閉環(huán)的等效輸出阻抗；忽略系統(tǒng)采樣環(huán)節(jié)所帶來的時(shí)間延遲，和的表達(dá)式為： (4-26) (4-27)式中，為電壓環(huán)參考電壓到輸出電壓的增益?zhèn)鬟f函數(shù)，為逆變器等效輸出阻抗，增益?zhèn)鬟f函數(shù)和輸出阻抗傳遞函數(shù)特性均和雙閉環(huán)的控制參數(shù)相關(guān)。通過對控制參數(shù)的設(shè)計(jì)使增益?zhèn)鬟f函數(shù)在工頻處幅值為1，相位為0°。通過對雙閉環(huán)控制參數(shù)的設(shè)計(jì)，可以改變工頻處逆變器內(nèi)等效的輸出阻抗的阻感性，進(jìn)而改變系統(tǒng)內(nèi)等效的輸出阻抗的阻感比，提高下垂控制精度和功率的分配精度ADDINNE.Ref.{1A078929-FFD5-45A2-AB1D-87841E9AA93B}[38]。系統(tǒng)內(nèi)等效的輸出阻抗由逆變器內(nèi)等效的輸出阻抗和線路的阻抗組成，逆變器內(nèi)等效的輸出阻抗很小，當(dāng)線路的阻性分量較大時(shí)，通過調(diào)節(jié)雙閉環(huán)參數(shù)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)等效的輸出阻抗阻感比的能力非常有限。(2)虛擬復(fù)阻抗環(huán)對逆變器等效輸出阻抗的影響考慮到通過調(diào)節(jié)雙閉環(huán)控制參數(shù)來對逆變器內(nèi)等效輸出阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)具有很大的限制和局限性，在VSG控制系統(tǒng)中通過添加虛擬復(fù)阻抗來調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)等效的輸出阻抗阻感比，從而有效提高下垂控制的精度，實(shí)現(xiàn)輸出功率的精確分配。在電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)添加虛擬阻抗環(huán)后內(nèi)環(huán)的三環(huán)控制系統(tǒng)控制框圖如圖4-2所示：圖4-2三環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖由圖4-2可得，加入虛擬阻抗環(huán)后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)： (4-28)將上式帶入式(4-25)得： (4-29)加入虛擬阻抗后逆變器等效輸出阻抗為： (4-30)先分析虛擬負(fù)電阻加入后逆變器在工頻處等效的輸出阻抗的阻感性。，取值為時(shí)，逆變器在工頻處等效的輸出阻抗的伯德圖如圖4-3所示。由圖可以看出，在系統(tǒng)中引入虛擬負(fù)電阻前，輸出阻抗在工頻處幅值很小，幅值近似為0，相角為90°，呈感性。引入虛擬負(fù)電阻后，隨著虛擬負(fù)電阻值的增加，輸出阻抗值也逐漸增大，相位處于第二象限，逐漸靠近180°。圖4-3加入虛擬負(fù)電阻前后逆變器等效輸出阻抗伯德圖接下來分析虛擬正電感加入后逆變器在工頻處等效的輸出阻抗的阻感性。令，分別取、、時(shí)、，逆變器在工頻處等效的輸出阻抗的伯德圖如圖4-4所示。虛擬電感增大時(shí)，輸出阻抗幅值隨之增大，當(dāng)時(shí)，，這與加入的虛擬復(fù)阻抗近似相等。圖4-4加入虛擬復(fù)阻抗后逆變器等效輸出阻抗伯德圖綜上，通過對電壓電流雙閉環(huán)控制參數(shù)進(jìn)行整定來調(diào)節(jié)逆變器等效輸出阻抗的阻感性的方法非常受限，引入虛擬復(fù)阻抗可大范圍調(diào)節(jié)逆變器等效輸出阻抗的阻感性，實(shí)現(xiàn)功率解耦。引入虛擬復(fù)阻抗后系統(tǒng)內(nèi)等效的輸出阻抗為： (4-31)虛擬復(fù)阻抗對功率分配精度的影響在微電網(wǎng)系統(tǒng)中頻率為全局變量，在VSG控制策略下只需滿足有功下垂系數(shù)、轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)匹配逆變器容量就能夠使得有功功率合理分配。無功功率分配誤差取決于公共母線電壓、線路阻抗差和無功下垂系數(shù)，線路阻抗差異是導(dǎo)致無功功率不能均勻分配的一個(gè)重要原因ADDINNE.Ref.{C50A4189-1EDC-43F7-99E7-B357E5D89510}[56]。如果不考慮線路阻抗的差異性，只需滿足無功下垂系數(shù)與逆變器容量成比例分配就可實(shí)現(xiàn)功率均分。但是在實(shí)際工程中，總是存在逆變器地理位置的差異、數(shù)值計(jì)算誤差、干擾、參數(shù)偏移等問題，線路阻抗差的存在在所難免。在傳統(tǒng)的修正下垂方法中，通過調(diào)節(jié)下垂系數(shù)來提高無功功率分配的精度ADDINNE.Ref.{78A295D4-B346-482A-8173-52037DDCAC4A}[57,58]，但這種方法降低了微電網(wǎng)的穩(wěn)定性和并網(wǎng)電壓質(zhì)量，因此改善線路阻抗差可以有效改善無功功率分配誤差。加入虛擬復(fù)阻抗可提高輸出無功功率的分配精度。加入的虛擬負(fù)電阻可以降低系統(tǒng)內(nèi)等效的輸出阻抗的阻性，加入的虛擬正電感可增大系統(tǒng)內(nèi)等效的輸出阻抗的感性，提高了下垂控制的精度。并且由于加入的虛擬電抗遠(yuǎn)大于線路電抗，所以系統(tǒng)等效輸出阻抗近似等于虛擬電抗，此時(shí)逆變器容量與虛擬電感成反比關(guān)系就可實(shí)現(xiàn)輸出無功功率的均分分配。虛擬復(fù)阻抗匹配如圖4-5所示。圖中，為加入的虛擬復(fù)阻抗，為加入虛擬復(fù)阻抗后逆變器等效輸出阻抗，依據(jù)電路基本定律，由于虛擬電抗值遠(yuǎn)大于線路電抗值，虛擬電抗上產(chǎn)生的電壓較大從而使得母線電壓下降。圖4-5虛擬復(fù)阻抗匹配圖令虛擬負(fù)電阻值等于線路電阻值，虛擬電抗遠(yuǎn)大于線路電抗，使虛擬電抗與逆變器容量近似匹配，此時(shí)輸出無功功率均分條件為： (4-32)虛擬復(fù)阻抗法功率分配仿真低壓微電網(wǎng)下逆變器傳輸線路阻抗成阻感特性以及線路阻抗不匹配時(shí)都會影響無功功率的均勻分配，采用虛擬復(fù)阻抗控制首先可以改善等效輸出阻抗的阻感比，提高下垂控制精度。另外，當(dāng)線路阻抗與逆變器容量不匹配時(shí)，虛擬復(fù)阻抗的引入使得系統(tǒng)等效輸出阻抗與逆變器容量近似成比例，從而提高無功功率分配精度，但同時(shí)也會影響逆變器輸出電壓質(zhì)量。基于上述理論分析，利用Matlab/Simulink搭建兩臺逆變器并聯(lián)運(yùn)行模型，進(jìn)行理論仿真研究。以兩臺DG并聯(lián)為例，假設(shè)DG1和DG2的容量之比為2:1，線路阻抗之比為。依據(jù)VSG控制下功率分配均分條件，下垂系數(shù)、轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)分別與逆變器容量成比例。設(shè)置負(fù)荷突變工況，仿真時(shí)間設(shè)置為1.5s。輸出有功功率和無功功率如圖4-6所示。(a)DG輸出有功功率(b)DG輸出無功功率圖4-6線路阻抗匹配時(shí)DG輸出功率由圖4-6可知，負(fù)荷突變前，DG1和DG2輸出有功功率分別為和，輸出無功功率分別為和；負(fù)荷突變后，輸出有功功率分別為和，輸出無功功率分別為和，負(fù)荷突變前后有功和無功之比均為。由上述數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)線路阻抗與逆變器容量成反比時(shí)，有功功率和無功功率按比例分配。下面對線路阻抗與逆變器容量不匹配時(shí)采用虛擬復(fù)阻抗控制后DG輸出功率分配情況進(jìn)行仿真研究。假設(shè)DG容量之比為，線路電阻，線路電抗分別為，虛擬負(fù)電阻為，虛擬電感為。采用虛擬復(fù)阻抗控制前后DG輸出有功功率和無功功率的分配情況分別如圖4-7和圖4-8所示。(a)未采用虛擬復(fù)阻抗控制(b)虛擬復(fù)阻抗控制圖4-7采用虛擬復(fù)阻抗控制前后DG輸出有功功率圖4-7為DG輸出有功功率情況，負(fù)荷突變前，未采用虛擬復(fù)阻抗控制時(shí)DG1和DG2輸出有功功率之比，采用虛擬復(fù)阻抗控制后輸出有功功率之比為；負(fù)荷突變后，采用虛擬復(fù)阻抗控制前后輸出有功功率之比分別為和。由上述數(shù)據(jù)分析可知，采用虛擬復(fù)阻抗控制后實(shí)現(xiàn)有功和無功解耦，提高了下垂控制精度。(a)未采用虛擬復(fù)阻抗控制(b)虛擬復(fù)阻抗控制圖4-8采用虛擬復(fù)阻抗控制前后DG輸出無功功率圖4-8為DG輸出無功功率情況，負(fù)荷突變前，未采用虛擬復(fù)阻抗控制時(shí)DG1和DG2輸出無功功率之比，采用虛擬復(fù)阻抗控制后輸出無功功率之比為；負(fù)荷突變后，采用虛擬阻抗控制前后輸出無功功率之比分別為和。由以上述數(shù)據(jù)分析可知，虛擬復(fù)阻抗控制提高了線路阻抗不匹配時(shí)DG輸出無功功率的分配精度。采用虛擬復(fù)阻抗控制前后母線電壓情況如圖4-9所示。(a)未采用虛擬復(fù)阻抗控制(b)采用虛擬復(fù)阻抗控制圖4-9采用虛擬復(fù)阻抗前后母線電壓由圖4-9可知