獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器下垂控制策略研究

韓可

摘 要：針對(duì)獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器的控制策略的研究，本文基于下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器的控制策略。首先，介紹了獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器的典型結(jié)構(gòu)；其次，通過比較常用的幾種微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制模式的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，提出了基于下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制策略，并給出了基于下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制框圖；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)進(jìn)行了下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制策略的仿真驗(yàn)證，通過仿真驗(yàn)證表明提出的下垂控制策略有效性。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立微電網(wǎng)；下垂控制模式；典型結(jié)構(gòu)；仿真驗(yàn)證

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.226

0 引言

獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)是由分布式電源單元、變流器控制單元、負(fù)載及保護(hù)裝置等構(gòu)成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。作為新能源利用的有效形式，獨(dú)立微電網(wǎng)可以有效地協(xié)調(diào)分布式電源與大電網(wǎng)之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)可再生能源的有效利用。而作為能量轉(zhuǎn)換的核心裝置，獨(dú)立微電網(wǎng)變流器控制模式的選擇將對(duì)獨(dú)立微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生重要影響。因此，開展獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制策略的研究，對(duì)于促進(jìn)可再生能源的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。

在獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器的控制過程中，通常采用對(duì)通訊可靠性依賴較低的下垂控制模式[1]。作為獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)控制關(guān)鍵技術(shù)的下垂控制模式，其下垂系數(shù)的設(shè)計(jì)直接影響逆變器并聯(lián)的均流效果及動(dòng)態(tài)響應(yīng)。下垂系數(shù)與逆變器輸出阻抗和線路阻抗密切相關(guān)。采用不同的電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制策略，得到的逆變器輸出阻抗值不同。因此，改進(jìn)下垂控制方法被提出。文獻(xiàn)[2]提出了基于電壓電流雙環(huán)控制的下垂控制方法，并通過仿真證明了提出控制策略的可行性；文獻(xiàn)[3]提出了基于虛擬功率的下垂控制法，通過把實(shí)際有功功率和無功功率轉(zhuǎn)換成虛擬功率，對(duì)傳統(tǒng)下垂控制法進(jìn)行修正。但文獻(xiàn)指出了其缺陷并提出了基于虛擬頻率/電壓的下垂控制法，然而這種方法要求并聯(lián)逆變器具有相同的轉(zhuǎn)換角，實(shí)現(xiàn)難度較大。

針對(duì)獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器的控制策略的研究，本文基于下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器的控制策略。首先，介紹了獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器的典型結(jié)構(gòu)；其次，通過比較常用的幾種微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制模式的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，提出了基于下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制策略，并給出了基于下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制框圖；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)進(jìn)行了下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制策略的仿真驗(yàn)證，通過仿真驗(yàn)證表明提出的下垂控制策略有效性。

1 獨(dú)立微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

獨(dú)立微電網(wǎng)主要由分布式電源單元、逆變器單元、濾波單元以及負(fù)載構(gòu)成。由兩臺(tái)逆變器并聯(lián)而構(gòu)成的獨(dú)立微電網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。為了研究方便，本文將分布式電源單元等效為直流恒壓源。

2 常用的微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制模式

獨(dú)立微電網(wǎng)變流器控制模式是決定獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)能否孤島穩(wěn)定運(yùn)行以及能否實(shí)現(xiàn)快速并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。逆變器作為新能源發(fā)電并網(wǎng)或向負(fù)載供應(yīng)能量的關(guān)鍵裝置。其逆變器控制模式的好壞將影響分布式電源發(fā)電的電能質(zhì)量。常用的微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制模式包括PQ控制、恒壓頻比V/f控制和下垂控制三種。三種控制模式各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)范圍。三種控制模式比較如表1所示。

3 獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器下垂控制模式

基于表1中的三種控制模式的比較，本文采用下垂控制模式進(jìn)行獨(dú)立微電網(wǎng)變流器的控制。獨(dú)立微電網(wǎng)逆變器控制過程如下：采集經(jīng)并聯(lián)逆變器輸出的三相電壓和三相電流，將采集到的三相電壓和三相電流進(jìn)行abc/dq0變換之后經(jīng)過功率計(jì)算模塊進(jìn)行有功功率和無功功率的計(jì)算，將計(jì)算得到的功功率和無功功率進(jìn)行下垂控制模塊得到下垂控制電壓；經(jīng)電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制后經(jīng)過PWM模塊，得到控制逆變器開通或關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

4 仿真驗(yàn)證

為驗(yàn)證所提出的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器下垂控制模式的有效性，基于Matlab/Simulink仿真平臺(tái)建立如圖2所示的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器的仿真模型，仿真時(shí)間為1s，其運(yùn)行結(jié)果如下圖所示。

如圖3所示，獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)并聯(lián)逆變器輸出的頻率穩(wěn)定在49.9～50.05Hz之間，輸出的三相正弦波的電壓幅值為311V，滿足獨(dú)立微電網(wǎng)模式下負(fù)載的用電需求。同時(shí)，獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)輸出的有功功率為15.8kW，獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)輸出的無功功率為0Var，輸出的三相正弦電流幅值為37A。通過仿真波形可以看出，本文所提出的下垂控制模式能夠有效的應(yīng)用在獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)變流器的控制中。

5 結(jié)束語

本文對(duì)于基于下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器的控制策略進(jìn)行了研究，網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制模式的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，提出了基于下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制策略，并給出了基于下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制框圖；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)進(jìn)行了下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制策略的仿真驗(yàn)證，通過仿真驗(yàn)證表明提出的下垂控制策略能夠維持獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓和頻率的穩(wěn)定，證明了本文提出的基于下垂控制模式的獨(dú)立微電網(wǎng)并聯(lián)逆變器控制策略的有效性。

參考文獻(xiàn)：

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