- 文档大小:395.46 KB
- 文档格式:pdf
- 约 6页
- 2021-06-18 发布
- 举报
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
- 1、本文档共6页,内容下载后可编辑。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
第43卷第21期2015年11月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlV_01.43NO.21NOV.1.2015基于动态虚拟阻抗的低压微电网下垂控制策略闫俊丽,彭春华,陈臣(华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013)摘要:传统的下垂控制策略已无法适用于线路阻感比较大的低压微电网。加入虚拟阻抗能改善线路阻感比,提高运行稳定性,但也导致了电压降落过大。其虚拟阻抗值的设定受系统阻抗值实际测量难度及随线路投切的影响,亦无法确定。因此,提出了一种基于动态虚拟阻抗的改进控制策略。设计的动态虚拟阻抗随负载电流和电压降落幅值而变化,虚拟阻抗值在动态虚拟阻抗环的作用下,不断自适应地调整取值,解决了虚拟阻抗值无法确定的问题。在满足系统稳定性的同时,减少了线路电压降落,抑制了系统环流,改善了系统的电能质量。仿真和实验结果验证了该控制策略的可行性及有效性。关键词:低压微电网;下垂控制;动态虚拟阻抗;电压降落—DroopcontrolstrategybasedondynamicvirtualimpedanceinlowvoltagemicrogridYANJunli,PENGChtmhua,CHENChen(SchoolofElectricalandElectronicEngineering,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China)’—Abstract:Theconventionaldroopcontrolcantadapttolargeresistanceinductanceratiooflineinlow・voltagemicrogrid.—Introducingvirtualimpedancecanimproveresistanceinductanceratiooflineandincreaseoperationstability,whileitmayleadtogreatvoltagedrop.Thevaluesettingofvirtualimpedanceisinfluencedbydifficultpracticalmeasurementofsystemvir’tualimpedanceandlinesswitching,whichcarltbeconfirmedeither.Animprovedcontrolstrategybasedondynamicvirtualimpedanceisproposed.Thedesigneddynamicvirtualimpedanceischangedwiththeloadcurrentandthedropofvoltageamplitude.Thevalueofvirtualimpedanceisadjustedadaptivelyandconstantlyundertheworkofthedynamicvirtualimpedanceloop,SOthattheproblemofvirtualimpedancevaluesettingcanbesolved.Atthesametime,thevoltagedropisreduced,circulatingcurrentisinhibitedandthesystempowerqualityisimprovedeffectively,whilethesystemstabilityperformanceissatisfied.Simulationandexperimentalresultsverifythefeasibilityandeffectivenessoftheproposedcontrolstrategy.ThisworkissupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.51167005andNo.51567007).Keywords:lowvoltagemicrogrid;droopcontrol;dynamicvirtualimpedance;voltagedrop中图分类号:TM760引言近年来,社会经济的迅速发展导致人们对电能的需求日益提升,微电网以其污染少、效率高、可控性好等优点,受到越来越多的关注【卜。在实际运行中,微电网基于即插即用(plugandplay)与对等(peertopeer)的控制思想和设计理念,不依赖通信,基金项目:国家自然科学基金项目(51167005,51567007);教育部人文社科青年基金项目(14YJCZH135);江西省科技支撑计划项目(20142BBE50001);江西省自然科学基金项目(2O152ACB20017,20151BAB216020)———文章编号:16743415(2015)21000106对每个微电源进行就地控制,以降低系统控制成本和增加控制的可靠性【4]。应用这种控制思想,下垂控制策略在微电网中得到了广泛的应用。传统下垂控制方法是基于各并联逆变器的系统等效阻抗呈感性的,对线路的阻感比依赖性较大。然而实际中,微电网多位于低压配电侧,线路阻抗呈阻性或阻感性(R/X>>1)l引,逆变器输出的有功功率、无功功率分别与频率、电压存在耦合关系,传统下垂控制方法不再适用[71。目前,解决这一问题常用的方法是通过改变线路的阻感比J,使之满足传统下垂控制的要求,即在微电源的逆变器输出端.2.电力系统保护与控制口处串联一个大电感,但这必然会导致系统体积成本和损耗增加,总效率降低。—针对这一问题,文献[911】提出改变控制环节的网络参数使逆变器输出阻抗呈感性,使有功功率与无功功率解耦,以适应新的下垂控制策略,这导致了控制策略对网络参数的依赖性较大,而且实际上有功与无功也没有完全解耦。实际微电网的控制中,逆变器的控制处在微电源站内部,控制策略对网络参数的依赖以及对外部线路尤其是低压微电网的线路阻抗的忽略,往往会导致系统运行失稳与控制的不利。文献[12.141引入了虚拟阻抗将逆变器的等效输出阻抗设计成阻性,能较好地适用于下垂控制策略,取得了较好的控制效果,但引入的虚拟阻抗会加大系统的等效阻抗,造成较大的电压降落,不利“”于供电质量的保证。文献[15]提出了虚拟负电阻的概念,增加负电阻以抵消系统阻抗中的阻性成分,降低功率耦合,同时也减少了电压降落,但其虚拟负阻抗的取值对计算要求较高,需要对微电网线路阻抗有较高的估算精度。针对上述问题,本文将在低压微电网三相逆变器的控制策略中引入动态虚拟阻抗,以降低功率耦合,减小电压降落和环流,实现对低压微电网电能质量灵活而有效的控制。1下垂控制策略分析传统下垂控制早期主要使用在高压微电网中,很,J、,可近似认为sin0=,cos0=1。即>,0- ̄90。,时,对应的功率表达式和下垂控制方程为(、(21—’f一:一Kq(Qf)其中:、分别为有功/频率(叮)下垂系数和无∞功/电压(Q一下垂系数;、、P、Q分别为参考频率、参考电压、参考有功功率和参考无功功率。上述控制只能适用于高压微电网中线路阻感比呈感性的状况,对线路的阻抗忽略不计,其上层控制管理系统给出的指令电压值固定不变,没有考虑线路阻抗及负荷的变动,而实际中微网尤其是低压微网的线路阻抗是较大的,负荷的接入和退出对电压波动影响较大,继续采用传统的下垂控制策略会导致系统不稳定,控制不精确,电压质量不高等问题。因此,对传统下垂控制策略进行改进是十分必要的。为更好地提高低压微电网中分布式电源的利用率,目前对传统下垂控制策略进行改进多集中在通过选取合适的控制参数,减少系统阻性成分,降低系统功率耦合,减小系统阻抗对系统电能质量的不利影响¨。文献[16]在控制环节中引入了感性虚拟阻抗,改变了线路阻感比=R/X,但线路电阻仍客观存在,为减弱线路阻抗差异对并联均流的影响有一定效果,又提出对下垂控制策略进行改进。因此,微电网多逆变器并联的改进下垂控制算法可以写为…睦评㈣:—,mU“jr一Qf通过调节下垂控制系数和阻感比,可分别实现对逆变器输出频率和电压幅值的瞬时控制。但由于不同逆变器的线路长度各异,不同电压等级连接线路对应不同的阻感比,线路阻抗在无法准确测量的情况下,存在很大的不确定性,而控制系统中设定的阻感比数值又需与实际匹配,且该控制策略下,线路电压降落的问题仍然存在。2动态虚拟阻抗控制策略2.1基本的虚拟阻抗控制策略目前在微电网中接入虚拟阻抗的方法主要有两大类:一是通过改变逆变器的控制参数,控制调节逆变器的等效输出阻抗,改变微电网的系统阻感性以适应传统的下垂控制策略;二是在微电网逆变器中加入前馈控制环节,参照电压降落调节指令电压,达到模拟实际阻抗的作用。虚拟阻抗的接入,虽然改变了系统的阻感性,但其阻性成分的客观存在仍然会导致系统的功率耦合,忽略阻性成分的影响必然会减弱控制策略的控制效果。目前对微电网逆变器控制策略的改进多在控制环节中加入虚拟阻抗(包括虚拟电阻和虚拟电感两部分),改善线路阻感性,使:Q下垂控制能够适用于阻性线路。构造的虚拟阻抗表达式为Zv(S)=一Rv+(4)式中:为虚拟电阻;上为虚拟电感。系统总阻抗包括逆变器的输出阻抗和线路的虚拟阻抗。在低压微电网中,有线路阻抗Zli。=Rli。+此li。。一=一一闫俊丽,等基于动态虚拟阻抗的低压微电网下垂控制策略一3-此时基于虚拟阻抗的阻感比表达式为G():r()RRline-Rv(5)加入虚拟阻抗后逆变器等效输出阻抗向感性偏移,系统阻感比减小,降低了功率耦合,增加了控制策略的有效性,但虚拟阻抗会导致压降过大以及谐波放大,降低了电能质量。2.2基于虚拟阻抗的双环控制策略并联逆变器控制采用基于虚拟阻抗的电压电流双闭环控制,基于虚拟阻抗的下垂控制为电压电流环提供了电压参考值。为了得到较好的电压调节特性,电压外环采用比例积分(P0调节器,产生电感电流参考值,对电感电流的精度要求不高,所以电感电流调节环采用比例调节器,减少系统稳态误差,提高系统的供电质量和稳定性。如图1所示,U*ref(S)为功率外环交流电压参考值,()为电流内环控制器传递函数,()为电压外环控制器传递函数,()为逆变器输出电压,£、C分别为主电路的滤波电感、滤波电容,wM为逆变器的基波脉宽调制比例系数,Zv(s)为虚拟阻抗,()为负载电流。Fig.1Diagramofvoltageandcurrentdoubleclosed-loopcontroller在图1所示的控制策略下,加入虚拟阻抗后的逆变器的输出电压为而一+㈤丽其中:K=()wM,()=,()=+争;Z0()为逆变器等效出阻抗,即Zi㈣G()一()()sKipKpwMp+iWMLCs+xipwM+pwM,up十wM+s(9)加入虚拟阻抗后,逆变器等效输出阻抗为Zi(S)=+wM+(wM+wMi)Zv(S)LCs+KpwM+sKipKpwM,up+iwM+Sf10)在电压电流双环控制中加入虚拟阻抗,改变了阻抗比,增加了对电压、电流环的控制,但仍然没有减小系统的电压降落,这对于输出的电能质量产生了不利影响。2.3基于电压降落的动态虚拟阻抗的设计为了提高负荷供电质量,减少电压降落和环流对电能质量的影响。本文提出动态虚拟阻抗的解决方法。系统总电压降落为AU=I()+Zli。J乇()=[G()zv)+z。()+zie]乇()fl11为保证供电质量,减少系统电压降落和环流,参考式(11),设动态虚拟阻抗值为Zv()=一(。)△式中:E为系统在微电网负荷侧采样点的电压幅值与逆变器指令电压间的差值;矗()为负载电流。随着母线电压、电流的实时采集,虚拟阻抗在动态虚拟阻抗环的作用下,不断白适应地调整取值。将新的虚拟阻抗值代入到式(11)中,计算可得电压降落参考值AU,由此可得逆变器新的指令电压值为△f=f1+(13)在独立运行的微电网中,投入运行时,先给微电网控制环节的指令电压赋值±],同时采集微电网中负荷侧的母线电压,引入负载电压反馈,提高指令电压数值,形成新的指令电压。此时,逆变器的输出电压相对升高,系统的供电电压将持续维持在正常范围内,克服了对引入虚拟阻抗之后对电压降落的影响。随着虚拟阻抗数值的变化,微电网中的系统阻抗比也在发生变化,本文采用的改进型下垂控制策略,同时考虑了动态虚拟阻抗对系统阻感比的影响以及指令电压的赋值变化,相比于传统的下垂控制策略,在减少电压降落,保证供电质量的同时,能够对微电网进行更好地控一4-电力系统保护与控制制,减小环流。3仿真及实验验证本文基于Matlab/Simulink仿真平台建立了如图2所示的基于动态虚拟阻抗的微电网逆变器多环控制框图,以验证所提控制策略的有效性。其他参数两逆变器均相同,仿真参数见表1,f=50Hz,=10kW,Pl。ad=10kW,Ql。。d=3kvar。PQ,F垂控制图2基于动态虚拟阻抗的微电网逆变器多环控制框图—Fig.2DiagramofmultiloopcontrolbasedOildynamicvirtualimpedanceforinvertersinmicrogrid表1系统主要参数Table1Mainvaluesofthesystem参数取值参数取值,vrms700。0.0002U0/Vrms311J_(u0.2281Z,I/Q0.0642+j0.0083。0.1234L/mH3C/uF10图3为加入动态虚拟阻抗前后并联逆变器输出电压对比图。加入动态虚拟阻抗前,逆变器输出电压幅值约290V,而系统给定的额定电压为311V,电压降落明显,而加入动态虚拟阻抗后,逆变器输出电压幅值约310V,表明动态虚拟阻抗减少了由线路阻抗引起的电压降落,为提高负荷供电电压质量提供了保障。图4为加入动态虚拟阻抗前后逆变器之间的环流对比图,由图4(a)和图4(b)可以看出,加入动态虚拟阻抗前,逆变器之间的环流为O.3A左右,而加入动态虚拟阻抗后的逆变器问的环流为0.05A左右,环流明显得到了更为有效抑制。如图5所示,当逆变器输出阻抗呈阻感性时,加入动态虚拟阻抗后的下垂控制策略下,系统频率趋于稳定的速度更快,系统能更快地进入稳态运行。由此可见,加入动态虚拟阻抗之后,下垂控制在频率调节时效果更优。3O02001O001O020O30Ot/sfa)加入动态虚拟阻抗前s(b)加入动态虚拟阻抗后图3并联逆变器输出电压对比图Fig.3Comparisonofdistributedinverteroutputvoltage要。0010t/sfa)加入动态虚拟阻抗前oo.1o2o3o.4o5o60.7o8o91os(b)加入动态虚拟阻抗后图4环流对比图Fig.4Comparisonofcirculation闫俊丽,等基于动态虚拟阻抗的低压微电网下垂控制策略.5.t/sra)加入动态虚拟阻抗前tlSfb)加入动态虚拟阻抗后图5频率对比图Fig.5Comparisonof ̄equencyamplitude逆变器输出阻抗呈阻感特性日寸,加入动态虚拟阻抗前后2台逆变器输出有功功率和无功功率对比图如图6和图7所示。加入动态虚拟阻抗前的有功和无功均分效果不好,稳定性不佳,而加入动态虚拟阻抗后的控制策略在0.01s时就已进入稳定控制,说明加入动态虚拟阻抗后,控制策略能较好地实现有功功率和无功功率的均分。6≥42O6≥420020.40.60.81.0t|s(a)加入动态虚拟阻抗前2O1.61.2O.8O,4O2.O1.61.2O8O40O0.2040.60.8t/s(a)加入动态虚拟阳抗前1.0O0.2040.608t/sfb)加入动态虚拟阻抗后1.0图7两台逆变器输出无功功率对比图Fig.7Comparisonoftwoinvertersoutputreactivepower4结论(1)采用动态虚拟阻抗可使低压微网中并联逆变器的系统阻抗呈可调节性,在加强对功率的控制的同时减小了系统电压降落,较好地解决了功率的合理均分问题,且环流得到了有效抑制。(2)考虑阻感比的改进下垂控制策略,在加入动态虚拟阻抗之后,降低了对线路参数的敏感度,反馈环节使功率控制器具有恒压恒频控制性能,减小了微网系统控制的复杂度,缩短了系统运行趋于稳定所耗时间。(3)搭建了含并联三相逆变器的微电网系统并进行了实验仿真和对比验证,系统的稳定性和电能质量得到了进一步提高,结果表明,本文所提出的控制策略具有一定的可行性及有效性。参考文献[1]沈沉,吴翔宇,王志文,等.微电网实践与发展思考[J1电力系统保护与控制,2014,42(5):1-11.SHENChen,WUXiangyu,WANGZhiwen,eta1.—Practiceandrethinkingofmicrogrids[J].PowerSystemProtectionandControl,2014,42(5):1-11.[2]顾和荣,赵巍,王雷,等.微电网逆变器电流下垂控制分析与实验研究【J1.电力系统保护与控制,2013,—41(181:4548.GUHerong,ZHAOWei,WANGLei,eta1.Analysisandexperimentalverificationofcurrentdroopcontrolformicrogridinverters[J].PowerSystemProtectionandControl,2013,41(18):45-48.[3]姚致清,张茜,刘喜梅.基于PSCAD/EMTDC的三相光伏并网发电系统仿真研究[J].电力系统保护与控制,—2010,38(17):7681.YAOZhiqing,ZHANGQian,LIUXimei.Researchon—simulationofathree-phasegrid・-connectedphotovol ̄icgenerationsystembasedonPSCAD/EMTDC[J].Power—SystemProtectionandControl,2010,38(17):7681.[4]周贤正,荣飞,吕志鹏,等.低压微电网采用坐标旋转的虚拟功率V/f下垂控制策略[J].电力系统自动化,—2012,36(2):4751,63.ZHOUXianzheng,RONGFei,LOZhipeng,eta1.Acoordinaterotational ̄ansformafionbasedvirtualpower—V/fdroopcontrolmethodforlowvoltagemicrogrid[J1.AutomationofElectricPowerSystems,2012,36(2):—4751,63.[5]王成山,高菲,李鹏,等.低压微网控制策略研究lJJ.中国电机工程学报,2012,32(25):2-8.-6一电力系统保护与控制WANGChengshan,GAOFei,LIPeng,eta1.Controlstrategyresearchonlowvoltagemicrogrid[J].ProceedingsoftheCSEE,2012,32(25):2-8.[6]ENGLERA.Applicabilityofdroopsinlowvoltagegrids[J].InternationalJournalofDistributedEnergy—Resources,2005,1(1):15.[7]关雅娟,邬伟扬,郭小强.微电网中三相逆变器孤岛运行控制技术[JJ.中国电机工程学报,2011,31(33):52.6O.GUANYajuan,WUWeiyang,GUOXiaoqiang.Control—strategyforthree--phaseinvertersdominatedmicro-gridinautonomousoperation[J].ProceedingsoftheCSEE,2011,31(33):52-60.[8]彭春华,王立娜,李云丰.低压微电网三相逆变器功率耦合下垂控制策略[JJ_电力自动化设备,2014,34(3):—2833.46.PENGChunhua,WANGLina,LIYun ̄ng.Strategyofpower-couplingdroopcontrolforth—reephaseinverterin—lowvoltagemicro-grid[J].AutomationofElectricPower—Systems,2014,34(3):2833,46.[9]姚玮,高明智,陈敏,等.可调阻抗无互联线并联逆变器的控制方法【JJ.电力电子技术,2007,41(9):21.23.YAOWei,GAOMingzhi,CHENMin,eta1.Animproveddroopmethodwiththeadjustmentofoutputimpedanceforwirelessparalleloperationofinverters[J].PowerElectronics,2007,41(9):21-23.[1O]LIYWKAOCN.Anaccuratepowercontrolstrategyforpower-electronics・interfaceddistributedgenerationunitsoperatinginalow-voltagemultibusmicrogrid[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2009,24(12):—29772988.[11]张明锐,杜志超,王少波.微网中下垂控制策略及参数—选择研究[J].电工技术学报,2014,29(2):136144.ZHANGMingrui,DUZhichao,WANGShaobo.Researchondroopcontrolstrategyandparametersselectionofmicrogrids[J].TransactionsofChina—ElectrotechnicalSociety,2014,29(2):136144.[12]马添翼,金新民,梁建钢.孤岛模式微电网变流器的复式虚拟阻抗控制策略[J].电工技术学报,2013,28(12):3O4.3】2.MATianyi,JINXinmin,LIANGJiangang.Multiple—virtualimpedancecontrolmethodofmicrogridconverterunderislandmode.TransactionsofChinaElectrotechnical—Society,2013,28(12):304312.[13]LIYan.LIYunwei.Powermanagementofinve ̄erinterfacedautonomousmicrogridbasedOilvirtual—frequencyvoltageframe[J].IEEETransactionsonSmart—Grid,2011,2(1):3040.[14]鲍薇,胡学浩,李光辉,等.独立型微电网中基于虚拟阻抗的改进下垂控制[J】_电力系统保护与控制,2013,41fl6):7-13.BAOWei,HUXuehao,LIGuanghui,eta1.Animproveddroopcontrolstrategybasedonvirtualimpedancein—islandedmicrogrid[J].PowerSystemProtectionandControl,2013,41(16):7-13.“[15]张平,石健将,李荣贵,等.低压微网逆变器的虚拟”负阻抗控制策略[J].中国电机工程学报,2014,34(12)—18441852.ZHANGPing,SHIJianjiang,LIRonggui,eta1.Acontrol‘’strategyofvirtualnegmiveimpedanceforinvertersin—lowvoltagemicro・grid[J].ProceedingsoftheCSEE,2014.34(12):1844・l852.[16]张庆海,彭楚武,陈燕东,等.一种微电网多逆变器并联运行控制策略[J]_中国电机工程学报,2012,32(25):126.132.ZHANGQinghai,PENGChuwu,CHENYandong,eta1.—Acontrolstrategyforparalleloperationofmultiinverters—inmicrogrid[J].ProceedingsoftheCSEE,2012,32(25):】26.132.收稿日期:2015-01-28;修回日期:2015-04-16作者简介:闰俊丽(1990-),女,硕士研究生,从事微电网电能质量控制、分布式发电控制技术研究:彭春华(1973一),男,博士,教授,从事电力系统优化调度、分布式发电控制、微电网运行等研究;E.mail:chinapch@163.com陈臣(1988一),男,硕士研究生,从事微电网建模与继电保护研究。(编辑周金梅)
您可能关注的文档
- 电流闭环对三相PWM变流器输出阻抗的影响分析.pdf
- 电流反馈型Buck变换器分岔动力学分析及稳定性控制.pdf
- 电能在线计量分析算法设计与实现.pdf
- 电流互感器饱和对低压电动机保护的影响及对策.pdf
- 电能质量复合扰动分类的研究进展.pdf
- 电能质量监测系统研究现状及发展趋势.pdf
- 电能质量扰动发生器控制策略及其实现.pdf
- 电气化铁路电能质量评估及新型控制方案研究.pdf
- 电能质量扰动信号时频原子分解的进化匹配追踪算法.pdf
- 电容器串联电抗消除谐振的最大值最小优化.pdf
- 电网备自投自适应建模方法研究.pdf
- 电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究.pdf
- 电网不平衡下基于滑模变结构的三相电压型PWM整流器恒频控制.pdf
- 电网电压不对称跌落时DFIG的控制策略研究.pdf
- 电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制.pdf
- 电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略.pdf
- 电网调控数据综合智能分析决策架构设计.pdf
- 电网故障下直驱式风电机组建模与控制仿真研究.pdf
- 电网故障诊断的智能方法综述.pdf
- 电网规划运行数据库与集成管理平台的设计与实现.pdf
- 一夕落阳
- 该用户很懒,什么也没介绍
