微电网并网逆变器逆向功率抑制策略研究_武文成.pdf
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1、 微电网并网逆变器逆向功率抑制策略研究武文成,杨海兰(甘肃送变电工程有限公司,甘肃 兰州 ;甘肃畜牧工程职业技术学院,甘肃 武威 )摘要:针对微电网并网逆变器并网过程中,逆变器与大电网之间的阻抗关系导致的微电网并网功率逆向传输使得微电网直流侧电压升高的问题,采用自适应虚拟阻抗与变增益功率下垂控制相结合的控制策略对微电网逆向功率进行抑制,使得微电网直流侧电压保持稳定,并通过 进行了相关仿真验证,仿真结果与理论分析一致,验证了控制策略的有效性。关键词:并网逆变器;逆向功率;虚拟阻抗;下垂控制中图分类号:,(,;,):,:;基金项目:年国家级大学生创新创业训练计划项目“基于人工 智 能 的 武 威
2、农 村 地 区 电 力 负 荷 预 测 研 究”(编 号 );武 威 市 年 度 市 列 科 技 计 划 项 目(编 号 )收稿日期:作者简介:武文成(),硕士研究生,研究方向为电力系统负荷预测、微电网;杨海兰(),硕士研究生,研究方向为新能源、微电网、负荷预测。引言随着化石能源的过度开采利用,全球能源危机愈加剧烈,大力推进新能源的开发利用是缓解当前能源危机的重要举措。利用新能源最直接有效的方式是新能源发电,构建大型新能源电力系统。然而大型新能源电力系统存在固有的缺陷 系统调峰能力差与系统新能源消纳能力不足。新能源发电另外一种利用方式是以微电网形式接入。微电网作为一种完全自治的集发、输、配、用
3、电于一体的系统,具有便于新能源就地消纳、灵活接入、易于控制等优点,是推进新能源发展的另外一种有效的方案,因此关于微电网的并网研究一直备受众多学者关注。而微电网在并网过程中会由于线路阻抗关系使得逆变侧电压相位滞后于电网侧电压相位,将造成逆变器侧的有功功率逆向流动,该过程将直接导致直流侧电容电压上升,易导致设备损坏。目前,针对微电源并网逆向功率问题,已有相关文献展开研究。文献 以船舶岸电并网为例,当岸侧电源逆变后接入船舶电网时,由于两侧电压相位不同步,船侧有功功率将流向岸侧逆变器,导致岸侧逆变器直流侧电压升高,因此采用调频控制策略实现对逆向功率的抑制;文献 研究了岸电并网时采用多过程分段控制的并网
4、方式,即将并网过程分阶段采用不同的控制策略,以此来抑制并网时相位差造成的逆向功率;文献针对岸电并网提出一种基于虚拟同步发电机的岸电并网控制策略研究,通过模拟实际大电网中的发电机惯量特性,构造虚拟转动惯量,通过、下垂特性,采用下垂控制方式提高并网稳定性,同时抑制逆向功率;文献 针对微电网并网稳定性问题,提出了一种改变下垂控制系数的二次调频策略;文献 针对船舶岸电微电网并网采用多过程分析,根据不同工作状态采取不同控制策略,以此来减小多电源并网时相互之间的冲击;文献针对微电网并离网无缝切换问题,提出了并网前后采用工频电流控制策略向恒功率控制切换,确保并离网不影响整个系统的稳定性;文献 针对交直流微电
5、网并网孤岛运行,通过对储能电池进行状态划分,控制储能新能源系统与设备电工技术电池的工作状态进而实现并离网过程中暂态能量的缓冲,减小微电网并网过程中的暂态冲击。文献 针对微电网并网的储能变流器由恒压、恒频向恒功率切换,通过微电网中央控制器和模式控制器的配合尽量减小模式切换过程中功率不匹配带来的冲击;文献 针对并离网双模式运行的微电网并网逆变器,提出了一种基于前馈控制的双模式逆变器无缝切换控制方法,实现了整个并离网过程的平稳切换。文献 为解决分布式发电系统中不同微电源逆变器控制策略的差异以及相互之间切换的问题,提出了一种基于虚拟同步发电机的微电网并网孤岛运行模式之间的无缝切换控制策略。文献 针对微
6、电网运行过程中出现的逆功率现象采用了全软件方式的智能化逆功率抑制方案。针对微电网并网过程中逆变器与大电网之间的线路阻抗关系使得大电网侧的电压相位超前于微电网逆变侧电压,进而导致大电网侧的功率向逆变器侧传输产生逆功率现象,引起逆变器直流侧电压升高,易造成逆变器直流侧器件烧毁,本文提出一种大电网与微电网之间无通信方式的微电网并网逆变器逆向功率抑制策略。根据实际运行微电网模型,建立其小信号模型,并根据线路中平均电流流向,检测逆向功率。通过可变虚拟阻抗与下垂控制方式相结合的逆向功率抑制策略,可实现在不改变整个微电网系统结构的前提下,在形式上改变线路阻抗关系,进而实现逆向功率抑制。微电网并网逆变器控制
7、并网逆变器逆功率建模微电网系统等效电路如图所示,其中 为微电网系统的阻抗,为大电网系统的等效阻 抗,为微电网侧电压,为电网侧电压。由于上述阻抗关系,两侧电压存在相角差,使得电网侧功率流向微电网电源侧。图微电网并网模型电网侧流向微电网电源侧的功率为:()()()()()此时,系统参数为,则可得岸电电源阻抗为:()()同理,根据图可知当柴油机发电机内电阻、线路电阻、内电抗、线路电抗均已知时电网侧阻抗为:()()当,值较小时,式()、式()关系可简化为式()关系,由式()可知,此时有功功率主要取决于两侧电压相角差值,无功功率取决于两侧电压幅值差,下垂关系为、;反之,当系统呈现阻性时,式()、式()关
8、系可化简为式()关系,此时下垂关系变为、。而对于整个系统而言,频率为一个全局变量,因此可实现无功功率的均衡。对于有功功率而言,若两侧电压差值较大,则会产生功率逆流现象。()()逆功率抑制策略微电网侧逆变器采用电压电流双环控制策略,如图所示。正常情况下,输出应等于给定 ,两者差值应为零,此时 调节器输出为一固定值,且 输出值即为电流给定值 、,当电网侧电源并入岸电系统后,通过 坐标变换后,轴分量不为零,如图所示,若并网后两侧电压相角差较小,、,则此时理论上不会产生功率逆向流动。图电压电流双环控制策略两侧电压相角差较大时,、,由于此时轴给定值仍为 ,而实际,因此 ()(其中,为并网后相电压的幅值,
9、为并网前相电压的幅值),即此时实际电压的幅值大于给定值,那么通过 坐标变换后 ,则此时 ,进而导致 ,由有功功率计算式.可知,此时,功率逆流。图 并网前后坐标变换由电力系统的电阻、电抗关系可知,当时,系统不考虑电阻有功功率、无功功率满足式()关系,此时系统有功功率取决于相角差,无功功率取决于电压差,因此对于逆变器而言,只要存在滞后的相角差就会产生逆向功率。为此,考虑加入自适应虚拟阻抗的方式,如图电工技术新能源系统与设备 所示,系统中串入虚拟阻抗,其中为虚拟电阻,为虚拟电抗。引入虚拟阻抗的目的在于使系统整体呈现“阻性”,虚拟负电抗是为了抵消线路中电抗效应,使得系统进一步呈现阻性,此时系统有功、无
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