基于虚拟负电阻的微电网下垂控制研究.pdf
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1、第 卷湖北师范大学学报(自然科学版)第 期 ()基于虚拟负电阻的微电网下垂控制研究王 杨涂 建陈 强潘成勇(湖北师范大学 电气工程与自动化学院湖北 黄石)摘要:孤岛模式下运行的微电网其稳定性与可靠性要求各微电源能均衡分担负荷电能质量要求系统输出的电压和系统频率波动在一定的范围内 而传统的微电网下垂控制适用条件有限其电压和频率以及功率的分配受负荷投切、线路阻抗等多重因素的影响 分析了下垂控制工作原理和适用条件提出了设计基于虚拟负电阻的改进型下垂控制策略并通过/工具箱对此进行了仿真验证分析利用虚拟负电阻抵消线路部分阻性成分的影响使得线路阻抗呈现感性提高了微电网在负载投切下的功率分配精度关键词:微电
2、网下垂控制虚拟负电阻中图分类号:文献标志码:文章编号:():./.引言近年来随着工业水平的提升社会经济的迅速发展新能源产业不断革新传统能源与新能源构成了新的能源结构为满足生产发展的需要新型的微电力系统微电网由此而生凭借其污染少可控性好效率高备受关注 但传统的微电网下垂控制是基于并联逆变器系统输出等效阻抗呈感性的条件下运行对容量大小线路的阻感比等因素依赖性较大 实际运用中微电网多位于低压侧线路电阻大于电感不满足下垂控制的适用要求逆变器需添加虚拟阻抗使其运行在阻性线路之下但添加虚拟阻抗会影响电压下降和频率的波动进而影响了系统的稳定性 本文通过提出基于虚拟负电阻的改进方法抵消线路阻性部分改善逆变器输
3、出阻抗的阻感性提高了功率分配的精度和微网系统的稳定性 利用/仿真软件建立微电网模型模拟负载的投切进行仿真分析从而验证了基于虚拟负电阻的下垂控制的可行性和有效性 逆变器并联运行的下垂控制策略.微电网逆变器系统模型本文研究的微电网结构如图 所示 各种分布式电源(风电光伏等)通过直流母线与混合储能系统并联形成功率可调度的微电源再通过逆变器经过输电线路到母线端形成微电网逆变器的控制方式有多种常见的有 控制/控制下垂()控制 控制等本文主要采用下垂控制目前微电网中分布式电源的形式多种多样常见的有光伏发电风力发电燃料电池等同时还会包含相应的储能装置 为了简化微电网中复杂多变的分布式电源的并联系统模型现利用
4、理想直流源代替分布式电源本文的研究采用两台逆变器并联构成的系统模型如图 所示收稿日期:基金项目:湖北省教育厅项目()作者简介:王杨()男湖北宜昌人在读硕士研究生研究方向为微电网控制与优化运行.通讯作者:涂建()男湖北黄冈人硕士副教授研究方向为电力系统优化与控制 :.图 中两个分布式电源通过并联连接逆变器输出的电能经过 滤波器滤波以后通过输电线路输送至公共母线端图中 和 为微网的线路阻抗为并联系统公共端所带负载 图 微电网结构 图 逆变器并联系统.下垂控制原理下垂控制又称之为调差率控制其可以实现各微源在孤岛模式下或者并网运行模式下电压和频率的自动调节不需要借助每个分布式单元的通信线路只需采集线路
5、本身的信息通过控制系统实现微源和负荷的即插即用形成无缝投切 实现下垂控制的基础原理就是微源的输出功率特性为便于分析功率特性将两台逆变器并联的系统模型简化得出对应的等效电路如图 所示图 逆变器并联系统等效电路令 为第台逆变器的输出电压 .为第台逆变器的输出电流为流过公共端负载的电流分别为第 台逆变器输出的有功功率和无功功率通过电路分析可得有功计算公式和无功计算公式:()()()()其中 分别表示第 台逆变器的线路电阻和线路电抗 为逆变器的输出电压功角在传统高压输电线路中线路电抗远大于电阻时电阻相对来说可以忽略此时输电线路的功率角很小可以近似地认为 将其代入()和()式可以得到()()由()式可知
6、当线路呈感性时输出的有功功率和无功功率分别由功角和电压幅值决定即功角越大提供的有功功率越多电压幅值越高输出的无功功率越大由此对于呈感性的逆变器并联系统可采用有功 频率无功 电压的下垂控制方法以此得到传统的下垂控制方程:()()()式中 和 分别为第 台逆变器的下垂控制系数和 分别为第 台逆变器的频率和输出电压和 分别为第 台逆变器的输出有功功率和无功功率分别为逆变器并联系统的额定频率和额定电压以及有功功率和无功功率的给定值 改进下垂控制策略传统的下垂控制适用于感性线路中但实际运行的低压微网大多数是呈现阻性其线路电阻的影响不能够忽略因此提出一种虚拟负阻抗的改进下垂控制虚拟负阻抗的实现方式有很多可
7、以引入虚拟负电阻抵消线路阻抗影响也可以引入虚拟电感增大线路电感降低线路电阻影响两者都可以使得逆变器输出阻抗对外呈现感性进而满足下垂控制要求目前广为采用的方法就是增加虚拟阻抗加以改进其示意图如图 所示:图 添加虚拟阻抗示意图但对于采用的虚拟阻抗通常来说其设定值都会比输电线路的的阻抗要高出不少这样才可以达到使得线路呈现阻性的要求与此同时也会带来较多的负面效果使得逆变器的输出电压产生较大的压降进一步影响了系统的电能质量降低系统的稳定性 由微网系统的结构可知逆变器并联运行系统的系统阻抗由两部分来构成分别为逆变器的输出阻抗和线路阻抗其表达式如下所示:()()逆变器的输出阻抗可以看作为纯感性而线路阻抗可以
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