下载
加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 基于改进下垂法的微电网逆变器并联控制技术

基于改进下垂法的微电网逆变器并联控制技术.pdf

基于改进下垂法的微电网逆变器并联控制技术

tinaq
2012-02-15 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于改进下垂法的微电网逆变器并联控制技术pdf》,可适用于工程科技领域

基于改进下垂法的微电网逆变器并联控制技术姚 玮,陈 敏,牟善科,高明智,钱照明(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市华东电网有限公司,上海市)摘要:分析了典型微电网中逆变器并联系统的有功功率和无功功率环流模型,并针对传统下垂法控制的微电网并联逆变器的输出电压幅值和频率的不稳定问题,提出了一种改进的自调节下垂系数控制法,有效减小了微电网负荷突变等情况下母线电压幅值及频率的波动。同时,根据并联逆变器的输出无功功率调节自身输出阻抗,抑制微电网中逆变器之间的无功功率环流,减少由于无功功率环流引起的系统设备容量和线路损耗增加等问题,提高系统的稳定性和可靠性。仿真和实验均验证了该控制策略的可行性和有效性。关键词:微电网逆变器并联环流PQ下垂法中图分类号:TMTM收稿日期:修回日期:。国家自然科学基金重点项目()。 引言随着石油和煤炭等能源价格的不断上涨,世界各国不得不应对能源危机带来的挑战。目前全世界都在推进新能源系统的建设,其中的重要内容包括可再生能源的开发和利用、微电网和分布式供电等技术的兴起和发展。微电网供电方式为可再生能源的利用开辟了新的方向,并对功率变流器以及电力系统功率控制器提出了全新的要求和考验。大多数能源与微电网的接口都基于逆变器,通过对各台逆变器的输出进行控制,保证微电网系统运行的柔性和可靠性。根据微电网的控制要求,逆变器选择与传统发电机相类似的下垂特性曲线进行控制,将系统的不平衡功率动态分配给各逆变器模块承担,具有简单、可靠、易于实现的特点。通常采用多个逆变器并联构成汇流母线,当电网负荷变化时,各逆变器之间不需要进行通信,只需通过汇流母线实现均流,是完全冗余的系统。逆变器PQ下垂控制法只需要检测逆变器自身的输出,通过调整自身输出电压的频率和幅值来控制输出的有功和无功功率,实现微电网中逆变器功率的合理分配。传统的PQ下垂控制法需要通过低通滤波器计算每个工频周期逆变器输出的有功和无功功率,存在动态响应慢和周期性调节的固有缺点,而且在负荷变化时下垂系数是固定的,母线电压的幅值和频率波动较大。同时,微电网中各逆变器输出连线阻抗的差异,也会在很大程度上影响均流的效果。本文针对低压微电网独立运行模式中逆变器并联的系统结构,对并联系统的有功功率和无功功率环流模型进行了分析。针对传统下垂法控制的逆变器在电网负荷不同时输出电压幅值和频率的不稳定问题,提出了一种改进的自调节下垂控制法,可以有效减小微电网中逆变器由于功率下垂调节所引起的交流母线电压幅值及频率的波动,提高了微电网系统的稳定性和可靠性。同时,本文针对微电网中逆变器之间无功功率环流引起的系统中设备传输容量和系统损耗的增加等问题,提出了一种通过检测并联系统逆变器输出无功功率、瞬时调节逆变器自身输出阻抗的方法,有效抑制了逆变器并联系统中的无功功率环流。仿真和实验验证了该控制策略的可行性和有效性。 微电网中逆变器并联系统图为典型的微电网结构示意图,光伏电池、燃料电池、风力发电机等通过电力电子变换装置转换后,经逆变器并入微电网。微电网通过静态切换开关在公共连接点(PCC)与主网相连。在微电网独立工作时,各逆变器系统是以并联形式供能的,从而构成了微电网的汇流母线。根据图所示微电网中逆变器的并联结构,为了简化分析,取出其中台逆变器构成并联系统,图所示即为逆变器并联系统环流模型。在这个简化的模型中,微电网中并联的逆变器可以等效为一个电压源和一个阻抗的串联。逆变器之间的环流可以通过台逆变器的输出相量计算得到。为了便于分第卷 第期年月日Vol NoMar,析,连线阻抗中电感部分计入Li。所以,逆变器输出阻抗可以表示为:Z=Z=Z=RR′jωL=RR′jωL图 微电网结构示意图Fig Configurationofmicrogrid图 逆变器并联模型Fig Modelforparalleloperationofinverters基于以上模型和假设,微电网中逆变器之间的环流可以简化表示为:I·H=U·oU·oZ()  为了简化分析,逆变器并联系统中做如下假设:R′R=R′R=N(N为Ri′与Ri的阻抗比),R=R=R,L=L=L,U·o=V∠°,U·o=V∠δ。已知逆变器输出为正弦波,并忽略高次谐波,逆变器之间的环流为:I·H=VVejδ(RNRjωL)()  当逆变器输出电压幅值有差异、输出电压相位相同时,逆变器输出电压幅值和相位可以定义为:δ=δ,VV=ΔV。有功功率环流分量IHP和无功功率环流分量IHQ分别可以表示为:IHP=(N)RΔV|Z|IHQ=ωLΔV|Z|()  相反,当微电网中并联逆变器之间输出电压相位有差异、幅值相同时,逆变器输出电压幅值和相位可以定义为:V=V,Δδ=δδ。类似地,有功、无功环流可以表示为:I·HP=(N)RVsinδωLVsinδ|Z|()I·HQ=(N)RVsinδωLVsinδ|Z|() 基于改进下垂法的逆变器并联控制在微电网中,由于逆变器分布在各处,很难对它们进行统一的PQ控制。因此,各个微电网逆变器对自身输出电压的调节能力对维持系统可靠性和稳定性就显得非常关键。若缺乏本地电压调节,连有大量微电源的系统将经历有功功率和无功功率环流的振荡,最终导致系统崩溃,故电压控制需要确保逆变器电源之间无过大的电流环流。在传统电网中,发电机的内阻抗通常大到足以防止产生环流。而在放射性结构的微电网中,若电压稳定点有所偏差,电流环流将超过逆变器的额定值,从而损坏逆变器装置并导致微电网不能正常工作。所以能否有效控制微电网中逆变器之间的有功、无功功率环流,是决定微电网能否正常运行的关键因素之一。根据式(),在逆变器输出相位相同、幅值有差异情况下,可以得到有功环流IHP和无功环流IHQ随逆变器输出幅值差ΔV和阻抗比N的变化关系,如图所示。因N定义为逆变器连线阻抗和逆变器本身输出阻抗的比值,据此合理地设计逆变器输出阻抗和连线阻抗,可以获得最小的系统环流。图 有功功率环流和无功功率环流随ΔV和N的变化关系Fig ActiveandreactivecirculatingcurrentchangeswithΔVandNincreasingPQ下垂系数法只需检测逆变器自身的输出,通过调整自身输出电压的频率和幅值来控制逆变器输出的有功和无功功率,实现整个并联系统的功率均分和稳定,是一种完全冗余的控制方式,适合于微电网中各逆变器并联运行的控制。当系统阻抗呈现感性为主时,可得传统的PQ下垂法调节关系为:ω=ωmP()V=VnQ()式中:ω和ω分别为逆变器输出角频率和初始角频率V和V分别为逆变器输出电压幅值和初始幅,() 值m和n分别为有功功率和无功功率的下垂系数。若系统阻抗呈现阻性,有功功率和无功功率则与上述相反,分别对应输出电压幅值和角频率。传统的PQ下垂法中的下垂系数根据有功功率和无功功率进行频率和幅值的下垂调节,在不同的系统负荷下,下垂系数是不变的,因而造成输出电压和频率的过度下垂,增加下垂调节引起的微电网电压幅值和频率偏离,影响微电网电压质量和频率稳定性。本文将下垂系数m和n用一个与有功、无功相关的简单函数替代,该函数可以是一次函数也可以是二次函数,如式()和式()所示。本文取其为一次函数,当检测到功率变化时,会根据实际输出功率大小动态地调节下垂量。随着微电网中负荷的波动,各台并联逆变器的幅值和频率的下垂量可以动态调节,减小负荷变化时由逆变器均流控制引起的微电网电压幅值和频率的过度下垂,从而避免微电网中交流母线电压幅值和频率出现较大波动,增加微电网逆变器并联系统的稳定性和可靠性。ω=ω(mmP)P()V=V(nnQ)Q()  基于本文提出的控制策略,利用MATLAB中的Simulink软件,建立了台单相逆变器并联构成的小型低压微电网独立发电系统,图为微电网逆变器并联时母线输出电压和系统环流的仿真结果。图 微电网负荷变化时逆变器并联输出电压和系统环流变化的仿真结果Fig Simulationresultsoftheinverters’outputvoltageandcirculatingcurrentwithloadstepchanging在t=s时刻,给系统突加负荷,由图(a)可看到,传统下垂法控制的逆变器输出电压的幅值(Uo′)和频率(T′)均明显减小,使微电网母线电压幅值和频率出现了较大的偏离和波动,不利于微电网供电系统稳定运行。而通过改进的自适应下垂系数调节法,在同样的负荷变化情况下,输出电压的幅值(Uo)和频率(T)变化量都大大减小,从而有效地稳定了微电网的幅值和频率,提高了微电网的供能质量、可靠性和安全性。从图(b)中环流,可看出,改进前后种方法并未使逆变器之间的环流发生明显变化,没有增加系统环流的负担。图表示逆变器系统输出阻抗随电压环积分系数变化的频域特性。根据逆变器的输出阻抗特性,逆变器电压环比例积分(PI)调节参数中的积分系数Ki对输出阻抗影响较大,间接决定了对环流和线阻抗的敏感度在工频附近系统输出阻抗接近感性,且在该频段输出阻抗的大小随着电压环PI环节积分系数Ki的变大而迅速变大。图 逆变器输出阻抗随积分参数Ki变化的频域特性Fig SensitivityofinverteroutputimpedancewiththeKi本文针对逆变器输出的阻抗特性,对电压环积分系数Ki进行了改进,采用与无功功率Q相关联的可变系数Ki′,如式()所示。逆变器可以根据实时检测的系统输出无功功率,动态地改变积分系数。正常工作时,由于微电网系统环流较小,逆变器的积分系数接近正常值,以确保较好的动态性能当微电网系统出现较大无功环流时,在一定的稳定裕度内,增大逆变器输出阻抗,以抑制微电网系统无功功率环流的增加,减少由于无功功率环流所引起的系统容量负担和电网电压及频率稳定性等问题。Ki′=Ki(KQ|Q|)() 系统仿真和实验结果根据本文提出的微电网逆变器并联控制策略,基于MATLAB软件建立了台逆变器并联的微电网系统,并对该系统进行了负荷突变及功率均流实验。图显示了t=s时负荷变化带来的逆变器有功功率和无功功率变化情况。可看出在微电网负荷较大和较小情况下,系统均能实现较好的功率均·绿色电力自动化· 姚 玮,等 基于改进下垂法的微电网逆变器并联控制技术流,并由图已知该系统中母线电压的幅值和频率相比传统下垂法控制的并联系统有较好的稳定性。图 微电网中逆变器在负荷变化时有功功率和无功功率的变化情况Fig Microgridinverters’outputchangingofactivepowerandreactivepowerwithloadstepchanging根据前述的微电网逆变器并联控制策略,设计并调试了台基于DSP控制的单相逆变器,组成简易微电网逆变器并联系统。每个逆变器均由全桥拓扑构成,开关管工作频率为kHz,逆变器具有支持热插拔的并联锁相模块。在实际实验中台逆变器的连线阻抗设置了一定差值,图(a)、图(b)分别是台逆变器并联接入时各台逆变器的输出电流波形。图 微电网中并联逆变器输出实验波形Fig Experimentalresultsofparallelinvertersinmicrogridsystem  根据实验结果所示,由改进下垂法控制的微电网逆变器并联系统均流性能较好,动态响应较快,并很快进入稳态,并联系统的环流较小,系统频率和幅值较稳定,并且当另一条逆变器并入微电网时系统能迅速实现功率均分,从而验证了该方法的可行性和可靠性。 结语本文介绍了低压微电网独立运行时逆变器的并联控制技术,提出了一种改进的自调节下垂系数法,有效减小了传统下垂法控制的微电网逆变器在负荷波动时母线电压幅值和频率的不稳定,并对微电网逆变器并联系统的有功功率和无功功率环流模型进行了分析。针对微电网中无功功率环流会给系统带来设备容量和线路损耗增加等问题,提出了根据并联逆变器输出的无功功率瞬时调节其自身输出阻抗的方法,有效抑制了微电网系统中逆变器之间的无功功率环流。仿真结果和实验结果均表明,本文提出的微电网逆变器控制策略不仅具有良好的负载特性和输出特性,而且在微电网逆变器并联系统中具有较强的参数适应性、较好的动态响应性能和均流性能。参考文献CHANDORKARMC,DIVANDMControlofparallelconnectedinvertersinstandaloneacsupplysystemsIEEETransonIndustryApplication,,():CHENJF,CHUCLCombinationvoltagecontrolledandcurrentcontrolledPWMinvertersforUPSparalleloperationIEEETransonPowerElectronics,,():KAWABATAT,HIGASHINOSParalleloperationofvoltagesourceinverterIEEETransonIndustryApplication,,():林新春,段善旭,康勇,等UPS无互连线并联中基于解耦控制的下垂特性控制方案中国电机工程学报,,():LINXinchun,DUANShanxu,KANGYong,etalModelingandstabilityanalysisforparalleloperationofUPSwithnocontrolinterconnectionbasingondroopcharacteristicProceedingsoftheCSEE,,():姜桂宾,裴云庆,杨旭,等SPWM逆变电源的无互联信号线并联控制技术中国电机工程学报,,():JIANGGuibin,PEIYunqing,YANGXu,etalParalleloperationofsinusoidwithoutcontrolinterconnectionsProceedingsoftheCSEE,,():王建,李兴源,邱晓燕含有分布式发电装置的电力系统研究综述电力系统自动化,,():WANGJian,LIXingyuan,QIUXiaoyanPowersystemresearchondistributedgenerationpenetrationAutomationofElectricPowerSystems,,():(下转第页 continuedonpage),() Technology,,():谢 成(),男,通信作者,硕士研究生,主要研究方向:继电保护。胡 炎(),男,博士,高级工程师,主要研究方向:电力二次系统安全防护、电力系统和保护仿真、调度自动化技术等。Email:yanhusjtueducn邰能灵(),男,博士,教授,博士生导师,主要研究方向:电力系统继电保护及电力市场。Email:nltaisjtueducnATridimensionalSubstationSimulationPlatformBasedonExtensibleObjectCollectionXIECheng,HUYan,TAINengling,JINHonghe,YUANCheng,LINWei,CHENKangming,CUIPengchen(ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai,ChinaShanghaiHighVoltageTransmissionCoLtd,Shanghai,China)Abstract:Tridimensionalsubstationsimulationisstillundertherisksoflongtermmodeling,andhasdifficultyinreusingmodelThispaperintroducesasolutionoftridimensionalsimulationplatformbasedonextensibleobjectcollectionObjectsinthecollectionhavetridimensional,electrical,operationalanddatainterfacecharacteristicsTheycanbereusedorrestructuredtoformnewobjectswithdifferentcharacteristicsWithnetworkanddatabasetechnology,thetridimensionalplatformisfunctionallyinteractivewiththebidimensionalsimulationplatforminthetrainingsystemSincefunctionsofvariousequipmentcanbemodifiedattheobjectlevel,anewsimulationfunctioncanbeeasilyrealizedonlywithminorchangesKeywords:substationsimulationandtrainingsystemtridimensionalsimulationplatformextensibleobjectcollectiondistributedsystem(上接第页 continuedfrompage)梁有伟,胡志坚,陈允平分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述电网技术,,():LIANGYouwei,HUZhijian,CHENYunpingAsurveyofdistributedgenerationanditsapplicationPowerSystemTechnology,,():GUERREROJM,DEVICUNALG,MATASJ,etalOutputimpedancedesignofparallelconnectedUPSinverterswithwirelessloadsharingcontrolIEEETransonIndustrialElectronics,,():KATIRAEIF,IRAVANIMPowermanagementstrategiesforamicrogridwithmultipledistributedgenerationunitsIEEETransonPowerSystems,,():GUERREROJM,MATASJ,DEVICUNALG,etalWirelesscontrolstrategyforparalleloperationofdistributedgenerationinvertersIEEETransonIndustrialElectronics,,():PRODANOVICM,GREENTCHighqualitypowergenerationthroughdistributedcontrolofpowerparkmicrogridIEEETransonIndustrialElectronics,,():王志群,朱守真,周双喜逆变型分布式电源控制系统的设计电力系统自动化,,():WANGZhiqun,ZHUShouzhen,ZHOUShuangxiControllerdesignforinverterbaseddistributedgenerationAutomationofElectricPowerSystems,,():姚 玮(),男,通信作者,博士研究生,主要研究方向:逆变器并联、并网系统、光伏发电系统等。Email:ywzjueducn陈 敏(),男,博士,讲师,主要研究方向:逆变器系统、可再生能源发电系统。牟善科(),男,硕士,工程师,主要研究方向:电力系统运行及稳定分析。ParallelingControlTechniqueofMicrogridInvertersBasedonImprovedDroopMethodYAOWei,CHENMin,MOUShanke,GAOMingzhi,QIANZhaoming(ZhejiangUniversity,Hangzhou,ChinaEastChinaGridCompanyLimited,Shanghai,China)Abstract:ThispaperanalyzestheactiveandreactivepowercirculatingcurrentmodeloftheparallelinginvertersintypicalmicrogridandpresentsanimprovedadaptivedroopcontrollertoimprovetheperformanceofparallelconnectedinvertersWiththeproposedcontrolstrategy,largefluctuationsofbusvoltageandsystemfrequencycausedbyloadvariationcanbeavoidedItusesanadaptiveintegralloopgaintoimprovethedynamicperformanceofparallelsystemsItalsoreducesunreasonablereactivepowerflowbetweentheinvertersinamicrogrid,thereforeavoidsunnecessarypowerlossesandadditionalequipmentcapacitySimulationandexperimentalresultsconfirmthevalidityoftheproposedcontroltechniqueThisworkissupportedbytheKeyProjectofNationalNaturalScienceFoundationofChina(No)Keywords:microgridinverterparallelcirculatingcurrentPQdroopmethod,() 

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/5

基于改进下垂法的微电网逆变器并联控制技术

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利