低壓微網多逆變電源的綜合控制策略設計

李培強 谷勇欽 李欣然 邵錕 潘遠 王繼飛

摘要：針對微電網通常是接入低壓配電網的情況，分析了低壓微電網輸電線路與傳統(tǒng)高壓輸電線路阻抗比的差異，對低壓微網功率傳輸進行了理論修正.在此基礎上采用不同的控制策略對低壓微電網進行綜合控制，聯(lián)網模式下為了執(zhí)行支撐本地電壓和調節(jié)饋線潮流，微電源采用PQ控制策略；孤島模式下為確保負荷能各自快速分擔負載和電壓頻率穩(wěn)定，微電源采用電壓頻率V/f下垂控制.為保證逆變器輸出阻抗與線路阻抗相匹配，在逆變器控制策略中引入阻性虛擬阻抗，根據低壓線路參數呈阻性的特點，對傳統(tǒng)高壓大電網下垂特性進行修正，通過旋轉坐標正交變換矩陣，對電壓頻率V/f下垂控制進行了改進，使得傳統(tǒng)的V/f下垂控制得以擴展應用于低壓微網中.仿真驗證分析，證明了低壓微電網系統(tǒng)下設計的綜合控制策略能夠保證系統(tǒng)與運行的穩(wěn)定性和可靠性.

關鍵詞：低壓微網；PQ控制；V/f下垂控制；阻性虛擬阻抗；旋轉坐標；孤島模式

中圖分類號：TM91 文獻標識碼：A

為協(xié)調大電網與分布式電源間的矛盾[1]

4仿真分析

為了驗證本文所提出的方法，搭建了共有3（n=3時）臺逆變器的低壓微電網系統(tǒng)如圖1所示，微網中各逆變器的參數見表2和表3，根據微電源控制圖和電路模型，利用MATLAB R2011a/Simulink進行了仿真分析，為了便于分析，將微電源用直流電壓源代替.

由仿真波形圖可知，采用V/f下垂控制方法的DG的輸出電壓頻率在經過短時間的震蕩后，其頻率能夠穩(wěn)定在50 Hz，三相輸出電壓幅值能夠恒定在其基準附近（本文仿真采用標么值，穩(wěn)定在1附近）.當2 s時投入load3時，逆變器輸出的有功功率和無功功率發(fā)生變化，發(fā)出的有功功率和無功功率均增大，相應地，逆變器輸出電流增大，但能保持其電壓穩(wěn)定在基準值附近.由以上分析可知，采用本文提出的V/f下垂控制的DG輸出的實時功率能夠快速穩(wěn)定有效地追蹤系統(tǒng)內負荷的變化，從而維持孤島系統(tǒng)內的電壓和頻率穩(wěn)定.

5結論

微電網的基本運行依賴于各個微電源，微電網存在兩種運行方式.本文在不同的運行模式下，設計了低壓微電網逆變電源的綜合控制策略.在聯(lián)網的模式下，微電源采用PQ控制，使得微電源發(fā)出指定的功率，且能夠保證不改變低壓配電網的電壓水平；在孤島模式下，采用V/f下垂控制策略，根據低壓線路參數呈阻性的特點，對傳統(tǒng)高壓大電網下垂特性進行修正，通過旋轉坐標正交變換矩陣，對電壓頻率V/f下垂控制進行了改進，使得傳統(tǒng)的V/f下垂控制得以擴展應用于低壓微網中，并能保證當系統(tǒng)功率變化時微電源與負荷之間的功率平衡，而對受外界條件影響較大的微電源，即功率源型微電源依舊采用PQ控制.通過MATLAB/Simulink仿真，驗證了控制策略的正確性與有效性，為后續(xù)工作奠定了基礎.

參考文獻

[1]黃偉， 孫昶輝， 吳子平， 等. 含分布式發(fā)電系統(tǒng)的微網技術研究綜述[J]. 電網技術， 2009， 33（9）：14-18.

[2]LASSETER R H. Microgrids[C]//Power Engineering Society Winter Meeting. New York： IEEE， 2002： 305-308.

[3]LASSETER B. Microgrids[C]//Power Engineering Society Winter Meeting. New York： IEEE， 2001：146-149.

[4]魯宗相， 王彩霞， 閔勇， 等. 微電網研究綜述[J]. 電力系統(tǒng)自動化， 2007， 31（19）：100-107.

[5]梁才浩， 段獻忠. 分布式發(fā)電及其對電力系統(tǒng)的影響[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2001， 25（12）：53-56.

[6]王志群， 朱守真， 周雙喜， 等. 分布式發(fā)電對配電網電壓分布的影響[J]. 電力系統(tǒng)自動化， 2004， 28（26）：56-60.

[7]ENGLER A， SOULTANIS N. Droop control in LVgrids[C]//Proceedings of International Conference on Future Power System. Amsterdam， Netherlands： IEEE， 2005：1-6.

[8]王凌， 李培強， 李欣然， 等. 微電源建模及其在仿真中的應用[J]. 電力系統(tǒng)自動化學報， 2010， 22（3）：32-38.

[9]李培強， 劉志勇， 李欣然， 等. 應用綜合控制策略的微電網仿真[J].高電壓技術， 2011， 37（10）：2356-2362.

[10]LOPES J A P， MOREIRA C L， MADUREIRA A G， et al. Control strategies for microgridsemergency operation[C]//International Conference on Future Power Systems. Amsterdam， Netherlands： IEEE， 2005：1-6.

[11]LOPES J A P， MOREIRA C L， MADUREIRA A G. Defining control strategies for microgrids islanded operation[J]. IEEE Transactions on Power Systems， 2006， 21（2）： 916-924.

[12]王成山， 肖朝霞， 王守相. 微電網綜合控制與分析[J]. 電力系統(tǒng)自動化， 2008， 32（7）： 98-103.

[13]JAYAWARNA N， WU X， ZHANG Y， et al. Stability of a microgrid[C]//Proceedings of the 3rd IET International Conference on Machines and Drives. Dublin Irelang， 2006： 316-320.

[14]LAAKSONEN H， SAARI P， KOMULAINEN R. Voltage and frequency control of inverter based weak LV network microgrid[C]//International Conference on Future Power Systems. Amsterdam， Netherlands： IEEE， 2005：1-6.

[15]PIAGI P， LASSETER R H. Autonomous control of microgrids[C]//Power Engineering Society General Meeting. Montreal， Canada： IEEE， 2006： 8-15.