孤島微電網(wǎng)中逆變器并聯(lián)功率與電壓均衡控制技術(shù)研究

耿志清,卓放,寧改娣,師洪濤,張東,翟灝

(西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院, 710049, 西安)

孤島微電網(wǎng)中逆變器并聯(lián)功率與電壓均衡控制技術(shù)研究

耿志清,卓放,寧改娣,師洪濤,張東,翟灝

(西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院, 710049, 西安)

針對(duì)微電網(wǎng)中采用傳統(tǒng)雙環(huán)控制的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)功率均分精度較低以及輸出電壓和頻率的偏移問(wèn)題,分析了并聯(lián)系統(tǒng)的功率均分機(jī)理及輸出電壓外特性,提出了一種基于虛擬阻抗和輸出電壓-頻率瞬時(shí)值調(diào)節(jié)的逆變器并聯(lián)運(yùn)行功率與電壓均衡控制策略。在傳統(tǒng)的雙環(huán)控制器中增加虛擬阻抗環(huán),改善了輸出阻抗特性,采用P-ω、Q-V下垂控制法提高了功率均分精度;同時(shí)加入輸出電壓幅值和頻率調(diào)節(jié)環(huán),對(duì)由下垂引起的電壓、頻率的偏移進(jìn)行二次調(diào)節(jié),能保證較高的輸出電壓質(zhì)量。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提出的功率與電壓均衡控制策略使孤島微網(wǎng)中的并聯(lián)逆變器較好地均分負(fù)載功率,同時(shí)維持輸出電壓和頻率為額定值,驗(yàn)證了所提算法的有效性。

微電網(wǎng);逆變器并聯(lián);功率均分;電壓-頻率調(diào)節(jié);均衡控制

隨著世界傳統(tǒng)能源逐漸枯竭,能源危機(jī)日漸嚴(yán)重,以新能源為支撐的微電網(wǎng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)應(yīng)運(yùn)而生。單臺(tái)逆變電源由于受到容量和可靠性的限制,難以滿足負(fù)載的功率需求,為了提高逆變電源容量和可靠性,微網(wǎng)中多采用逆變器并聯(lián)技術(shù)[1-7]。為了獲得精確的功率均分精度和保持微網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定[5],在各分布式發(fā)電單元間設(shè)置通訊互聯(lián)線以及中央控制器,可實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器輸出電壓的控制。但是聯(lián)絡(luò)線的加入增加了成本,限制了分布式系統(tǒng)的距離,還會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性[8-10]。無(wú)聯(lián)絡(luò)線控制技術(shù)僅需測(cè)量分布式系統(tǒng)的本地信號(hào),無(wú)需通訊就能實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的控制,因而得到了廣泛應(yīng)用[2,6-8]。

在無(wú)聯(lián)絡(luò)線的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中,引入電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)的自下垂特性,即以各并聯(lián)逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率為控制變量,調(diào)整各逆變器輸出電壓的幅值和頻率,從而使得各并聯(lián)逆變器輸出電壓得以同步,最終實(shí)現(xiàn)消除環(huán)流均分負(fù)載的目的[8-9]。傳統(tǒng)的下垂控制沒有考慮電壓和頻率的恢復(fù)問(wèn)題,也就是類似于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中的二次調(diào)整問(wèn)題,微電網(wǎng)中功率波動(dòng)越大,電壓和頻率的瞬時(shí)偏差越大。基于此,有學(xué)者提出根據(jù)功率變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)下垂系數(shù),即在功率波動(dòng)較大時(shí)采用較小的下垂系數(shù)來(lái)減小電壓和頻率的偏移[10]。但是,下垂系數(shù)過(guò)小會(huì)影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)、過(guò)大則會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定,其取值需進(jìn)行折中考慮[6]。微電網(wǎng)由于容量較低,一般接入到低壓配電網(wǎng)中[2,10-11],而低壓線路的線路電阻遠(yuǎn)大于電抗(阻抗比可達(dá)7.33)[12],當(dāng)輸出阻抗及線路阻抗之和為阻性時(shí),P-Q解耦將受到影響,且在穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)功功率均分效果較差。因此,逆變器的輸出阻抗特性影響著下垂控制的效果。

文獻(xiàn)[10]提出通過(guò)改變控制參數(shù)來(lái)增大輸出阻抗以減小無(wú)功環(huán)流,同時(shí)根據(jù)功率波動(dòng)大小實(shí)時(shí)改變下垂系數(shù),以減小功率波動(dòng)引起的電壓、頻率與額定值的偏差過(guò)大。但使用該方法時(shí),電壓、頻率偏離額定值的情況仍存在。利用虛擬阻抗來(lái)改變輸出阻抗特性,并減小線路阻抗差異對(duì)功率均分的影響得到廣泛應(yīng)用[1,3,6,8]。文獻(xiàn)[11]提出在低壓微電網(wǎng)中加入感性虛擬阻抗來(lái)減小輸出電阻對(duì)系統(tǒng)環(huán)流的影響,同時(shí)通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)下垂控制進(jìn)行改進(jìn),有效降低了線路電阻對(duì)并聯(lián)均流的影響。但是,該方法以輸出濾波電容很小為前提,當(dāng)逆變器容量較大且對(duì)濾波要求較高而采用較大電容時(shí),均流效果受到影響。采用下垂控制的逆變器在功率分配精度與電壓質(zhì)量之間存在矛盾,現(xiàn)有的分層控制技術(shù)雖然可以在一定程度上減小電壓、頻率與額定值的偏差,但由于各分布式電源與中央控制器之間需要通信,降低了系統(tǒng)的可靠性[13]。

本文綜合考慮了并聯(lián)系統(tǒng)的功率均分機(jī)理及輸出電壓的外特性,在傳統(tǒng)的雙環(huán)并聯(lián)控制器中增加虛擬阻抗環(huán),改善了輸出阻抗特性,采用P-ω、Q-V下垂控制法提高了功率均分精度。同時(shí),加入輸出電壓幅值和頻率調(diào)節(jié)環(huán),對(duì)由下垂引起的電壓、頻率的偏移進(jìn)行二次調(diào)節(jié),能保證較高的輸出電壓質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)功率與電壓的均衡控制。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的有效性。

1 微電網(wǎng)中逆變器并聯(lián)控制策略

1.1 傳統(tǒng)逆變器并聯(lián)控制技術(shù)

本文以兩臺(tái)逆變器并聯(lián)等效模型(見圖1)為研究對(duì)象,對(duì)逆變器并聯(lián)時(shí)的功率均分問(wèn)題進(jìn)行分析。

圖1 兩臺(tái)逆變器并聯(lián)等效模型

在上述模型中,定義兩臺(tái)逆變器的輸出電壓為Uoi∠φi(i=1,2),φi為輸出電壓與母線電壓的相角差;輸出電流為Ioi,逆變器輸出阻抗與線路阻抗和為Zi∠θi=Zoi+Zlinei=Ri+jXi,Zi和θi分別為其幅值和相角;負(fù)載阻抗為ZL,負(fù)載電流為IL。假設(shè)公共交流母線電壓V=V∠0°作為參考向量,由于Uoi的相角是通過(guò)鎖相環(huán)對(duì)母線電壓V鎖相得到的,因而Uoi和V的相角差很小(sinφi≈φi,cosφi≈1);當(dāng)逆變器輸出阻抗與線路阻抗之和為感性時(shí),Zi=jXi(θi=90°),逆變器的輸出有功、無(wú)功功率為[5-6]

(1)

(2)

分析式(1)、式(2)可見,有功功率Pi主要由φi決定,而無(wú)功功率Qi主要由Uoi和V的幅值差決定,因此在一定程度上,有功、無(wú)功功率可通過(guò)控制頻率和電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制,由此可得傳統(tǒng)的P-ω、Q-V下垂控制方程

(3)

當(dāng)逆變器輸出阻抗與線路阻抗之和為阻性時(shí),Zi=Ri,此時(shí)θi=0°,下垂控制變?yōu)镻-V、Q-ω,下垂控制方程如下

(4)

當(dāng)逆變器輸出阻抗與線路阻抗之和為阻感性時(shí),且有0°<θi<90°,此時(shí)下垂控制方程為

(5)

通常,不同電壓等級(jí)的線路具有不同的阻抗比(R/X)[10],因此應(yīng)綜合考慮逆變器輸出阻抗及線路參數(shù)特性,選取合適的下垂控制策略。

1.2 逆變器并聯(lián)的功率均分機(jī)理

微電網(wǎng)中多個(gè)并聯(lián)的逆變電源通過(guò)共同的交流母線作為其輸出的唯一連接,并聯(lián)逆變電源之間需要根據(jù)自身的輸出功率,通過(guò)合理、優(yōu)化的控制方法調(diào)節(jié)各自的輸出電壓幅值、頻率和相位,從而實(shí)現(xiàn)各逆變單元之間負(fù)載功率的合理分配。由式(1)、式(2)可知,逆變電源的輸出功率與其輸出阻抗、線路阻抗及輸出電壓的幅值和相角差有關(guān),當(dāng)各并聯(lián)逆變器的輸出阻抗與線路阻抗都相等時(shí),P-ω、Q-V下垂控制可實(shí)現(xiàn)各逆變器的功率均分。但在實(shí)際情況下,各逆變器與母線的連線阻抗存在差異,因而功率就難以嚴(yán)格均分。

由式(1)、式(2)可知,若Zi∠θi為感性,則在穩(wěn)態(tài)時(shí),有功功率與相角有關(guān),無(wú)功功率與電壓有關(guān),通過(guò)P-ω、Q-V下垂控制可分別調(diào)節(jié)有功、無(wú)功輸出[6-7,10-11];若Zi∠θi為阻感性,則在穩(wěn)態(tài)時(shí),有功、無(wú)功之間存在耦合,需進(jìn)行解耦控制,傳統(tǒng)的P-ω、Q-V下垂法不再適用,同時(shí)逆變器與母線之間連線阻抗的不平衡也影響了功率的均分。因此,必須對(duì)輸出阻抗進(jìn)行優(yōu)化,使逆變器的等效輸出阻抗近似為感性,同時(shí)減小各并聯(lián)逆變器輸出阻抗與線路阻抗的差異,提高功率均分精度,減小系統(tǒng)環(huán)流。

1.3 dq坐標(biāo)系下的虛擬阻抗設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)并聯(lián)控制器中加入虛擬電感,可使逆變器輸出阻抗感性增強(qiáng),即R/X變小,提高了有功、無(wú)功的解耦控制精度,同時(shí)還可抑制并聯(lián)逆變器間的無(wú)功環(huán)流[3,8]。另外,虛擬電阻的加入,增加了系統(tǒng)的阻尼,能有效抑制系統(tǒng)振蕩[6]。加入虛擬阻抗后,實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)等效線路阻抗的間接控制,可表示為

(6)

(7)

(8)

式中:Rvir、Lvir分別為虛擬電阻和虛擬電感;Vorefd和Vorefq為輸出電壓調(diào)整參考值的d、q分量;ω為dq坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角頻率。

在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下實(shí)現(xiàn)虛擬阻抗如圖2所示。

Vod、Voq分別為輸出電壓反饋值的d、q分量;Gv(s)為電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)分別為電流環(huán)參考值的d、q分量

2 功率與電壓均衡控制策略

2.1 逆變器的輸出電壓外特性分析

圖3為加入虛擬阻抗的逆變器控制框圖,逆變器采用電壓、電流雙環(huán)控制,電壓外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為Gv(s),其輸出作為電感電流內(nèi)環(huán)的參考輸入,傳遞函數(shù)為Gi(s)。

Uo為逆變器輸出電壓;Uoref為輸出電壓參考值;Lf和Cf分別為逆變器的輸出LC濾波電感和電容;kpwm為PWM環(huán)節(jié)的比例系數(shù);IL、IC和Io分別為濾波電感電流、濾波電容電流和輸出電流

由圖3可推導(dǎo)出逆變器的輸出電壓為

Uo(s)=G(s)[Uoref(s)-Zvir(s)Io(s)]-Zo(s)Io(s)

(9)

式中

將式(9)整理后,得

Uo(s)=G(s)Uoref(s)-Io(s)[G(s)Zvir(s)+Zo(s)]

(10)

加入虛擬阻抗后,總的輸出阻抗為

Zovir(s)=G(s)Zvir(s)+Zo(s)

(11)

從式(9)和式(10)可以看出,逆變器的輸出電壓由兩部分決定。一是跟蹤輸入給定量的部分G(s),其性能決定了輸出量對(duì)給定量的跟蹤性能。通過(guò)分析G(s)可知,與輸出電壓成正相關(guān)的參數(shù)為逆變器增益kpwm,與輸出電壓成負(fù)相關(guān)的參數(shù)有輸出濾波電容和電感,即當(dāng)輸出濾波電感和電容過(guò)大時(shí),會(huì)導(dǎo)致輸出電壓嚴(yán)重偏離額定值。二是逆變器的閉環(huán)輸出阻抗Zovir(s)。采用下垂控制的逆變器,其輸出阻抗同時(shí)受到線路阻抗、輸出濾波器及控制參數(shù)的影響[4,6,8],且輸出阻抗隨濾波電感和虛擬阻抗的增加而增加,隨濾波電容的增加而減小。當(dāng)逆變器的主電路及控制參數(shù)確定后,G(s)基本保持不變,Zovir(s)主要由虛擬阻抗決定,因此虛擬阻抗的加入改變了輸出阻抗的特性,使其感性增強(qiáng),幅值增大,在傳統(tǒng)下垂控制下提高了P、Q解耦控制精度,減小了系統(tǒng)環(huán)流。

2.2 電壓和頻率控制策略

(a)Q-V (b)P-ω

為了實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的基本控制目標(biāo),即保證各并聯(lián)逆變器均分負(fù)載功率且逆變器的輸出電壓幅值和頻率保持額定輸出,當(dāng)功率變化引起電壓和頻率變化時(shí),需對(duì)逆變器輸出電壓幅值和頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。結(jié)合圖4和式(3)可知,要想對(duì)輸出電壓及頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),可通過(guò)改變下垂系數(shù)或Vn、ωn來(lái)達(dá)到目的。本文提出通過(guò)改變輸出電壓額定值Vn和頻率額定值ωn來(lái)實(shí)現(xiàn)。即當(dāng)負(fù)載功率增加(減小)引起電壓幅值和頻率降低(升高)時(shí),可通過(guò)增加(減小)電壓和頻率的額定值來(lái)保持輸出不變,在坐標(biāo)圖中表現(xiàn)為將原下垂曲線豎直向上或向下平移ΔVn(或Δωn),以此來(lái)補(bǔ)償電壓和頻率由于下垂產(chǎn)生的偏差,使系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài),如圖5所示。

(a)Q-V (b)P-ω

(12)

圖6 輸出電壓調(diào)節(jié)框圖

圖7 頻率調(diào)節(jié)框圖

結(jié)合式(3)及圖5,由于下垂控制固有的特性,即頻率、電壓與有功、無(wú)功互相影響,當(dāng)逆變器空載運(yùn)行時(shí),由于輸出功率為0,其輸出電壓和頻率均為額定值。當(dāng)逆變器帶負(fù)載運(yùn)行時(shí),其實(shí)際輸出電壓和頻率將小于額定值,如圖5中,逆變器在下垂曲線②的作用下運(yùn)行,工作點(diǎn)為b(V0,Q0),但V0

圖8 功率與電壓均衡控制流程圖

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到逆變器輸出功率發(fā)生較大降落(第二臺(tái)逆變器投入或負(fù)載突然切除)且功率均分未完成時(shí),令k=0,電壓和頻率的補(bǔ)償開關(guān)斷開,暫停對(duì)電壓和頻率的補(bǔ)償調(diào)節(jié),避免下垂與補(bǔ)償調(diào)節(jié)產(chǎn)生耦合,下垂曲線回到曲線②,逆變器輸出無(wú)功從Q0逐漸減小,對(duì)應(yīng)電壓從V0逐漸增大,但始終小于Vn。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到功率均分完成后,令k=1,閉合電壓和頻率補(bǔ)償開關(guān),經(jīng)過(guò)微調(diào),將Vn向上平移ΔVn1,得到下垂曲線③,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài),工作點(diǎn)為c(Vn,Q1)。

由于兩臺(tái)逆變器參數(shù)相同,故其輸出電壓保持同步,都達(dá)到Vn,兩臺(tái)逆變器均分功率,均為Q1=Q0/2。系統(tǒng)對(duì)功率波動(dòng)的監(jiān)測(cè)是基于判斷dQ/dt及dP/dt的大小進(jìn)行的。當(dāng)另一臺(tái)逆變器切除或突增負(fù)載導(dǎo)致逆變器輸出功率突增時(shí),電壓調(diào)節(jié)過(guò)程與上面相似,同樣可得相同情況下的頻率調(diào)節(jié)原理,實(shí)現(xiàn)流程如圖8所示。這樣,通過(guò)下垂控制與電壓和頻率補(bǔ)償調(diào)節(jié)的分時(shí)作用,避免了二者產(chǎn)生耦合,互相影響,達(dá)到了并聯(lián)系統(tǒng)功率合理分配和保持較高電能質(zhì)量的目的。

3 仿 真

為驗(yàn)證本文采用的并聯(lián)控制算法的有效性,使用PSIM仿真軟件搭建了兩臺(tái)逆變器并聯(lián)模型,仿真模型參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 本文模型仿真參數(shù)

仿真過(guò)程為:首先由一臺(tái)逆變器單獨(dú)帶負(fù)載運(yùn)行,在0.1s時(shí),逆變器2通過(guò)交流母線并入,兩臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行,共同提供負(fù)載功率。采用未加虛擬阻抗的傳統(tǒng)雙環(huán)控制策略和本文提出的控制策略進(jìn)行兩次仿真,仿真結(jié)果如圖9所示。

(a)傳統(tǒng)控制方法下逆變器輸出的有功功率

(b)本文控制方法下逆變器輸出的有功功率

(c)傳統(tǒng)控制方法下逆變器輸出的無(wú)功功率

(d)本文控制方法下逆變器輸出的無(wú)功功率

(e)本文控制方法下的逆變器輸出電流

(f)本文控制方法下的逆變器輸出電壓

(g)本文控制方法下的逆變器輸出頻率

由圖9a～圖9d可知,由于兩逆變器與母線之間線路阻抗的差異,采用傳統(tǒng)雙環(huán)控制時(shí)逆變器有功、無(wú)功功率不能較好地均分。加入虛擬阻抗環(huán)后,逆變器輸出有功和無(wú)功功率能夠較好地均分,且動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

另外,加入本文所提的電壓和頻率補(bǔ)償環(huán)節(jié)后,逆變器1單獨(dú)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí),由于下垂特性和虛擬阻抗的作用,電壓和頻率與額定值相比有較小的偏差。采用電壓和頻率調(diào)節(jié)策略,通過(guò)實(shí)時(shí)增大Vn和ωn,逆變器的輸出電壓和頻率都維持在額定值。在0.1s時(shí),逆變器2并入,逆變器1的輸出功率迅速減小,系統(tǒng)快速響應(yīng),并暫停電壓和頻率的補(bǔ)償調(diào)節(jié),切換到采用虛擬阻抗的P-ω、Q-V傳統(tǒng)下垂控制。通過(guò)分別調(diào)節(jié)電壓和頻率,有功、無(wú)功功率得到獨(dú)立控制,兩臺(tái)逆變器的輸出有功、無(wú)功功率迅速達(dá)到均分,且基本消除了系統(tǒng)環(huán)流。在此過(guò)程中,逆變器1的輸出電壓和頻率由于沒有了補(bǔ)償調(diào)節(jié),在下垂特性的作用下,電壓和頻率都小于額定值,且隨著逆變器輸出功率的減小,電壓和頻率逐漸接近額定值。當(dāng)功率均分完成后,系統(tǒng)重新啟動(dòng)電壓幅值和頻率調(diào)節(jié),在大約4個(gè)周期之后,兩臺(tái)逆變器的電壓幅值和頻率都恢復(fù)到額定值,且基本無(wú)環(huán)流,響應(yīng)速度較快。

4 實(shí) 驗(yàn)

本文基于實(shí)驗(yàn)室的兩臺(tái)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,逆變器容量為1kV·A,其他參數(shù)如表2所示。

表2 本文模型實(shí)驗(yàn)參數(shù)

與仿真過(guò)程相同,分別采用未加虛擬阻抗的傳統(tǒng)雙環(huán)控制策略和本文提出的控制策略進(jìn)行兩組試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

(a)傳統(tǒng)雙環(huán)控制下的逆變器輸出有功功率

(b)本文控制方法下的逆變器輸出有功功率

(c)傳統(tǒng)雙環(huán)控制下的逆變器輸出無(wú)功功率

(d)本文控制方法下的逆變器輸出無(wú)功功率

(e)本文控制方法下的逆變器輸出電流

(f)本文控制方法下的逆變器輸出電壓

(g)本文控制方法下的逆變器頻率

從圖10a和圖10b可以看出,與仿真波形相似,采用傳統(tǒng)的未加虛擬阻抗的雙環(huán)控制時(shí),并聯(lián)逆變器的輸出有功功率不能準(zhǔn)確均分,P1、P2大約相差0.2 kW,而加入虛擬阻抗后,有功功率均分較好。從圖10c和圖10d可以看出,未加入虛擬阻抗時(shí),兩逆變器輸出無(wú)功功率也存在偏差,而加入虛擬阻抗后,無(wú)功功率也能較好地均分。

采用本文算法的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下。逆變器1單獨(dú)帶負(fù)載運(yùn)行,提供給負(fù)載有功、無(wú)功功率,根據(jù)下垂特性,其電壓和頻率會(huì)小于額定值,但采用本文算法對(duì)電壓和頻率的參考值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),電壓和頻率始終保持在額定值,見圖10f、圖10g(圖10f為逆變器1的a相電壓)。在某一時(shí)刻,投入逆變器2,由兩臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行,均分負(fù)載功率,因此逆變器1的輸出功率迅速減小,系統(tǒng)通過(guò)判斷開關(guān),暫停對(duì)電壓和頻率的補(bǔ)償調(diào)節(jié),切換到傳統(tǒng)下垂控制模式下,逆變器1的電壓和頻率迅速降低到額定值以下,且隨著輸出功率減小,其電壓幅值和頻率逐漸增大,但維持在額定值以下。同時(shí),采用含有虛擬阻抗的控制策略,實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功的解耦控制,使兩臺(tái)逆變器均分負(fù)載功率,由圖10b、圖10d、圖10e(圖10e為兩臺(tái)逆變器的a相電流)可以看出,功率均分精度較高,動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到功率均分完成后,重新切換到電壓和頻率補(bǔ)償調(diào)節(jié)模式,逐漸微調(diào)電壓和頻率恢復(fù)到額定值,兩臺(tái)逆變器輸出電壓相同,功率保持均分,環(huán)流較小,提供較高的電能質(zhì)量。

5 結(jié) 論

虛擬阻抗的應(yīng)用改變了逆變器的輸出阻抗特性,有效抑制了線路參數(shù)差異對(duì)功率分配造成的影響,提高了并聯(lián)逆變器的輸出功率均分精度。在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí),提出的控制策略彌補(bǔ)了傳統(tǒng)逆變器并聯(lián)技術(shù)的不足,實(shí)現(xiàn)了電壓和頻率的二次調(diào)節(jié),使微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)電壓和頻率維持在額定值,保持較高的電能質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)并聯(lián)逆變器的功率與電壓均衡控制,具有較高的使用價(jià)值。

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(編輯 杜秀杰)

BalancedControlStrategyforParalleledInverterPowerandVoltageinIslandedMicro-Grid

GENG Zhiqing,ZHUO Fang,NING Gaidi,SHI Hongtao,ZHANG Dong,ZHAI Hao

(School of Electrical Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)

Considering the low power allocation accuracy of paralleled inverters system using traditional double-loop control and the voltage and frequency deviations caused by droop control in micro-grid, the power allocation mechanism and output voltage characteristics of a parallel system are discussed, and a balanced control strategy of power and voltage for inverters parallel operation is proposed based on virtual impedance and instantaneous output voltage/frequency regulation. Virtual impedance is added to existing control loops to improve the characteristics of output impedance, and the power allocation accuracy is enhanced withP-ω,Q-Vdroop control. A scheme for regulating output voltage magnitude and frequency also participates in the loops to exert secondary regulation on the voltage and frequency deviations from droop control, and the higher output voltage quality remains. The simulation and experiment demonstrate that the proposed balanced control strategy for power and voltage makes the paralleled inverters share the load power better and preserves the rated output voltage and frequency in islanded micro-grid.

micro-grid; paralleled inverters; power sharing; voltage/frequency regulation; balanced control

2014-03-23。

耿志清(1989—),男,碩士生;卓放(通信作者),男,教授。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51177130);國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012AA050206)。

時(shí)間:2014-07-28

10.7652/xjtuxb201412007

TM464

:A

:0253-987X(2014)12-0041-08

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