文档介绍：基于独立微电网的下垂控制逆变器的同步和能源共享
摘要
最近在对智能电网技术不断增长的兴趣的推动下,我们研究无损微网中的DC/ AC逆变器的操作。我们证明了网络的负载和DC / AC逆变器配备电源频率差调速率控制器可以转换为一个Kuramoto模型相耦合振荡器。这种新颖的描述,连同从耦合振子的理论的结果,允许我们行为特性的逆变器和负载的网络。具体来说,我们提供必要的和足够的条件为苏的同步解法是独一无二的,存在局部指数稳定。我们提出了一个控制器获得一个理想的交流电源逆变器之间的选择,并指定一组的负载,可以在不违反给定的驱动约束。此外,我们提出了一种分布式的积分控制器,基于平均算法,动态地调节系统频率的存在下随时间变化的负载。值得注意的是,这种分布式的平均积分控制器,它保留了电源的主要下垂控制器的共享属性的附加属性。我们的研究结果认为不相同线路的特性或电压幅值的假设。
关键词:逆变器,电源系统控制,智能电源应用,同步,耦合振子,Kuramoto模型,分布式控制。
1引言
微电网是一个低电压的电气网络,分布式发电,存储,负载不均匀组成的,并从较大的主网络自主管理。微电网能连接到广域电力系统(WAEPS),通过一个点的公共耦合(PCC),但也能“孤岛”自己独立运作。能源发电微电网内可以高度异质性,任何多这些来源产生(风)无论是变频的交流电源或直流电源(太阳能),因此同步交流微网接口,通过电力电子器件称为(DC / AC或AC/ AC)功率转换器,或简单的反相器。在孤岛运行,逆变器的工作电压源逆变器(VSIs)理想电压源的作用非常像。正是通过这些VSIs,必须采取措施,以确保同步,安全,动力平衡和负载分担的网络。
图1 逆变器并联运行的示意图。
文献评论:微网社区内的利益是一个重要的课题,在一堆逆变器之间并联运行,准确地共享有功和无功功率。这样的网络中被描述在图1中,每一个逆变器的直接动力传递给公共负载。虽然有几个控制架构已经被提出来解决这个问题,所谓的“下垂”控制器已经吸引了最多的关注,因为他们表面上分散。此方法的原始参考是[6],其中Chandorkar 等人介绍了传统上我们所指的压降控制器。用于无损线,压降控制器试图效仿一个经典的同步发电机的行为,由施加在每个逆变频率和有功功率注射之间的逆关系[18]。在其他网络的情况下,控制器采用不同形式的表格[14,32]。一些有代表性的基本方法的参考文献如[29,2,21,22,20]和[15]。[9,10,23,24]和参考文献中的各种假设下的两个逆变器并联运行的小信号稳定性分析。最近的工作[33]强调传统下垂法的一些缺陷。分布式控制器根据从同步发电机理论和多代理系统的工具也已提出,用于同步和功率共享。一个全面的介绍[25,26],和[34,28,4,31]的各项工作。
图2 Kuramoto振荡器网络的机械模拟。粒子不具有惯性且不与其他粒子碰撞。
我们的调查有关的文献,另一套是有关相耦合振荡器同步,特别是经典和著名的Chandorkar模型。这种模式的一般认为n>=2耦合振荡器,每个代表(单位圆)和固有频率。耦合振子的系统,服从动力学
其中是i和j和Di的时间常数的第i个振荡器振荡器之间的耦合强度。图2表示了(1)的力学的模拟,在该振荡器可以显示为一组的n运动的粒子,约束绕单位圆。该颗粒与优选的方向和速度指定的自然频率旋转,并且连接在一起?性AIJ仍然弹性弹簧。丰富的动态系统的行为(1)来自每个振荡器的倾向,以配合其自然频率,同步执行耦合与它的相邻之间的竞争。我们参考最近的调查[1,27,12]的应用程序和理论成果。
频率下垂方法:频率下垂方法构成常规的压降法的二分之一。对于电感线来说,控制器在网络中的需求平衡的有功功率通过瞬间改变频率
的电压信号,在第i个逆变器根据
其中是一个额定频率,是在节点i的有效电功率注入,是额定有功功率注入。参数被称为作为下垂系数。
文献的限制:尽管构成平行VSIs操作的基础,频率下垂控制法(2)从来没有非线性分析[33]。没有条件已提交控制器(2)导致网络一个同步稳定状态的,也没有任何报表作出的收敛速度,这样的稳定状态存在。线性稳定性所呈现的结果依赖于两个逆变器的特殊情况下,有时会打包带无关的假设[22,15]。在性能方面没有任何保证。电力分配方案的基础上从多代理系统的想法往往直接处理与协调的分布式发电机的有功功率和无功功率注入,并暗中假设,低液位控制器是真正的网络物理和所需的功率注射之间架起了一座桥梁。
贡献:本文的贡献有四个方面。首先,我们开始与我们观察到的一个关键,根据频率下垂控制器的微电网方程可以等价转换为一个广义Kuramoto模型的形式(1)。我们提出了一个必要的和苏足够的条件的存在局部指数稳定的和唯一的闭环同步解法,