文档介绍：电力电子新技术展望论文
基于下垂控制的微网逆变器
控制策略研究
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2015年12月14日
基于下垂控制的微网逆变器控制策略研究
摘要:微网作为高效利用可再生能源、提高供电可靠性和灵活性的有效方式,是解决当前环境污染、资源短缺等问题的新方法。微网的稳定运行包括孤岛和并网两种模式,二者间的无缝切换是保证负载持续不间断供电、提高供电灵活性和可靠性的关键。本文提出了基于下垂控制的微网逆变器控制策略,在微网孤岛运行和并网运行过程中均采用基于下垂理论的电压型控制方法,避免了传统控制策略的强制切换,从根本上抑制切换过程中的暂态冲击。并对所提出的控制策略进行了仿真验证,实验结果表明逆变器能够分别稳定工作于孤岛运行模式和并网运行模式,并较好的实现了二者间的无缝切换,保证了切换过程的平滑无冲击和负载的连续供电。
关键词:微网逆变器;下垂控制;SOGI-FLL;并网孤岛;模式切换
1 课题研究背景和意义?
近年来,受能源危机、环境污染和气候变化的影响,新能源的开发利用日益受到国际社会的高度重视。分布式发电便是开发利用新能源的一种有效途径。分布式发电主要利用无污染的可再生能源,位置分散且灵活,能够很好地适应用户需求以及资源的分散性,但光伏发电、风力发电等分布式电源具有波动性及随机性,对于电网是一个不可控源,且单机接入成本高,直接控制相对复杂。
为了解决分布式发电和电网的矛盾,学者们提出了以微网作为分布式电源新的运行方式。微网内部以清洁能源为主,主要由电力电子设备实现电能的变换,微网要能够运行在并网和孤岛模式下,当电网发生故障时,微网应迅速断开与电网的连接,转入孤岛运行模式;当电网供电恢复正常时,微网需重新联入电网运行。因此微网接口逆变器控制性能的好坏是微网稳定运行的一个关键。
2微网技术的发展现状?
微网系统运行模式
微网系统是一个小型的自治系统,系统通过静态开关与大电网单点相连,能工作在并网模式,也能工作在孤岛运行模式。
在正常情况下,微网系统应工作在并网模式,闭合,微网与大电网相连。此时的微网系统与大电网整体保持功率平衡:若本地负载需要吸收的功率比分布式电源总功率大,则微网从大电网吸收相应的功率差额;若本地负载需要吸收的功率比分布式电源总功率小,则微网向大电网输出相应的功率差额。
当大电网发生停电故障或者供电电能较差时,微网系统能断开与大电网的连接,并转换为孤岛运行模式。此时的微网系统失去了大电网的电压支撑,就需要调度系统协调自身的分布式电源及储能单元继续为本地负载供电,独立保证自身系统内的功率平衡,使系统能够继续平稳地运行。
此外,微网在并网和孤岛运行模式之间的过渡过程中,也能保证本地负载供电的连续可靠,不受电网故障和模式切换的影响,分布式电源也应保持不间断工作。
微网系统的结构组成多样,运行模式灵活,因此其控制技术也更加困难和复杂,而且是保证微网系统正常工作的关键所在。从微网逆变器单元的控制角度,主要分为PQ控制、V/f控制和下垂控制。
(1)PQ控制即为恒功率控制,直接控制逆变器单元的输出有功功率和无功功率,本质上属于
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电流型控制,不调节逆变器端口的电压,因此需要有外部的电压和频率的支撑。通常情况下,微网逆变器工作于并网模式时,采用PQ控制。因为此时微网的电压和频率由大电网支撑,微网逆变器只需要调节并网电流来调节其并网功率。
(2)V/f控制即为电压频率控制,对逆变器输出的频率和电压进行调节,本质上属于电压型控制。通常情况下,V/f控制用来维持微网独立运行时的电压和频率的稳定,保证微网内负载的正常工作。
(3)下垂控制此方法借鉴电力系统一次调频和一次调压的原理,检测逆变器自身输出的有功功率和无功功率,利用线性关系微调自身输出的频率和电压。此方法本质上属于电压型控制。通常情况下,孤岛模式下多逆变器并联时,采用此控制方式,支撑微网系统电压和频率的稳定,同时实现各单元间的无通信并联和功率均分。
微网运行模式切换是微网孤岛与并网两种运行状态互相转变的过程。并网运行时由于有大电网的支撑,微网能够得到来自大电网的电压和频率,仅需要参与功率调节,各分布式电源和储能系统采用PQ控制,根据需要恒功率输出参考值。由于被动或主动原因,断开脱离电网而进入孤岛运行状态。因为失去了来自大电网的频率和电压,微网自身必须具有稳定的调频调压能力。此时逆变器切换为V/f控制,独立维持系统的电压和频率。
这种切换方法的两种模式能够分别符合微网系统并网和孤岛运行时的稳态要求。但逆变器在并网时实质为电流型控制,孤岛时为电压型控制,这种直接粗暴的模式切换以及硬件延时会