使用電壓_相角下垂控制的微電網(wǎng)控制策略設(shè)計(jì)

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1、第３６卷第５期Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．５２０１２年３月１０日Ｍａｒ．１０，２０１２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．０５．００６使用電壓—相角下垂控制的微電網(wǎng)控制策略設(shè)計(jì)郜登科，姜建國(guó)，張宇華（電力傳輸與功率變換控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海市２００２４０）摘要：根據(jù)微電網(wǎng)的特點(diǎn)，對(duì)微電網(wǎng)２種運(yùn)行模式采取的不同控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，分布式發(fā)電單元采用電壓源逆變器控制，使用電壓—相角下垂控制實(shí)現(xiàn)按預(yù)定比例分配負(fù)荷功率，該下垂控制較電壓—頻率下垂控制可以提供更好的頻率支撐

2、。微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，分布式發(fā)電單元采用ＰＱ控制，按照功率設(shè)定值輸出功率。通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)電壓—相角下垂控制的同步控制器實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)運(yùn)行模式的無(wú)縫轉(zhuǎn)換。利用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換和微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)使用的２種下垂控制進(jìn)行對(duì)比仿真分析，驗(yàn)證了電壓—相角下垂控制策略的可行性和有效性。關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；分布式發(fā)電；孤島運(yùn)行；并網(wǎng)運(yùn)行；下垂控制；電壓源逆變器控制；ＰＱ控制［６－８］０引言電網(wǎng)的正常運(yùn)行。本文主要考慮由這類ＤＧ單元組成的微電網(wǎng)控制策略。微電網(wǎng)將微電源、負(fù)荷和電力電子裝置等整合在ＶＳＩ控制中通常使用電壓—頻率下垂控制產(chǎn)

3、成一個(gè)獨(dú)立可控的小型發(fā)電系統(tǒng)，在充分發(fā)揮分布［９－１１］生參考電壓，該方法又稱為Ｖ／ｆ控制。如果用式發(fā)電（ＤＧ）優(yōu)勢(shì)的同時(shí)又能克服其給配電網(wǎng)帶來(lái)電壓—相角下垂控制取代電壓—頻率下垂控制，可以的不利影響，利于新能源和可再生能源發(fā)電的大規(guī)使微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)擁有更好的運(yùn)行頻率，因而為［１－３］模應(yīng)用，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。微電源主要包文獻(xiàn)［１２－１５］所采用。但是文獻(xiàn)［１２－１３］只考慮了微括光伏電池、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)電網(wǎng)孤島運(yùn)行的情況，沒(méi)有研究微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行及等分布式電源，以及蓄電池、超級(jí)電容器和飛輪等儲(chǔ)微電網(wǎng)運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換；

4、文獻(xiàn)［１４］在微電網(wǎng)運(yùn)行模能裝置。微電網(wǎng)既可以并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤島運(yùn)行，式轉(zhuǎn)換時(shí)沒(méi)有采用同步控制器，因此存在較大沖擊［４－５］還可以在２種運(yùn)行模式之間進(jìn)行無(wú)縫轉(zhuǎn)換。電流的可能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)縫轉(zhuǎn)換；文獻(xiàn)［１５］只研究了微電源通過(guò)直流變換器或整流器產(chǎn)生直流電分布式電源運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換，而非微電網(wǎng)運(yùn)行模式后，再通過(guò)逆變器產(chǎn)生交流電，從而形成一個(gè)接入微的轉(zhuǎn)換。電網(wǎng)的ＤＧ單元。對(duì)于其中的逆變器一般采用ＰＱ本文對(duì)微電網(wǎng)的２種運(yùn)行模式采取不同的控制控制或電壓源逆變器（ＶＳＩ）控制，這２種控制方法策略。微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，ＤＧ單元采用ＶＳＩ控制，只需逆變器的當(dāng)?shù)?/p>

5、信息即可實(shí)現(xiàn)。采用ＰＱ控制的使用電壓—相角下垂控制產(chǎn)生參考電壓，為微電網(wǎng)逆變器可以等效成電流源，其輸出功率由功率設(shè)定提供電壓和頻率支撐。微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，ＤＧ單值決定，不受微電網(wǎng)內(nèi)部功率變化的影響，適用于所元采用ＰＱ控制，輸出指定功率。同時(shí)，設(shè)計(jì)了適用有的分布式電源。采用ＶＳＩ控制的逆變器可以等于微電網(wǎng)同步運(yùn)行過(guò)程的同步控制器，以實(shí)現(xiàn)微電效成電壓源，其輸出功率隨微電網(wǎng)內(nèi)部功率的變化網(wǎng)運(yùn)行模式的無(wú)縫轉(zhuǎn)換。通過(guò)比較微電網(wǎng)孤島運(yùn)行而改變，起到調(diào)節(jié)功率的作用，適用于配備有儲(chǔ)能裝時(shí)使用的２種下垂控制的差異，體現(xiàn)了使用電壓—置的分布式電源。微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)

6、行時(shí)，可由配電網(wǎng)相角下垂控制的優(yōu)勢(shì)。為其提供電壓和頻率支撐；孤島運(yùn)行時(shí)，由于微電網(wǎng)已經(jīng)與配電網(wǎng)解列，必需有一定數(shù)量的采用ＶＳＩ控１微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)制的ＤＧ單元為其提供電壓和頻率支撐，以保證微本文研究的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖１所示。該微電網(wǎng)收稿日期：２０１１－０５－１２；修回日期：２０１１－０９－０７。將３個(gè)分散的ＤＧ單元和１個(gè)負(fù)荷通過(guò)線路和開(kāi)關(guān)國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“九七三”計(jì)劃）資助項(xiàng)目并聯(lián)于母線１，在公共連接點(diǎn)（ＰＣＣ）通過(guò)開(kāi)關(guān)Ｋ５和（２００９ＣＢ２１９７０６）。升壓變壓器連接到１０ｋＶ配電網(wǎng)?！玻埂玻埃保?，３６（５）由圖３可以看出，ＰＱ控制

7、器主要由功率計(jì)算、鎖相環(huán)、電流環(huán)控制和坐標(biāo)變換組成，對(duì)ｕｏ利用鎖相環(huán)技術(shù)得到ω和θ。電流環(huán)控制器結(jié)構(gòu)如圖４所示。圖１微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ．１Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ２控制器設(shè)計(jì)圖４電流環(huán)控制器結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ．４ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＤＧ單元結(jié)構(gòu)如圖２所示。圖４中：ｕｏｄ和ｕｏｑ分別為ｕｏ的ｄ軸和ｑ軸分量；分別為ｉ的ｄ軸和ｑ軸分量；ｉ＊和ｉ＊分別ｉＬｄ和ｉＬｑＬＬｄＬｑ為電感電流參考值的ｄ軸和ｑ軸分量；ｕ＊和ｕ＊分ｄｑ別為逆變橋調(diào)制電壓信號(hào)的ｄ軸和ｑ軸分量。由圖４可以看出，通過(guò)對(duì)Ｐ＊和Ｑ＊進(jìn)行解耦

8、得到電感ｏｏ電流參考值，其與電感電流實(shí)際值的差值經(jīng)過(guò)前饋解耦和電流環(huán)比例—積分控制器之后，產(chǎn)生調(diào)制［１７－１８］信號(hào)。圖２ＤＧ單元結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ．２ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＤＧｕｎｉｔ