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1、第32卷第3期重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2015年3月Vo1.32NO.3JChongqingTechnolBusinessUniv.(NatSciEd)Mar.2015doi:10.16055/j.issn.1672—058X.2015.0003.006基于下垂控制的微電網(wǎng)并網(wǎng)仿真分析木吳飛,陳其工,高文根(安徽工程大學(xué)安徽省檢測(cè)技術(shù)與節(jié)能裝置重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽蕪湖241000)摘要:以下垂控制的微電網(wǎng)為研究對(duì)象,在Matlab/Simulink平臺(tái)上搭建了微電網(wǎng)仿真模型,分析了逆變器控制參數(shù)、負(fù)荷的變化對(duì)并網(wǎng)暫態(tài)過程的影響,提出了“負(fù)荷功率基準(zhǔn)點(diǎn)”的概念,并在大量仿
2、真數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,確定了微電網(wǎng)孤島正常運(yùn)行和最佳并網(wǎng)的負(fù)荷功率范圍,從而為微電網(wǎng)平滑并網(wǎng)提供重要參考。關(guān)鍵詞:下垂控制;負(fù)荷功率基準(zhǔn)點(diǎn);并網(wǎng);負(fù)荷功率范圍中圖分類號(hào):TM615文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1672-058X(2015)03-0025—06微電網(wǎng)是一個(gè)由分布式電源、能量變換裝置、儲(chǔ)能系統(tǒng)、負(fù)荷和監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。它具有高靈活性、高可靠性等優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)自控制、保護(hù)和管理,同時(shí)可以有效地協(xié)調(diào)分布式電源與大電網(wǎng)之間的矛盾,因而成為未來電網(wǎng)發(fā)展的重要分支。此外微電網(wǎng)既可以孤島運(yùn)行,也可并網(wǎng)運(yùn)行,還可在兩種運(yùn)行方式之間進(jìn)行平滑切換¨J。分布式電源
3、的類型不同,在微電網(wǎng)中所起作用也可能不同,其逆變器也需要采取不同控制策略,常見的分布式電源的逆變器控制方法可分為:恒功率控制、恒壓控制、下垂控制]。由于下垂控制對(duì)通信系統(tǒng)的依賴小、可靠性高,且易于實(shí)現(xiàn)DG和負(fù)荷的即插即用以及微電網(wǎng)運(yùn)行模式的無縫切換,得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注一。1下垂控制原理微電網(wǎng)中的分布式電源采用下垂控制策略時(shí),其輸出可以按照預(yù)先給定的P-f和Q—U特性進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。下垂控制策略的主要優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)分布式電源的即插即用;同時(shí),在微電網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)行模式切換時(shí),可以保持控制策略不變,從而避免了控制策略的切換而影響微電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。當(dāng)微電網(wǎng)從并網(wǎng)模式切換為孤島模式
4、時(shí),只需斷開微電網(wǎng)并網(wǎng)開關(guān),此時(shí)采取下垂控制策略的分布式電源可以自動(dòng)分擔(dān)微電網(wǎng)系統(tǒng)有功功率和無功功率的不平衡,實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)孤島模式下的穩(wěn)定運(yùn)行;當(dāng)微電網(wǎng)從孤島模式切換為并網(wǎng)模式時(shí),同時(shí)可以直接閉合電力電子開關(guān),分布式電源將根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行頻率和接人點(diǎn)的電壓調(diào)整輸出功率實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行?,F(xiàn)將主要就下垂控制的原理及其控制器設(shè)計(jì)做一些討論。下垂控制是描述模擬發(fā)電機(jī)組功頻靜特性的一種控制方法,其控制原理如圖1所示。微電網(wǎng)系統(tǒng)中分布式電源初始運(yùn)行點(diǎn)為口,輸出功率為P。,無功功率為Q。,系統(tǒng)頻率為,n,系統(tǒng)電壓為。當(dāng)系統(tǒng)有功負(fù)荷突然增大時(shí),有功功率不足,導(dǎo)致頻率下降;系統(tǒng)無功負(fù)荷突然增大,無
5、功功率不足,將收稿日期:2O14一o7—18;修回日期:2014-09-22.}基金項(xiàng)目:國家自然基金項(xiàng)目(61172131);安徽省科技攻關(guān)重大項(xiàng)目(1301022045).作者簡(jiǎn)介:吳飛(1989一),男,江蘇泰州人,碩士研究生,從事微電網(wǎng)運(yùn)行與控制研究重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第32卷導(dǎo)致電壓幅值下降。反之亦然。逆變器下垂控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理為:當(dāng)系統(tǒng)頻率減小時(shí),控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)分布式電源輸出的有功功率按下垂特性相應(yīng)地增大,與此同時(shí),負(fù)荷功率也因頻率下降而有所減小,最終在下垂控制系統(tǒng)和負(fù)荷本身調(diào)節(jié)效應(yīng)的共同作用下達(dá)到新的平衡,即到達(dá)新的平衡點(diǎn)b運(yùn)行。由圖1可以得到P_
6、廠及Q—U的下垂關(guān)系式:f=fo+(P?!玃)(1)U=Uo+(Qo—Q)Ko(2)或者P=P。+(一fo)(3)Q=Q0+(U—U。)K(4)基于上面的分析可以看出下垂控制存在兩種控制方法:(1)通過調(diào)節(jié)輸出功率來控制電壓頻率和幅值,即P-f和Q—U的下垂控制;(2)通過調(diào)節(jié)頻率和幅值來控制功率的輸出,即f-P和U—Q的下垂控制。采用第一種控制方法來設(shè)計(jì)下垂控制器。圖1下垂控制原理2微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型與參數(shù)設(shè)置在Matlab/Simulink平臺(tái)上建立了如圖2所示的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型,微電源經(jīng)三相電壓型逆變器逆變?yōu)槿嘟涣麟?,然后?jīng)過濾波器濾波,最后經(jīng)過線路、負(fù)荷、開關(guān)連接到大
7、電網(wǎng),微電源在孤島和并網(wǎng)模式下都采用下垂控制。仿真初始參數(shù)設(shè)置如下,DG參數(shù):P=75kW,Q=0var,E=311V=50Hz,=800V;濾波器參數(shù):Rr=O.02n,=500H,c1400tzF;負(fù)荷參數(shù):P=75kW,Q=0var。仿真時(shí)間為1s,0.5s時(shí)微電網(wǎng)從孤島狀態(tài)切換至并網(wǎng)狀態(tài)。其中P為微電源運(yùn)行在額定頻率下的輸出功率,Q為微電源運(yùn)行在額定電壓下的輸出功率,E為額定電壓為額定頻率,為直流電壓。圖2微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型3仿真分析對(duì)微電網(wǎng)中某些參數(shù)對(duì)其并網(wǎng)暫態(tài)過程的影響進(jìn)行仿真分析與總結(jié),根據(jù)圖2的所示的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型