基于下垂控制的微電網(wǎng)并網(wǎng)仿真分析.pdf

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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