基于虚拟阻抗的微电网下垂控制策略的研究

摘要

随着传统能源的日益枯竭，对可再生新能源的开发利用已成为能源研究的重点。因此，利用太阳能、风能等可再生新能源的分布式发电技术成为能源领域的研究重点之一。由多个分布式电源组合成中、小型微电网，正常情况下与外部电网并网运行、互为支撑。当大电网发生故障时，微电网可以切换为孤岛运行模式持续为重要负荷供电。当多个分布式电源并联运行，需要调整各自单元的发电出力，以维持微网内部的能量均衡。因此，对微电网孤岛运行负荷功率分配的研究具有重要意义。　　本文在对微电网进行研究的基础上，主要针对大电网发生故障孤岛运行时各分布式电源难以按其容量比例合理分配负荷功率的问题进行研究。下垂控制能够使各分布式电源自动参与调节各自的频率和电压来分担系统内的负荷功率，而传统P-f、Q-U下垂控制适用于感性线路，由于孤岛运行的微电网多为低压系统，线路阻抗多为阻性，各分布式电源到公共连接点(PCC)的线路阻抗存在差异，导致无功功率难以精确分配。本文在查阅大量国内外文献资料的基础上，对微电源的功率传输特性和下垂控制的原理进行分析，推导得出了下垂控制微电源之间功率按比例分配的条件。在此基础上，针对由于线路阻抗差异导致的无功功率难以按微电源容量比例分配的问题，引入虚拟阻抗对传统下垂控制进行改进，将逆变器控制系统的等效输出阻抗在工频附近设计为感性，使输出阻抗远大于线路阻抗，满足按容量比例分配的条件。并使用波特图对比分析引入虚拟阻抗后系统等效输出阻抗的变化，选取虚拟阻抗的取值。运用复矢量分析及坐标变换法和电力系统电压降落法分析了虚拟阻抗对微电网输出电压的影响。针对虚拟阻抗引起的电压跌落问题，采用电压补偿环节，将母线电压维持在允许的范围内，提高无功功率分配的精度。　　本文利用MATLAB/Simulink软件搭建了分别由两台和三台微电源并联运行系统的仿真模型。通过对比分析相同容量和不同容量并联运行的微电源在负荷增减时功率分配和电压变化的情况，验证了本文基于虚拟阻抗的微电网下垂控制策略的有效性。

目录

变量注释表

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2.1 微电网的概念和结构

1.2.2 微电网的发展现状

1.3 微电网下垂控制策略的研究现状

1.4 本文的主要工作内容

2 微电源逆变器数学模型及其控制策略

2.1 引 言

2.2 微电源逆变器数学模型的建立

2.3 微电源逆变器的控制策略

2.4 微电网多逆变器并联运行的结构及其控制策略

2.4.1 微电网多逆变器并联运行的结构

2.4.2 微电网多逆变器并联运行的控制策略

2.5 本章小结

3 下垂控制策略分析

3.1 引 言

3.2 微电源功率传输特性

3.3.1 下垂控制的基本原理

3.3.2 功率下垂控制器

3.3.3 电压电流双闭环控制器

3.4 下垂控制微电源之间的功率分配分析

3.4.1 有功功率按比例分配分析

3.4.2 无功功率按比例分配分析

3.5 下垂控制策略的问题分析

3.6 本章小结

4 基于虚拟阻抗的下垂控制策略

4.1 引 言

4.2 基于虚拟阻抗的下垂控制功率解耦分析

4.2.1 虚拟阻抗原理分析

4.2.1 基于虚拟阻抗的下垂控制功率解耦分析

4.3.1 虚拟阻抗的控制结构

4.3.2 加入虚拟阻抗的电压电流双闭环结构

4.4 虚拟阻抗对微电网系统的电压跌落问题分析

4.4.1 复矢量分析及坐标变换方法

4.4.2 电力系统电压降落法

4.5 电压补偿环节的设计

4.6 本章小结

5 微电网系统建模与仿真分析

5.1 引 言

5.2 微电源并联系统仿真模型

5.3 仿真对比分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

致谢

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