基于分布式发电系统并网逆变器主从控制策略研究

考虑到分布式发电系统中微电源特性多样及其并网逆变器控制策略跟随运行方式的改变而不同,分析了基于下垂(Droop)控制、恒压频比(V/f)和功率恒定(PQ)控制的并网逆变器控制方法,对比分析了基于Droop+PQ控制和V/f+PQ控制的并网逆变器主从控制策略,提出了一种基于V/f+PQ主从控制的微电网并网/孤岛运行模式下的并网逆变器控制策略。最后在MATLAB/Simulink环境下仿真建模,结果表明所提的基于V/f+PQ主从控制策略在微电网并网/孤岛运行模式下具有较好的功率跟踪性能、系统电压和频率稳定能力。     

微网运行控制策略的研究

主要研究了微网运行的3种控制方法。根据功率型电源发电功率受环境影响的特点,在并网时对其采用P-Q控制;对主控型电源,在孤岛运行时对其采用V-f控制;同时对同种多个并联电源采用Droop下垂控制。综合3种方法建立一个比较理想的控制策略来实现最终的控制效果,并建立简单微网模型,在Matlab/Simulink环境下进行微网并网、孤岛状态转换、负荷切投等不同工况的仿真,验证控制策略的有效性。     

微电网中并列运行逆变器控制策略研究

考虑到微网内分布式电源的多样化和分散性,提出一种PQ控制与基于下垂特性的电压电流控制相结合的控制策略。PQ控制可以实现间歇性微源的最大能源利用率,基于下垂特性的电压电流控制在微网运行模式或结构发生变化时,可以很好地实现负荷功率共享,以维持微网频率和电压的稳定。此控制策略既可以在并网模式下运行,也可以在孤岛模式下运行。 并在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了微电网仿真模型,验证了此控制策略的正确性和有效性。     

微电网主/从控制策略的分析研究

在考虑微电源类型差异性和负荷分散性的基础上,结合微电源的两种不同运行模式,采用主/从控制策略,即将恒功率控制(PQ控制)和恒压、恒频控制(V/f控制)结合起来对微电网进行控制.在并网模式下,采用PQ控制,实现微电源对参考有功和无功的控制;在孤岛模式下,采用V/f控制,为微电网运行提供稳定的频率支撑.为了验证所设计的主/从控制策略能使微电网可靠运行,对微电网在联网运行模式和孤岛运行模式之间切换,以及孤岛模式下切/增负荷两种运行状况下的运行特性进行分析.通过Matlab仿真,对微电网母线电压、系统频率和功率的变化规律进行分析,证明了本文所设计的主/从控制策略的正确性和可行性.     

基于Matlab/Simulink的分布式电源控制方法

分布式电源控制是实现微电网控制及可靠运行的前提。利用Matlab/Simulink仿真环境,根据PQ、V/f、Droop3种典型微电源控制方法的基本原理,建立了仿真模型。在分析原理的基础上,通过仿真算例,验证了各模型的正确性和有效性。仿真结果表明:PQ控制可实现微电源有功和无功功率的指定控制;V/f控制实现了负荷功率变化时不同微电源间变化功率的共享,且在微电网孤岛运行时能为微电网系统提供电压和频率支撑;Droop控制模型能够实现功率共享并保证频率和电压的稳定。所建立的模型可以用于分布式电源并网或接入微电网运行控制问题的研究,具有一定的通用性和拓展性。     

微网综合控制与分析

考虑到微网内分布式电源和负荷所具有的分散性,根据分布式电源的类型以及与储能装置的不同组合方式,采用不同的控制策略分别进行了相应控制器的设计。基于下垂特性的电压/频率(V/f)控制实现了负荷功率变化时不同分布式电源间变化功率的共享,且在微网孤岛运行时能为微网系统提供频率支撑;PQ控制可根据实际运行情况实现分布式电源有功和无功功率的指定控制。通过对微网孤岛运行模式和联网运行模式之间切换、孤岛模式下切/增负荷以及微网内某一电源功率变化3种情况下的运行特性进行分析,获得了微网中相应分布式电源的功率、电压、电流及系统频率的变化规律,证明了PQ-V/f综合控制策略的正确性和有效性。     

微网运行模式平滑切换的控制策略研究

针对微网孤岛与并网运行模式的特点,提出了一种实现微网运行模式平滑切换的控制策略,即在基本下垂控制器中增加下垂额定点调节环,通过该环路的投切实现并网与孤岛控制模式的平滑转换,微电源并网为PQ控制,孤岛为下垂控制.设计了逆变器预同步控制单元,有效地抑制微电源并联过程的冲击电流,使并网过程平稳安全.在此基础上,提出一种微网运行模式相互切换的控制流程,并对微网运行模式切换以及孤岛和并网状态下的若干运行工况进行了仿真实验,验证了控制方法与切换流程的有效性.     

微电网系统无缝切换策略研究与仿真

微电网是由多种类型分布式电源和负荷构成的整体,具有运行灵活、管理方便、能量利用率高等特点,是智能配电网发展的关键环节之一。与传统配电网不同,微电网存在两种典型运行方式,即并网运行和孤岛运行;两种运行模式之间的自动、无缝切换在微网控制系统中占有重要地位。本文以微电网主从控制为基础,并网运行时分布式电源采用PQ控制方式,孤岛运行时主分布式电源采用v/f控制方式,而其他分布式电源保持PQ控制方式不变。研究微电网在并网运行与孤岛运行两种方式间切换的控制策略;通过调整公共连接点处输出电压的相角和幅值实现孤岛到并网的无缝切换,通过调整公共连接点处输出电压初相角为切换时刻电网电压相位实现并网到孤岛的无缝切换。并利用PSCAD/EMTDC仿真软件验证无缝切换控制策略的有效性。     

微网故障穿越综合控制

配电网故障(电压跌落、骤升、不平衡、谐波)影响微网的正常运行,严重时会损坏微网设备,为克服电网故障影响,从提高微电源自身抗扰能力和补偿电网故障电压两方面提出微网故障穿越综合控制策略,采用基于谐振控制的新型PQ控制策略抑制电网故障对微电源的影响。同时,提出基于多谐振控制VQR的微网故障穿越控制策略,在配电网故障指标超过规定值时,VQR对电网电压跌落、不平衡、谐波进行补偿,使微网电压保持正常,仿真结果表明所提出的综合控制策略提高了微网故障穿越能力。     

基于主从结构微网控制策略运行分析

由于针对主从结构微网控制策略问题,利用国际通用大型电磁暂态仿真软件 PSCAD／EM TDC软件搭建三微源低电压微网仿真模型,在并网运行时,采用PQ控制,实现微源最大功率输出;当孤岛运行时,主控微源通过状态跟随器切换至V／F控制,为微网稳定运行提供电压和频率支撑。通过电磁暂态PSCAD／EM TDC软件分析了主从结构微网系统分别在并网运行与孤岛运行时的动态特性。仿真结果验证了所构建的主从结构微网控制策略的有效性和可行性。为进一步研究主从结构微网控制策略奠定基础。     

使用电压-相角下垂控制的微电网控制策略设计

根据微电网的特点,对微电网2种运行模式采取的不同控制策略进行设计。微电网孤岛运行时,分布式发电单元采用电压源逆变器控制,使用电压—相角下垂控制实现按预定比例分配负荷功率,该下垂控制较电压—频率下垂控制可以提供更好的频率支撑。微电网并网运行时,分布式发电单元采用PQ控制,按照功率设定值输出功率。通过设计对应电压—相角下垂控制的同步控制器实现了微电网运行模式的无缝转换。利用MATLAB/Simulink对微电网运行模式转换和微电网孤岛运行时使用的2种下垂控制进行对比仿真分析,验证了电压—相角下垂控制策略的可行性和有效性。     

A dual control strategy for power sharingimprovement in islanded mode of ACmicrogrid

Parallel operation of inverter modules is the solution to increase the reliability, efficiency, and redundancy of inverters in microgrids. Load sharing among inverters in distributed generators (DGs) is a key issue. This study investigates the feasibility of power-sharing among parallel DGs using a dual control strategy in islanded mode of a microgrid. PQ control and droop control techniques are established to control the microgrid operation. P-f and Q-E droop control is used to attain real and reactive power sharing. The frequency variation caused by load change is an issue in droop control strategy whereas the tracking error of inverter power in PQ control is also a challenge. To address these issues, two DGs are interfaced with two parallel inverters in an islanded AC microgrid. PQ control is investigated for controlling the output real and reactive power of the DGs by assigning their references. The inverter under enhanced droop control implements power reallocation to restore the frequency among the distributed generators with predefined droop characteristics. A dual control strategy is proposed for the AC microgrid under islanded operation without communication link. Simulation studies are carried out using MATLAB/SIMULINK and the results show the validity and effective power-sharing performance of the system while maintaining a stable operation when the microgrid is in islanding mode.     

基于改进功率环的微电网对等控制策略研究

基于传统下垂控制方法存在的不足,同时考虑减小微电网依赖于通信系统,使负荷和分布式电源能够即插即用,提出一种基于改进功率环的微电网对等控制策略。传统的下垂控制方法会造成系统频率和交流母线电压的偏差,针对该问题,引入电压补偿环节和频率补偿环节,构建改进的功率环反馈控制器。利用该控制策略对由2台同容量分布式电源构成的微电网进行仿真分析,并和采用传统下垂控制方法所得结果进行比较,此外,在并网/孤网切换模式和负荷投切模式下,分析该控制策略下的微电网运行特性,仿真结果表明了基于改进功率环的微电网对等控制策略能够有效降低系统频率和交流母线电压的偏差。     

微电网控制策略研究

微电网可提高供电可靠性,改善电能质量,与大电网并列运行还可实现消峰填谷,提高负荷效率,实现经济运行。给出了微电网的定义及其结构示意图,探讨了微电网系统中不同逆变型分布式电源采用的恒功率控制、恒压恒频控制、下垂控制等控制方法,及主从控制、对等控制、分层控制等微电网的整体控制策略,并对微电网控制系统的未来发展趋势进行了展望。     

基于储能变流器的微电网稳定控制策略

微电网是一种将分布式电源、储能装置、变流器、负荷以及监控保护装置有机整合在一起的小型发、配、用电系统。微电网运行方式复杂,为维持微电网电压和频率的稳定,提出一种基于储能变流器的下垂控制与恒频恒压（V f）控制相结合的微电网稳定控制策略。微电网并网运行时,储能变流器采用下垂控制;微电网离网运行时,若电压和频率在设定的范围内,储能变流器仍然采用下垂控制,若超出设定范围,储能变流器采用V f控制。仿真结果表明,提出的控制策略在微电网并网运行、离网运行、以及并/离网切换过程中均能维持微电网电压和频率的稳定。     

基于自适应下垂控制的微电网控制策略研究

感应电动机负荷的起动和功率变化对微电网孤岛运行时的电能质量及功率平衡影响较大,因此提出了一种自适应暂态下垂控制方法。该方法在传统下垂控制中引入暂态分量、功率与下垂系数的一次函数项,以改善下垂控制的动态性能和均流效果。针对含有感应电动机负荷的微电网,采用基于分层控制结构的自适应暂态下垂控制和PQ控制相结合的协调控制策略。利用PSCAD/EMTDC进行仿真实验,仿真结果验证了所提自适应下垂控制方法的正确性和微电网协调控制策略的有效性。     

考虑多储能系统功率分配的独立直流微电网协调控制策略

针对多源储结构的独立直流微电网,提出考虑多储能系统功率分配的独立直流微电网协调控制策略,以实现源储能源利用率最大化与多储能系统间功率合理分配两方面的平衡控制,提升微网持续供电能力。根据直流母线电压信号将微网系统运行划分为5种工作模式,以协调源储运行,保证光伏能源利用率最大化及储能系统出力充足。同时,直流微电网工作模式切换过程中源储控制器保持不变,并根据当前运行状态自动调节自身运行曲线,维持系统功率平衡和母线电压稳定。其中,基于自适应功率控制的光伏系统控制方法根据母线电压自动调节光伏系统运行点追踪或偏离最大功率点,实现最大功率点跟踪(maximum power point tracking ,MPPT)模式与降功率模式间的平滑切换。其次,基于荷电状态(state of charge,SOC)的自适应功率下垂控制器根据储能单元自身SOC调节其下垂曲线,实现系统功率在多储能单元间的动态分配,避免过充过放。最后,通过搭建Matlab /Simulink 仿真模型,验证了所提方法的有效性。     

基于范德波尔振荡器和PQ控制的微电网并离网协调控制策略

针对微电网中采用传统多层嵌套的并离网下垂控制系统存在动态响应速度较慢、均流性能较差等问题,提出了一种基于范德波尔虚拟振荡器控制器（VOC）和PQ控制的微电网并离网协调控制方法。在微电网并网运行时,通过对离网VOC引入并网电流反馈,并对其谐振参数和电压倍率进行闭环调节,使VOC一直处于热备用状态,不仅使微电网中各发电单元拥有PQ控制的良好动态性能,还可实现并离网的平滑切换。在微电网转孤岛运行后,同样对VOC参数进行闭环调节,实现对微电网中公共耦合点（PCC）处负载电压的补偿以及对各发电单元更好的均流控制。给出VOC参数同步控制器与PCC处电压之间的关系,理论分析实现同步的机理。与基于传统下垂控制的并离网控制策略进行仿真对比,结果表明所提控制策略可以有效改善微电网在并网运行时的动态响应和孤岛运行时的均流性能。     

用于微网逆变器并联的控制策略

对于包含多个逆变器的微电网系统,使用传统下垂控制法会造成逆变器间环流及功率分配不均,这是由于逆变器的输出阻抗及线路阻抗各有差别。首先介绍了传统下垂控制方法,并以此分析逆变器输出阻抗为阻性时的功率分配情况,指出传统下垂控制的缺陷。随后,为了达到功率精确分配及等效输出阻抗为阻性的要求,即满足能够正确使用传统下垂控制法的前提条件,引入满足条件的阻性虚拟阻抗,并给出该虚拟阻抗的具体添加位置。至于输出电压偏差,可以通过在传统下垂控制法中添加电压反馈环节来予以解决。最后,仿真结果表明了该改进下垂控制策略的正确性和有效性。     

基于自适应模式切换的虚拟同步发电机功率控制策略

传统无互联线储能变流器"功率-电压-电流"三环虚拟同步发电机(VSG)控制策略在微网中受到广泛关注,但往往会引起其输出功率限额的问题,分析两种现有解决方案:(1)利用改进下垂动态改变下垂系数的方法,其调节能力有限,功率限制效果不佳;(2)利用下垂额定点调节环平移下垂特性曲线的方法能限制功率输出,但调节环的切换可能引起VSG输出功率出现较大波动,易导致系统不稳定。为此,提出一种基于自适应模式切换的VSG功率控制策略,即PQ控制的电流源模式和VSG控制的电压源模式的相位和电流指令都实时跟踪,为PQ-VSG控制模式间的自适应切换奠定基础。最后,建立微网系统的仿真模型和实验平台,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。