独立型微电网中基于虚拟阻抗的改进下垂控制

传统的下垂控制没有考虑逆变器之间线路阻抗的影响,直接应用于独立型微电网中分布式电源的控制,会影响系统的稳定性和功率均分。首先详细分析了采用传统下垂控制不能实现功率均分的原因,指出系统的线路阻抗和逆变器的额定容量成反比是传统下垂控制实现功率均分的充要条件;其次,提出了一种基于虚拟阻抗的改进下垂控制策略,引入虚拟电抗削弱线路阻抗模型中的阻性成分带来的功率耦合,引入系统电压反馈,通过改进电压/无功下垂控制解决线路阻抗不平衡带来的无功功率均分问题。采用该下垂控制能够实现系统功率的准确均分,并且改善系统的供电质量。仿真结果验证了该控制算法的有效性。     

基于自适应虚拟阻抗和相位补偿的改进下垂控制

由于微网中线路阻抗呈非纯感性,且线路阻抗与分布式电源容量不匹配,导致有功功率和无功功率之间强耦合且功率不能按容量进行分配。文中在利用下垂控制时,在传统虚拟阻抗的基础上进行改进,提出了一种自适应虚拟阻抗控制策略,降低了功率之间的耦合关系,并可使无功功率按容量分配。但由于下垂控制的特性和虚拟阻抗的利用,导致了电压和频率的偏移,因此增加了电压补偿控制和改进的相位补偿控制,使输出电压、相位、频率均和参考值一致,最后通过小信号稳定性分析和仿真验证了文中所提控制策略的合理性和有效性。     

基于自适应虚拟阻抗的微电网控制策略研究

在低压微电网多逆变器并联系统中,逆变器等效输出阻抗一般呈阻性或阻感性,传统下垂控制方法会造成无功功率分配不均和系统环流.为解决该问题,提出了在传统电压电流双环控制环节引入虚拟阻抗,调节逆变器等效输出阻抗为感性,提高逆变器输出无功功率分配精度和抑制系统环流.为了进一步解决引入虚拟阻抗造成的系统电压降落,加入自适应控制,使虚拟阻抗值随着母线电压幅值波动在线调整,补偿逆变器输出电压参考值,减小母线电压偏差,提高供电质量.仿真结果验证了该控制策略的有效性..     

A review of decentralized and distributed control approaches for islanded microgrids: Novel designs,current trends,and emerging challenges

Distributed energy resources (DER) on the demand side have been fast growing, which could boost energy resilience by uninterruptedly supplying the commercial and residential sectors in the form of islanded microgrids when the utility electricity grid is out of service. Nevertheless, simply applying the centralized hierarchical control strategies, traditionally used for utility electricity grids, onto the islanded microgrids would encounter several critical issues. For instance, the control goals in secondary and tertiary control could be activated tardily, the single-point fault could cause critical system failure, and the properties of dynamic plug and play would be hard to achieve. To this end, decentralized and distributed control approaches have been explored to cope with the issues. Specifically, compared to the centralized hierarchical control, decentralized and distributed control strategies can (i) respond to disturbances more promptly, enhancing the performance of islanded microgrids with limited resources; (ii) guarantee system stability especially when a fault occurs and certain DERs are disconnected from the network; and (iii) facilitate deeper penetration of DERs in the microgrid, owning to the low computational complexity and sparse communication network. In this article, the common approaches for decentralized and distributed control are reviewed, and the current design trends and critical technical challenges are discussed to offer a comprehensive understanding of decentralized and distributed controlled microgrids.     

用于多微源低压微电网的虚拟阻抗反下垂控制

针对含有多个不同额定容量微源的低压微电网系统,其负荷功率按微源容量比例进行分配的性能对系统的稳定及高效运行十分重要。反下垂控制策略因受微电网线路阻抗不平衡的影响存在有功功率分配误差问题,应用虚拟阻抗可抑制这种误差,但传统的虚拟阻抗方法会导致较大的电压跌落。因此,提出一种引入虚拟阻抗的新型反下垂控制方法,在实现功率按容量比例分配的同时保证电压和频率的稳定控制。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建含有六个具体微源的低压微电网系统进行孤岛/并网模式下多工况的仿真分析,较为全面地验证了该控制策略的有效性。     

基于动态虚拟阻抗的低压微电网下垂控制策略

传统的下垂控制策略已无法适用于线路阻感比较大的低压微电网。加入虚拟阻抗能改善线路阻感比,提高运行稳定性,但也导致了电压降落过大。其虚拟阻抗值的设定受系统阻抗值实际测量难度及随线路投切的影响,亦无法确定。因此,提出了一种基于动态虚拟阻抗的改进控制策略。设计的动态虚拟阻抗随负载电流和电压降落幅值而变化,虚拟阻抗值在动态虚拟阻抗环的作用下,不断自适应地调整取值,解决了虚拟阻抗值无法确定的问题。在满足系统稳定性的同时,减少了线路电压降落,抑制了系统环流,改善了系统的电能质量。仿真和实验结果验证了该控制策略的可行性及有效性。     

不同容量微网逆变器的自适应虚拟阻抗运行策略

对不同容量微网逆变器的功率控制策略展开研究。提出适用于不同容量微网逆变器的自适应虚拟阻抗策略,通过有功功率反馈自适应地调节虚拟阻抗取值,使总的线路阻抗比朝接近逆变器容量反比的方向变化。通过理论分析证明,在增加相同虚拟阻抗取值条件下,自适应虚拟阻抗策略相比常规虚拟阻抗策略可以获得更好的功率分配效果。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

逆变器串并联型微电网的一种本地主从协调控制策略

逆变器串并联型微电网吸收了传统并联型和串联型系统的优点,但其结构的复杂性给系统的控制策略设计带来了新的挑战。针对逆变器并联型和串联型微电网功率均分策略之间的矛盾,提出了一种基于虚拟阻抗技术的本地主从协调控制策略。该控制策略将每个微源串中靠近公共连接点(Point of Common Coupling, PCC)的微源设置为主控单元,其采用无通信的改进下垂控制实现微源串之间的同步和功率一致,其余串联微源在本地跟随主控单元运行,最终实现了全局的功率均分。全局无通信的设计提高了系统的可靠性和灵活性,降低了运行成本。仿真结果验证了所提方案的可行性和有效性。     

A new hybrid control technique for operation of DC microgrid under islanded operating mode

This study proposes a novel combined primary and secondary control approach for direct current microgrids, specifically in islanded mode. In primary control, this approach establishes an appropriate load power sharing between the distributed energy resources based on their rated power. Simultaneously, it considers the load voltage deviation and provides satisfactory voltage regulation in the secondary control loop. The proposed primary control is based on an efficient droop mechanism that only deploys the local variable measurements, so as to overcome the side effects caused by communication delays. In the case of secondary control, two different methods are devised. In the first, low bandwidth communication links are used to establish the minimum required data transfer between the converters. The effect of communication delay is further explored. The second method excludes any communication link and only uses local variables. Accordingly, a self-sufficient control loop is devised without any communication requirement. The proposed control notions are investigated in MATLAB/Simulink platform to highlight system performance. The results demonstrate that both proposed approaches can effectively compensate for the voltage deviation due to the primary control task. Detailed comparisons of the two methods are also provided.     

Adaptive sliding-mode voltage control for inverter operating in islanded mode in microgrid

Harmonic current caused by nonlinear loads and parametric variations of output filter of inverters make popular proportional–integral–derivative (PID) voltage controller far beyond excellent performance in case of microgrid operating in islanded mode. Motivated by this limitation, this paper proposes an adaptive sliding-mode controller (ASMC) to enhance disturbance-rejection performance of control system of islanded parallel inverters. And adaptive algorithms are designed to observe external disturbances and internal perturbation so as to guarantee the globe robustness of control system of inverter. The switching gain of control input is designed to be a time-varying value which effectively reduces undesirable chattering of control input signal. Simulating and experimental results are presented that the total harmonic distortion, chattering, and steady-state error of output voltage of islanded parallel inverters are effectively reduced and the dynamic performances and the capability of perturbation rejection of control system of inverter are effectively enhanced.     

基于虚拟阻抗的微电网有功均分阻性下垂控制策略

低压微电网中连接线参数不等使得并联逆变器输出功率存在偏差。针对低压微电网的线路特性,忽略线路电抗后采用阻性下垂控制方法实现功率解耦,同时增加虚拟负感抗抵消逆变器的等效输出感抗,进一步提高功率解耦控制的准确性。在此基础上,提出了一种基于本地信息的自适应虚拟电阻控制方法以减小有功偏差,利用本地逆变器输出的有功功率和电压作为馈入信号自适应地调节虚拟电阻取值,通过有功功率偏差方程揭示了其作用机理,并利用小信号稳定性分析对虚拟电阻系数的取值进行了优化设计。在仿真和实验平台中与已有控制策略进行对比,结果表明所提控制策略能够在提高有功均分精度的同时减小电压降,无需通信系统更有利于实现微电网的“即插即用”。     

基于坐标旋转虚拟阻抗的微电网控制与性能分析

微电网中系统阻抗不平衡和复阻抗特性、电源和负载位置复杂性等因素严重影响了系统功率分配的准确性、稳定性和动态性能。提出了基于坐标旋转虚拟阻抗的孤岛微电网控制策略,采用坐标旋转虚拟阻抗闭环改善微电网的阻抗特性,基于电压幅值和频率下垂控制实现系统功率分配,带前馈补偿的电压外环控制和电流内环控制保证了系统的稳态和暂态性能。建立了完整的微电网小信号动态模型,并在此基础上分析了坐标旋转虚拟阻抗对整个微电网性能的影响。算例仿真验证了小信号动态建模分析的准确性,证明了该方法能够改进功率解耦和分配的准确性,提高微电网控制的稳定性和动态性能。     

惯量阻尼自适应虚拟直流发电机控制策略

直流微网无需考虑频率、相位等因素,拓扑结构简单且易于控制,但基于大量电力电子变换器接口的直流微网惯性较低,严重时会影响微网的安全稳定运行。针对此问题,文中通过分析扰动时电压波动各阶段系统对惯性的需求,以及惯量阻尼参数对系统惯性的影响,提出了一种附加动态调节系数的惯量阻尼自适应控制策略,可以根据电压变化率与电压偏差灵活调节系统惯性,减小功率波动对母线电压的影响。建立了系统小信号模型,利用阻抗比判据分析了惯量阻尼参数的小信号稳定性。最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了直流微网仿真模型进行分析,验证了控制策略的有效性。     

基于自适应虚拟电阻的低压微电网下垂控制策略

在多逆变器并联运行的低压微电网系统中,由于各逆变器输出线路阻抗差异的存在,导致系统中各分布式发电单元根据传统反下垂控制策略对公共负荷的有功功率难以进行合理分配,影响系统的稳定性。针对这一问题,对低压微电网系统的输出功率分配性能进行了理论分析,得出影响功率分配性能的主要因素。将自适应虚拟电阻引入电压电流双闭环控制中,不仅抑制有功功率和无功功率间的耦合作用对系统稳定性产生的影响,而且也提高了系统的输出电能质量。其自适应虚拟电阻的阻值能实时跟踪各分布式电源实际输出有功功率与参考输出有功功率差值的变化而自适应调整,及时有效地补偿了因线路阻抗差异产生的母线电压降。采取所提策略使各分布式电源能够对公共负荷中的有功功率进行合理分配。最后,在仿真平台上验证了该策略的有效性和正确性。     

分布式多变流器型微电网无互联线潮流控制

当储能系统接口变流器的视在功率一定时,分布式多变流器型微电网系统内无功功率需求越大,储能系统对电源与负荷之间有功供需平衡的调节能力越弱。针对该问题,提出了一种无互联线潮流控制方法。该方法利用微电网系统内所有潜在的分布式无功补偿源提供负荷所需无功,以期减小储能系统功率调节压力。并通过下垂控制与倒下垂相结合的方法来实现电压控制模式与电流控制模式变流器间功率的合理分配。同时,分析了影响功率分配精度的因素,提出基于虚拟阻抗与自适应空载电压补偿相结合的方法改善无功功率分配精度。最后通过实时硬件在环平台验证了所提控制策略的可行性。     

基于“虚拟负阻抗”的微网逆变器并联运行研究

在低压微网孤岛运行模式下,传统下垂控制受线路阻抗特性的影响难以实现良好的均流效果。在控制环路增加虚拟阻抗可以抑制系统环流,但传统虚拟阻抗会增大逆变器的输出阻抗,导致输出产生电压降落,且由于系统阻抗阻性部分的影响难以将系统矫正为纯感性。为解决上述问题,提出"虚拟负阻抗"的控制策略,采用虚拟负电阻来抵消系统阻抗中的阻性部分,使逆变器保持较低的输出阻抗,减小系统输出电压的降落,再结合虚拟电感使其更趋近纯感性,改善环流抑制效果。在Matlab/Simulink中搭建了双逆变器并联运行模型,仿真结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

基于改进型虚拟同步发电机的功率控制

针对传统虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制中逆变器输出阻抗和线路阻抗不同而引起的功率环流问题,提出一种改进型虚拟同步发电机功率控制方法。首先,在VSG电磁方程中引入虚拟电抗,解决低压线路阻抗模型中阻性成分带来的功率耦合问题,使得逆变器输出功率能够独立控制。其次,在VSG励磁控制器中附加公共连接点电压(Voltage at the Point of Common Coupling,VPCC)调节器,抑制因线路阻抗不同而引起的无功环流,并可在负荷突增情况下维持VPCC稳定。最后在孤岛运行的低压微电网中进行了仿真,仿真结果证明了该控制策略的可行性与有效性。     

微电网下垂控制的运行策略及PCC处联络功率控制

采用了虚拟阻抗及二次调频调压的下垂控制方法作为微电网独立运行时的控制策略。通过基于αβ坐标系下的快速相位同步方法来加快逆变器并入微电网或微电网并入大电网的速度。当微电网处于并网运行时,采用αβ坐标系下的PQ控制将各微电源控制为电流源。在此基础上,通过采用公共耦合点PCC（point of common coupling）处的联络功率控制策略,实现微电网并网运行时与大电网间的联络功率控制。根据搭建的MATLAB仿真模型对上述控制策略进行了仿真,最后对上述控制策略进行了实验验证。     

交流微电网中考虑电压质量的DG之间谐波功率均分控制策略

在多节点微电网系统中,并联分布式电源(DG)在传统的对等控制下难以精确均分谐波功率且会对母线电压质量带来不利的影响。为此,基于两级式分层控制,提出了一种考虑电压质量的DG之间谐波功率均分控制策略。通过各DG之间的低带宽通信实现输出谐波功率信息的共享,根据获得的谐波功率信息动态重塑系统在谐波域的等效阻抗,能在提高谐波功率均分精度的同时兼顾母线电压质量。从谐波环流偏差、电压质量方面,将所提控制策略与已有的自适应虚拟谐波阻抗法进行对比分析。仿真和实验结果表明所提控制策略能够在均分谐波功率的同时,减小母线电压幅值跌落和总谐波畸变率,提高母线电压质量。