孤岛微电网的电压不平衡控制策略研究

随着微网规模的日益扩大,微网中负载的不对称,导致了微网电压出现不平衡。为此提出了在αβ坐标系下的低压微网电压不平衡补偿方法。该方法包括改进的下垂控制,可使微源逆变器根据本地配置的实际情况改善功率分配;电压不平衡补偿环节,协调控制分布式发电单元的有功和无功功率以自动补偿微电网电压不平衡;并加入虚拟阻抗环来灵活地控制逆变型微源的等效输出阻抗特性;而电压电流环则采用准比例谐振控制实现电流、电压的无静差控制。最后通过仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

微电网电压/无功协调控制综述

简单介绍了微电网控制技术,对微电网电压/无功功率协调控制的基本情况进行了综述。具体给出了几种微电网电压/无功功率基本控制方法,重点介绍了几种微电网电压/无功功率组合控制策略;并对微电网优化控制方法进行了归类;指出了随着微电网的发展,微电网电压/无功协调控制当前存在的问题及有待于深入研究的几个方面。     

基于主从控制的微电网电压质量改善策略

针对非线性不平衡混合负载易导致微电网母线电压畸变和不平衡的问题,目前大多采用增加额外的电能质量治理装置来提高母线电压质量。鉴于逆变器具有与电能质量治理装置相同的拓扑结构,本文将微电网母线电压质量治理问题转化为连接在微电网母线上的多逆变器输出侧电压质量治理问题,提出利用并联在微电网母线上的多逆变器系统对母线质量进行治理的策略,即将电能质量治理功能嵌入到从逆变器中,利用从逆变器实现逆变后的剩余可用容量抑制微电网母线电压谐波和不平衡。本文首先以单台逆变器为例,对非线性不平衡混合负载造成逆变器输出电压质量下降的原因进行分析,在此基础上,提出利用从逆变器剩余可用容量来补偿负载中的谐波、负序电流分量,而负载中的基波电流和零序电流分量则有主从逆变器共同分担。该控制策略有效的降低了逆变器输出侧电压的畸变率和不平衡度,避免了增加额外的电能质量治理装置,降低了系统成本。最后通过在PSCAD仿真环境下搭建仿真模型验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

低压微电网多逆变器并联下的电压不平衡补偿方法

随着微电网规模的扩大,负载接入不对称日趋严重,导致微电网电压出现不平衡。为此,提出了--坐标系下的低压微电网多逆变器并联电压不平衡补偿方法。该方法包括不平衡补偿环、下垂控制环及电压电流环3个部分。在传统功率下垂控制基础上,通过检测三相负序电压和电流,引入功率下垂控制基础上,通过检测三相负序电压和电流,引入负序无功电导不平衡下垂控制环,合成并修正指令电流参考值。电压电流控制环采用准比例谐振(proportional-resonant,PR)控制实现电压的无静差控制,采用无差拍控制实现内环电流的精准控制。仿真和实验结果表明了所提的控制方法的有效性。     

三相电压不平衡微电网的自适应补偿控制

由于单相负载、三相负载和非线性负载的混用,以及负载分布的不均衡,使得微电网三相电压不平衡问题比较突出。针对该问题,提出依据三相电压不平衡度调整逆变器各相输出功率的自适应控制策略。首先,建立了并网逆变器补偿控制原理框图,采用比例谐振(QR)控制器对电流进行无静差跟踪。然后,搭建了单相电压偏低和两相电压偏低的不平衡状态数学模型,依据四桥臂三相逆变器的三相电压具有可解耦独立控制的特性,将对三相电压的控制转变为对单相电压的控制,同时提出了改变并网断路器和相间断路器的开关状态,从而改变逆变器各相之间连接状态的控制方法,并且设计了补偿控制系数。最后利用MATLAB/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明所提出的补偿控制可使三相不平衡电压得到有效补偿。     

改善功率分配及电能质量的微电网分层控制策略

采用传统下垂控制的多微源逆变器在独立运行时,由于线路阻抗的影响,各微源无法按容量比例精确分配负荷无功功率。为了提高系统的无功功率分配精度,文章在深入分析逆变器总阻抗对负载功率分配影响的基础上,指出逆变器总阻抗和额定容量成反比是实现功率合理分配的充要条件,于是提出了一种微电网分层控制策略。第一层控制设计了基于旋转坐标系的虚拟阻抗,以消除微电网中的有功功率和无功功率耦合现象,同时还可以改善无功功率分配性能;第二层中央控制器通过向第一层控制反馈无功功率调节量,进一步实现了无功功率的无差分配,此外,对系统频率和母线电压进行调整,从而优化了系统的电能质量。基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了两台微源并联模型,仿真结果对比图验证了文中所述控制策略的正确性和可行性。     

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..     

面向多分布式电源的微电网分区电压质量控制

电压不平衡和电压暂降是微电网中突出的电压质量问题。针对含单公共连接点(point of common coupling,PCC)和多PCC的微电网,提出一种基于下垂控制的面向多分布式电源(distributed generation,DG)的分区电压质量控制(zonal-voltage quality control,ZVQC)策略,将二次电压控制的思想引入DG的本地控制,不仅改善了微电网正常运行时PCC的电压质量,还可在微电网故障导致电压平衡跌落和不平衡跌落时能够支撑PCC电压并改善其不对称度,实现微电网区域及全网电压质量改善。此外,给出微电网ZVQC的原则,讨论DG附加容量的规划方法,并给出ZVQC的实施方案。最后在PSCAD/EMTDC中建立IEEE P1547.4典型微电网拓扑,仿真验证了所提方案的有效性和可行性。     

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。     

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。     

分布式能源微网电压质量的控制策略研究

为了稳定分布式能源微网电压,文章改进了分布式能源微网的拓扑结构,设计了三相独立可控的双向变流器,使其成为影响微网电压稳定的唯一主要因素。根据分布式能源微网电压和功率关系,应用低压线路的下垂特性,提出基于电压环、电流环、功率环等的多反馈控制器,同时也研究了控制器参数的设定方法。与传统控制方法比较结果以及多工况下的实验结果验证了双向变流器能稳定地控制微网电压,具有良好的稳态和动态性能。理论分析和实验结果证明了多反馈控制策略有效、可行,能稳定控制微网电压。     

适用于低压微电网的逆变器控制策略设计

低压微电网中线路阻抗呈阻性,为保证逆变器输出阻抗与线路阻抗相匹配,在逆变器控制策略中引入了阻性虚拟阻抗。分析了逆变器电压环积分参数对逆变器输出阻抗的影响,在保证逆变器稳定运行的前提下,提高电压环积分系数可使逆变器输出阻抗呈阻性。对微电网等效电路分析得出,调节逆变器输出电压幅值可以调节逆变器输出的有功功率,调节逆变器的频率可以调节逆变器输出的无功功率。微电网并网运行时,分析了参数检测误差对逆变器输出功率的影响,在下垂特性控制中,引入幅值和频率微调的比例—积分(PI)调节器,可实现逆变器输出功率的无静差跟踪。仿真结果表明,所提逆变器控制策略运行稳定,在并网和孤岛运行时都具有优良的性能。     

A Flexible Voltage Control Strategy Based on Stage-Division for Microgrids

The occurrence of power flow reversal and off-limit of the voltage on common bus becomes more frequent because of the increasing penetration of renewable energy sources (RES) in microgrids. To guarantee the safe and stable operation, adjusting the power output of RES-based inverters to avoid the off-limit voltage is necessary. Considering the apparent power characteristics of inverters, as well as the minimum participation of active power, a voltage control strategy based on stage division to be within the voltage limit is investigated in this paper. In the case of unknown demand and distribution of loads, the proposed control strategy is able to make full use of the apparent power to regulate voltage using simple calculations, while the performance in economical operation is satisfactory. Simulation results prove the effectiveness of the proposed method on the common bus off-limit voltage adjustment.     

微电网并网和孤岛运行的二级控制策略研究

由于低压微电网并网和孤岛运行受线路阻抗比值较大等因素的影响,采用传统下垂控制的方法,将不能满足低压微电网控制的需求,且孤岛微电网的频率和电压与主电网不同,并网前需进行同步控制。在分析逆变器功率分配的基础上,提出了分层控制方法;同时,根据微电网可以并网和孤岛运行的特性,分层控制包含2个层次。其中,二级控制(Secondary control)通过重新控制逆变器的输出电压幅值和频率,使得微电网公共连接点处电压和频率的偏差在一定范围内。为了验证二级控制策略能使微电网可靠运行,通过Matlab/Simulink仿真,对微电网运行中各分布式电源的功率、电压和频率的变化规律进行了分析。仿真结果表明微电源的二级控制策略的性能优良。     

孤立微电网中基于输出电压复合控制的电压源型并网逆变器谐波电流抑制策略

针对具有平衡谐波电压扰动的孤立水光互补微电网系统,根据叠加原理提出一种电压源并网逆变器并网谐波电流抑制策略。首先利用陷波器将网侧电压基频与谐波分量进行分离,利用下垂功率控制器对逆变器输出端基频电压分量进行下垂控制;同时逆变器电压电流内环采用基于旋转坐标系的比例积分与谐振混合控制器,在保证逆变器向电网注入基频电流的同时,提高逆变器控制环路对网侧电压谐波分量的跟踪能力,通过减少网侧与逆变器输出端谐波电压误差的方法,降低系统并网电流的谐波含量;最后仿真和实验结果验证了所提策略的有效性。     

一种改进的微电网无功分配控制策略研究

微电网孤岛运行时线路等效阻抗存在偏差,采用下垂增益分配不同容量微电源输出无功功率时不尽合理,导致微电源之间无功环流增加,从而增加系统损耗、降低电能质量.针对此问题,提出一种新型改进下垂控制策略,将无功补偿环节和微源侧电压损耗恢复机制引入传统下垂控制,提高无功功率的分配精度.搭建微电网Simulink仿真模型,仿真结果表明,该策略能够准确分配无功负荷,提高了系统电网稳定性,既不影响微电源的有功输出又大幅降低无功环流.     

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。     

Pattern Discovery Based Preventive Control Strategy for Voltage Source Inverter Based Microgrids Against Islanding

Abstract—This article presents a statistical learning-based method for preventive control of microgrids against isolating from the main grid. Based on the stability criteria, the microgrid pre-islanding conditions are divided into secure and insecure classes. Critical variables regarding microgrid dynamic security are first selected via a feature selection procedure known as RELIEF. An unsupervised learning method, the pattern discovery method, is then applied to the space of the critical variables to extract the detailed structure knowledge called patterns. The patterns are in hyperspace and can effectively encode the microgrid security boundaries. The extracted patterns are used as preventive control laws to change the pre-islanding microgrid operating point if it is in the insecure region. Applying the proposed preventive control strategy guarantees that the microgrid can be isolated from the main grid without any instability problem. The studies are conducted in the time domain using the developed program in a MATLAB environment (The MathWorks, Natick, Massachusetts, USA). The results demonstrate the effectiveness and accuracy of the proposed preventive control method of microgrid against islanding in comparison with the decision tree based method.     

低压微网控制策略研究

为了避免微网运行模式变化时控制策略的切换,实现微网的平滑过渡,对传统的P-f和Q-V下垂控制进行改进,实现了并网运行时基于下垂控制的间接恒功率控制方式。并在脱网过程中采用了控制参数自动调节机制,以减小微网大功率不匹配引起的电压波动。分析了基于频率和幅值参考值正反馈的同步并网控制原理,在维持分布式电源输出功率的前提下利用下垂控制完成微网的同步并网。低压微网仿真结果表明,提出的控制方法能够有效地加快脱网过程中的电压调节速度,实现孤岛运行微网的平滑并网,降低运行模式变化给微网带来的冲击。