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面向多逆变器微电网电压控制策略(一)

时间:2014-12-31 10:42来源:未知 作者:admin 点击:
0 引言 微电网技术自从被提出以来,迅速受到了美国、欧盟、日本、加拿大、中国等世界各国政府和研究人员的广泛关注[1-4]。微电网是由多种形式的微源、储能单元、负荷、控制单元以及保护等组成的微型电网,既能作为可控负荷或可控发电单元柔性并入配电网,避免分布式发电(dis

     0 引言


     微电网技术自从被提出以来,迅速受到了美国、欧盟、日本、加拿大、中国等世界各国政府和研究人员的广泛关注[1-4]。微电网是由多种形式的微源、储能单元、负荷、控制单元以及保护等组成的微型电网,既能作为可控负荷或可控发电单元柔性并入配电网,避免分布式发电(distributed generation,DG)单元尤其未来大量DGs 并入大电网造成的电能质量和电力安全问题,又能依靠自身的协调控制能力独立运行,提高大电网抗自然灾害和电力事故能力,在电能质量较差的电网末梢或电力系统难以覆盖的边远地区有着广泛的应用前景。


     多逆变器组成的微电网在孤岛运行时,系统各点电压水平各不相同,无功功率调节手段也多种多样,相对于频率控制而言,电压控制和无功功率分配要相对复杂的多。微电网中,逆变器输出阻抗较小,低压线路阻抗阻性成分不能够忽略,使得微电网中有功和无功分量存在严重耦合,通常采用添加虚拟电抗的方法来增大系统阻抗中的感性成分,减弱有功、无功间的耦合程度[5-7],但是,虚拟电抗的增加导致输出电压明显跌落,降低了系统电压质量;不同逆变器的输出阻抗各不相同,联接线路长短不一,这对无功功率分配精度也有较大影响,因此,传统下垂控制很难使逆变器按照设定的U-Q 下垂曲线分配无功功率,从而不利于微电网无功功率最优分布和电压稳定。文献[7]提出了一种弥补线路阻抗和本地负荷影响的无功功率精确均分方法,该方法在小功率时效果明显,功率较大时会存在明显误差,且没有考虑虚拟电感对端电压的影响;另外,微电网具有功率调度的周期性、负荷预测的偏差性以及负荷波动的随机性等特点,仅仅依靠分散的逆变器电压控制很难保证系统的各点电压质量和无功功率的分配,因此,各发电单元分散的一次电压控制和二次电压集中控制相互配合,是保证系统电压稳定和无功功率优化控制的有效措施,也是现代电力系统电压控制的核心思想。文献[8]借鉴电力系统的分层管理思想,较为全面地提出了联络线功率控制(三次控制)、二次电压频率控制、一次控制的3 层结构,但没有考虑虚拟电抗的选取对端电压的影响,且所有发电单元都参与二次电压频率控制和三次联络线功率控制,通信系统复杂,容量利用率低。


     文献[9-10] 提出了虚拟同步发电机(virtualsynchronous generator,VSG)和微电网孤岛运行时3层频率控制策略,在此基础上,本文提出微电网分层控制结构,详细分析影响VSG 输出电压和无功功率分配精度的因素,提出一种补偿VSG 固有下垂特性和线路阻抗的新算法,不仅确保了VSG 联接母线上的电压质量,而且使各VSG 能够按照设定的U-Q 下垂曲线分担系统无功负荷;并详细阐述孤岛模式下二次电压控制的原理;最后,利用Matlab/Simulink 仿真软件验证所提控制策略的效果。


     1 微电网分层控制结构


     本文借鉴电力系统的分层控制经验,综合电压和频率控制、孤岛运行和联网运行的特点,提出了适宜于微电网的分层控制结构,如图1 所示。分层控制采用双向通信线相互衔接,实现信息交换,3 层/2 层间的通信速率比2 层/1 层间的通信速率慢。其中,第1 层是各台可调度VSG 的控制,以联网模式下按照调度功率运行和孤岛模式下一次调频/调压控制为目标,响应快,调节周期短;第2层是系统级无差控制,主要以联网模式下联络线功率和孤岛模式下电压频率无差控制为目标,动态调整系统发电功率和负荷功率不平衡引起的联络线功率或电压频率变化,较第1 层调节周期长;第3层以安全性和经济性为基本原则,计算出计划有功和无功功率,实现系统优化运行[11],调节周期最长。2 层/3 层均为系统级控制,一般在中央控制器(microgrid central controller,MCC)中实现。第1 层可调度发电单元按功能可分为参与二次控制和不参与二次控制2 大类,2 层/3 层接口模块将计划功率直接分配给不参与二次控制的发电单元,实现系统的经济运行,将计划功率与第2 层动态分配功率组合后分配给参与二次控制的发电单元,微调计划功率与实际负荷的功率偏差,从而避免了所有单元都参与第2 层控制造成的容量利用率低和通信复杂的问题。另外,孤岛检测是微电网的重要系统级功能[12-13],检测周期短,将其设计在第2 层,并将运行模式信息传输到其他2 层。总之,图1 所示的微电网3 层控制结构与电力系统的3 层控制一一对应,且融合了微电网自身的运行要求。文献[10]已详细介绍了孤岛模式下频率控制,本文将重点解决孤岛模式下电压控制问题。

 

    

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