适用于微电网的并网逆变器动态电压支持功能研究

### 适用于微电网的并网逆变器动态电压支持功能研究 #### 1. 引言 随着可再生能源发电在电力系统中的应用越来越广泛，微电网技术作为一种将新能源高效接入电力系统的方式，受到了越来越多的关注。微电网能够实现对关键负荷的高质量、不间断供电，主要依赖于并网逆变器的技术实现。为了保证微电网运行的稳定性和可靠性，通过对各台逆变器输出的精确控制至关重要。 并网逆变器在并网运行时，需要满足与电网电压同频同相的要求，并根据电网电能质量要求调整网侧功率因数。这些要求都需要有效的逆变器控制策略来实现。传统的下垂特性曲线控制是一种类似发电机的控制方式，能够动态地将系统功率分配给各逆变器模块，具有简单、可靠和易于实现的特点。 然而，在外部主电网电压发生变化（如电压跌落）时，这会直接影响到微电网内部电压，进而导致负载无法正常工作。因此，采取适当的措施来避免或减少电压跌落的影响非常必要。 #### 2. 逆变器动态电压支持功能 ##### 2.1 动态电压支持的基本原理 电压跌落指的是系统故障或干扰引起用户电压在短时间内下降，之后恢复正常的现象。在电力系统中，解决电压跌落问题是十分重要的。利用无功功率流过电感会产生压降这一原理，在主电网与微电网的公共连接点（Point of Common Coupling, PCC）处接入一定数值的解耦电感，并改进逆变器控制策略。当主电网电压跌落时，控制器会控制逆变器输出一定量的无功功率使其流过解耦电感，在电感上产生与电压跌落幅度相等的压降，从而维持微电网本地电压的稳定性。 ##### 2.2 解耦电感的选择 解耦电感的选择对于实现并网逆变器的动态电压支持功能至关重要。不同大小的电感会产生不同的压降效果，而实际系统中的电感还会受到自身损耗的影响，包括铁损和铜损。根据相关文献提供的损耗计算方法，可以估算出电感的损耗情况。例如，铁损可以通过公式（1）来计算： \[ P_i = P_h + P_c + P_a = \alpha f^8 X + \beta B_m + \gamma \] 其中，\(P_i\) 为铁损（单位：W/kg），\(P_h\) 为磁滞损耗（单位：W/kg），\(P_c\) 为经典涡流损耗（单位：W/kg），\(P_a\) 为附加损耗（单位：W/kg），\(f\) 为频率（单位：Hz）。通过综合考虑这些因素，可以选择合适的解耦电感值以确保动态电压支持功能的有效实现。 #### 3. 控制器的设计原理 为了实现上述动态电压支持功能，需要设计一个智能控制器来监测电网电压变化，并在检测到电压跌落时快速响应，控制逆变器输出相应的无功功率。控制器的设计应包括以下几个方面： 1. **电压监测模块**：实时监测主电网电压，一旦检测到电压跌落现象，立即启动响应机制。 2. **无功功率计算模块**：根据检测到的电压跌落幅度，计算出需要注入的无功功率大小。 3. **逆变器控制模块**：根据计算出的无功功率大小，调整逆变器输出，使无功功率流过解耦电感，产生足够的压降以支撑微电网的本地电压。 4. **反馈调整模块**：通过闭环反馈控制机制，不断调整逆变器输出，确保本地电压稳定在预设范围内。 #### 4. 仿真分析 利用MATLAB/Simulink软件平台对所提出的动态电压支持功能进行了仿真分析。仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。通过对不同场景下的电压跌落进行模拟，结果显示，在不同幅度的电压跌落情况下，逆变器能够准确地注入所需的无功功率，有效维持了微电网的本地电压水平，保证了负载的正常工作。 通过在并网逆变器中集成动态电压支持功能，可以在外部电网发生电压跌落的情况下，有效维持微电网的本地电压，提高系统的稳定性和可靠性。这种方法不仅适用于微电网环境，对于提高整个电力系统的电能质量也有着重要的意义。