微网中逆变器并联控制功率分配的研究 .docx

微网中逆变器并联控制功率分配的研究 微网中逆变器并联控制功率分配是当前能源发展的新形态和新方向。分布式电源（Distributed generation, DG）可以就近实现可再生能源的生产及消费，代表着能源发展的新形态和新方向。DG 具有随机性和间歇性的特点，微电网在一定程度上可以促进 DG 的并网，从而使 DG 的利用更为合理有效，提升能源利用率。 微电网可以工作在并网模式或孤岛模式。在孤岛模式下，如何控制并联运行的逆变器实现功率均分成为一个重要问题。目前通常有两种控制方案：一种是在并联运行的逆变器之间利用互联通信线进行信息交换，该控制方案虽然简单，但降低了系统的可靠性和可扩展性。另一种是有功-频率和无功-电压下垂控制，该控制方法无需互联通信线，具有冗余度好、可靠性高以及动态特性好等特点，成为目前研究的重点。 然而，传统下垂控制方法以线路上的电抗远大于电阻为前提，并没有考虑逆变器之间线路阻抗的影响。但实际线路的阻抗总会存在差异，因此无功功率的均分难以实现。为了解决这一问题，许多学者做了相关研究。 文献[13]提出了一种基于虚拟电阻的下垂控制方法，采用虚拟电阻环代替传统下垂控制的功率环，虽然可以实现良好的功率均分，但会造成逆变器输出电压降低。文献[14]在虚拟阻抗控制的基础上，提出了一种补偿虚拟阻抗控制回路电压降的电压幅值校正方法，该方法可以消除系统电压偏差，但较为复杂。文献[15]提出了一种变截距下垂控制方法，通过改变下垂特性曲线的参考电压进行功率调节，但下垂系数及参考电压改变量的大小难以直接确定。文献[16]提出了一种自适应下垂控制方法，在传统下垂控制的基础上引入了下垂系数的一次函数项，提高了功率分配的精度，但其控制复杂，需要通信。 本文提出了一种基于比例积分（Proportional integral, PI）调节器的改进下垂控制方法，以达到逆变器并联运行时精确分配无功功率的目的。采用传统下垂控制和所提出的改进下垂控制两种控制方法，对两台并联运行的逆变器进行仿真对比分析，通过仿真结果验证所提控制方法的有效性。 传统下垂控制的基本原理是将逆变器并联模型化，逆变器输出的有功功率和无功功率可以表示为： ⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪ Pi=Ui[Ri(Ui−Ucosθi)+UXisinθi]R2i+X2i Qi=Ui[Xi(Ui−Ucosθi)+URisinθi]R2i+X2i 如果线路阻抗为感性，不用考虑线路电阻的影响，由于逆变器输出电压与负载电压之间的相角差 θi 通常很小，则 sinθi≈θi,cosθi≈1，式可以化简成： ⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪ Pi≈UiUθiXi Qi≈Ui(Ui−U)Xi 由式可知，有功功率 Pi 与相角 θi 相关，无功功率 Qi 与输出电压幅值 Ui 相关。因为不方便对相角 θi 进行直接控制，而 ωi 积分可以得到相角 θi，因此，控制角频率 ωi 可以控制相角 θi。 下垂控制方法中有功功率与频率、无功功率与输出电压幅值之间的关系与同步机的一次调频特性曲线十分相似，可以采用下垂控制对逆变器的输出功率进行调节。通过这一思路，可以人为的引入逆变器频率和电压幅值的下垂外特性，由此得到逆变器输出电压幅值和频率的指令值，传统下垂控制方法的控制公式可以表示为： {ω−ω0=m(Pref−P) U−U0=n(Qref−Q) 式中，ω 和 U 分别是逆变器输出的角频率和输出电压的幅值，ω0 和 U0 则为空载下逆变器输出电压的角频率和幅值，Pref 和 Qref 分别为有功功率和无功功率的设定值，P 和 Q 分别为逆变器实际输出的有功功率和无功功率，m 和 n 分别为逆变器的有功-频率下垂系数、无功-电压下垂系数。 由式可以得到有功-频率下垂系数 m 和无功-电压下垂系数 n： m=fmax−fminPmax n=Umax−UminQmax 式中，Pmax、Qmax 分别为逆变器输出的最大有功功率和最大无功功率。