微电网并网系统的控制器的设计与分析

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1、题目：微电网并网系统的控制器的设计与分析学院：电气工程学院专业:电力电子与电力传动学号：S13080804004姓名：唐福顺摘要——这篇文章主要讲述了微电网并网控制器的设计与分析。控制器包括对于每个分布式电源的内部电压和电流环控制环和外部控制功率均分以及控制由并网转为孤岛运行模式下的功率分配问题的外部有功无功控制环。控制器还包括同步算法来确保当故障清除后平滑的自动并网。通过控制器的合理搭建，可以实现系统可以在并网和孤岛模式转换过程中并不影响外界的负荷。并且通过仿真和实验验证了这一结论。引言近年来，越来越多的新能源或者是微能源例如光伏，小型风机，燃料电池开

2、始以分布式电源的形式并入大电网。随着分布式电源的发展，包含着许多系统化的分布式电源的微电网这个概念随之产生。与传统的集中式电源相比，微电网可以在并网和孤岛两种模式下运行，因而提高了系统的稳定性和电源质量。额外它还包含了所有单个微电网系统的优点。为了更好地控制微电网，在并网和孤岛运行模式下我们采用外部了功率环和内部电压环双重控制。这些控制算法应该在各个并联的分布式电源之间没有信息连接，可以分开单独控制。因此，每一个分布式电源的控制算法应该只使用自己当地能测量到的变量进行反馈。还有，我们还期望当大电网出现故障离网时，各个分布式电源之间能够迅速反应来合理的分配

3、自己的输出功率来保证功率平衡以及当故障清除后微电网和大电网的再次同步运行然后平滑并网。为了实现上述性能，本文对各个分布式电源采用一种统一的控制器设计方法。即，在控制输出电压的前提下，设计控制器控制功率环，它能够控制并网模式下的功率流动，能够保证在孤岛模式下使各个分布式电源有功和无功的合理分配，以及在再次并网之前实现微电网和大电网的再同步。这种控制器响应迅速，并且保证微电网能够在并网和孤岛两种模式下平滑转换并且不影响与其相连接的负载。通过仿真和实验验证了这种控制器设计具有良好的效果。系统配置Fig1展示了本文的微电网配置图，这里采用了两个并联的分布式电源D

4、G1和DG2.每个分布式电源由直流源、ＰＷＭ控制的电压源型逆变器以及LC滤波器。在正常的运行模式下，微电网通过STS（静态转换开关）在PCC点处与大电网相连接。在这种模式下，两个分布式电源来提供对负载123的功率和电压支持，这种配置减少了大电网的负担和大电网的功率传送并且提高了负荷的对大电网扰动的抗干扰能力。Fig1微电网的配置当大电网出现故障时，在半个周期内STS打开来断开微电网和大电网之间的连接，那么这这时候两个分布式电源成为了独立的电源通过能量分配策略来供应给负荷不间断的能量。随后，当故障清除后，在STS再次闭合来平滑的返回并网模式下之前微电网需要

5、与大电网的再同步。控制器设计这部分展示了控制器设计方法来使fig1中的微电网按照fig2所示的一样运行（本文的方法也适合于更复杂的多个分布式电源的微电网，本文只是针对双分布式电源作为说明。）Fig2包含控制策略和ＬＣ滤波器的三相并网逆变电路图Ａ　内部电压和电流控制环控制三相电压型逆变器的内部的电流环和电压环控制策略见上图所示，通过设置外部电容电压反馈系统Ｋv来使电容电压{Va，Vb,Ｖc}追踪上给定的正弦信号，并且在一定的可以接受范围内的THD情况下。电压补偿器的输出信号作为电流环的给定信号通过与反馈信号比较后通过电流系数Ki产生调制信号。内部电流环的作

6、用主要是稳定系统并且提高系统的动态响应（因为电流信号被测量出来的速度要快于电压信号）。最后输出的调制信号反馈到SPWM来产生高频的驱动信号来驱动三相电压型逆变器。首先，针对fig2模型，我们可以得出如下：这里，代表着每个半导体的开关状态，当=1开关为闭合，=0，开关为断开，是直流电压值。假设三相对称负载和三相对称电压。即把（4）（5）式带入（1）——（3）中，得到对于高频调制信号，那么可以写成这里，σ代表相角偏移，m代表调制深度，通过变换后得到，然后最后的方程可以写成这里，指的是调制信号，Ｃ代表滤波电容，Ｖc代表电容电压，相应的电流环方框图如fig3，在

7、这里，负载电流看成一个扰动输入信号。Fig3电流内环方框图那么，相应的传递函数为：根据传递函数并且令Ki=1，我们画出伯德图如下，Fig４伯德图理想状态，通过增大来使的带宽应该无穷大，来更好的追踪所有的输入信号，但更好的动态响应以及更好的抑制干扰信号，但是更大的Ｋｉ会导致系统的不稳定性，一个很好地折中就是在基频附近提供一个比较好的带宽即可，那么我们设定Ｋｉ＝１，这样我们可以得到=-0.00348dB=0.9996并且在基频附近有一个比较小Ic/Iload。一旦电流环设计好以后，下一步我们就开始设计电压增益，它的开环传递函数可以写成Fig5闭环电压传递函数

8、类似于电流环，我们只需要设计一个简单的电压系数来消除相角偏差，这个Kv应该在系统