基于下垂控制的微电网并网仿真分析.pdf

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1、第32卷第3期重庆工商大学学报(自然科学版)2015年3月Vo1．32NO．3JChongqingTechnolBusinessUniv．(NatSciEd)Mar．2015doi：10．16055／j．issn．1672—058X．2015．0003．006基于下垂控制的微电网并网仿真分析木吴飞，陈其工，高文根(安徽工程大学安徽省检测技术与节能装置重点实验室，安徽芜湖241000)摘要：以下垂控制的微电网为研究对象，在Matlab／Simulink平台上搭建了微电网仿真模型，分析了逆变器控制参数、负荷的变化对并网暂态过程的影响，提出了“负荷功率基准点”的概念，并在大量仿

2、真数据的基础上，确定了微电网孤岛正常运行和最佳并网的负荷功率范围，从而为微电网平滑并网提供重要参考。关键词：下垂控制；负荷功率基准点；并网；负荷功率范围中图分类号：TM615文献标志码：A文章编号：1672-058X(2015)03-0025—06微电网是一个由分布式电源、能量变换装置、储能系统、负荷和监控系统、保护装置汇集而成的小型发配电系统。它具有高灵活性、高可靠性等优点，能够实现自控制、保护和管理，同时可以有效地协调分布式电源与大电网之间的矛盾，因而成为未来电网发展的重要分支。此外微电网既可以孤岛运行，也可并网运行，还可在两种运行方式之间进行平滑切换¨J。分布式电源

3、的类型不同，在微电网中所起作用也可能不同，其逆变器也需要采取不同控制策略，常见的分布式电源的逆变器控制方法可分为：恒功率控制、恒压控制、下垂控制]。由于下垂控制对通信系统的依赖小、可靠性高，且易于实现DG和负荷的即插即用以及微电网运行模式的无缝切换，得到了国内外的广泛关注一。1下垂控制原理微电网中的分布式电源采用下垂控制策略时，其输出可以按照预先给定的P-f和Q—U特性进行自动调节。下垂控制策略的主要优点是易于实现分布式电源的即插即用；同时，在微电网进行运行模式切换时，可以保持控制策略不变，从而避免了控制策略的切换而影响微电网的暂态稳定性。当微电网从并网模式切换为孤岛模式

4、时，只需断开微电网并网开关，此时采取下垂控制策略的分布式电源可以自动分担微电网系统有功功率和无功功率的不平衡，实现微电网孤岛模式下的稳定运行；当微电网从孤岛模式切换为并网模式时，同时可以直接闭合电力电子开关，分布式电源将根据系统的运行频率和接人点的电压调整输出功率实现稳定运行。现将主要就下垂控制的原理及其控制器设计做一些讨论。下垂控制是描述模拟发电机组功频静特性的一种控制方法，其控制原理如图1所示。微电网系统中分布式电源初始运行点为口，输出功率为P。，无功功率为Q。，系统频率为，n，系统电压为。当系统有功负荷突然增大时，有功功率不足，导致频率下降；系统无功负荷突然增大，无

5、功功率不足，将收稿日期：2O14一o7—18；修回日期：2014-09-22．}基金项目：国家自然基金项目(61172131)；安徽省科技攻关重大项目(1301022045)．作者简介：吴飞(1989一)，男，江苏泰州人，硕士研究生，从事微电网运行与控制研究重庆工商大学学报(自然科学版)第32卷导致电压幅值下降。反之亦然。逆变器下垂控制系统的调节原理为：当系统频率减小时，控制系统调节分布式电源输出的有功功率按下垂特性相应地增大，与此同时，负荷功率也因频率下降而有所减小，最终在下垂控制系统和负荷本身调节效应的共同作用下达到新的平衡，即到达新的平衡点b运行。由图1可以得到P_

6、厂及Q—U的下垂关系式：f=fo+(P。～P)(1)U=Uo+(Qo—Q)Ko(2)或者P=P。+(一fo)(3)Q=Q0+(U—U。)K(4)基于上面的分析可以看出下垂控制存在两种控制方法：(1)通过调节输出功率来控制电压频率和幅值，即P-f和Q—U的下垂控制；(2)通过调节频率和幅值来控制功率的输出，即f-P和U—Q的下垂控制。采用第一种控制方法来设计下垂控制器。图1下垂控制原理2微电网结构模型与参数设置在Matlab／Simulink平台上建立了如图2所示的微电网结构模型，微电源经三相电压型逆变器逆变为三相交流电，然后经过滤波器滤波，最后经过线路、负荷、开关连接到大

7、电网，微电源在孤岛和并网模式下都采用下垂控制。仿真初始参数设置如下，DG参数：P=75kW，Q=0var，E=311V=50Hz，=800V；滤波器参数：Rr=O．02n，=500H，c1400tzF；负荷参数：P=75kW，Q=0var。仿真时间为1s，0．5s时微电网从孤岛状态切换至并网状态。其中P为微电源运行在额定频率下的输出功率，Q为微电源运行在额定电压下的输出功率，E为额定电压为额定频率，为直流电压。图2微电网结构模型3仿真分析对微电网中某些参数对其并网暂态过程的影响进行仿真分析与总结，根据图2的所示的微电网结构模型