低压微电网采用坐标旋转的虚拟功率V_f下垂控制策略_周.pdf

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1、第３６卷第２期Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．２２０１２年１月２５日Ｊａｎ．２５，２０１２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．０２．００９低压微电网采用坐标旋转的虚拟功率Ｖ／ｆ下垂控制策略周贤正，荣飞，吕志鹏，罗安，彭双剑（湖南大学电气与信息工程学院，湖南省长沙市４１００８２）摘要：针对低压微电网线路与传统高压输电线路阻抗比的不同而引起的功率耦合问题，提出一种采用坐标旋转的虚拟功率控制策略。该方法通过坐标旋转正交变换矩阵，实现了功率的解耦控制，对采用下垂控制特性的电压／频率控制进行了改进，提出

2、了新的下垂限幅控制算法。此外专门设计了低通滤波器，以有效降低谐波影响和增加控制精确性。考虑低压微电网孤网时负荷扰动和孤网至联网运行状态的切换，仿真验证了所提出的低压微电网控制器具有良好的适应能力。实验结果表明，该方法在低压微电网环境下能有效实现负荷变化时不同微电源间变化功率的共享，且频率和幅值较为稳定、动态效果好、工程实现简单，提高了系统功率分担的精确性和稳定性。关键词：微电网；微电源；坐标旋转；下垂控制；低通滤波器０引言实现。本文把逆变器输出的各种因素均考虑在综合线微电网污染少、效率高、稳定性好且控制更加灵路

3、阻抗之中，通过采用坐标旋转的虚拟功率控制策活，能确保电网末梢的用户使用更为可靠、优质的电略，实现了低压微电网下有功和无功功率的解耦，能［１］能，是坚强智能电网的重要组成部分。微电网在有效分担变化的负载需求，提高系统功率分担的精实际运行中首要解决的技术问题就是运行控制问确性和稳定性，同时为系统提供电压和频率支撑。题。根据即插即用（ｐｌｕｇａｎｄｐｌａｙ）与对等（ｐｅｅｒｔｏｐｅｅｒ）的控制思想和设计理念，每个微电源仅根据接１采用坐标旋转的虚拟功率Ｖ／ｆ下垂控制入点的就地信息进行控制，无需通信环节，可以降低策略系统

4、控制成本和增加控制的可靠性。应用这种控制［６］根据ＩＥＥＥ１５４７—２００３标准：微电源注入并思想，微电源控制器的策略选择十分关键，目前一种网系统连接点的直流电流分量不能大于额定输出电常见的控制策略是下垂控制策略。它通过就地采集流的０．５％。因此通常需要加上隔离变压器，它可的电压源型逆变器（ＶＳＩ）输出电压和电流，计算出以避免微电源的直流分量进入配电网，还能起到滤有功和无功功率，进而调整ＶＳＩ输出的频率和电压［７－８］除谐波和抑制微电源间环流的作用。图１所示幅值，在系统负荷功率需求变化时将参与系统电压为微电源传

5、输线潮流图，把微电源等效为受控电压和频率的调节。源，假设变压器无移相作用，将死区效应、开关管导国内外围绕微电网的控制策略问题进行了广通压降、隔离变压器、ＬＣ滤波器和线路阻抗等效为泛、深入的研究。文献［２－３］对微电网控制系统进行综合线路阻抗，设为Ｚ＝｜Ｚ｜ｅｊθ＝Ｒ＋ｊＸ，一般呈阻了整体设计，假定微电网线路阻抗呈纯感性或阻性，感性。图中ＰＣＣ表示公共连接点。对传统的下垂控制策略进行了改进，但是低压微电网的线路电感在很多情况下不可忽略，因此这些控制策略缺乏适用性。文献［４－５］考虑低压微电网环境下线路阻抗的复杂性

6、，引入虚拟频率和虚拟电压图１微电源传输线潮流图实现解耦控制，但其不合乎频率和电压的电能质量Ｆｉｇ．１Ｐｏｗｅｒｆｌｏｗｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｆｏｒａｍｉｃｒｏｓｏｕｒｃｅ评价体系且控制算法较为复杂，难以在工程应用中易得传输潮流与综合线路阻抗的关系为：ＸＰ－ＲＱ收稿日期：２０１１－０４－２９；修回日期：２０１１－０９－０８。Ｖｓｉｎδ＝（１）Ｅ国家自然科学基金资助项目（５０９０７０１７）；湖南省科技计划资ＲＰ＋ＸＱ助项目（２０１０ＲＳ４０１７）；中国博士后科学基金资助项目Ｅ－Ｖｃｏｓδ＝（２）Ｅ（２

7、０１００４７１２１２）。在计算潮流时，一般认为ｓｉｎδ≈δ，ｃｏｓδ≈１。—４７—２０１２，３６（２）传统微电源的Ｖ／ｆ下垂控制策略模拟高压大电网源输出的虚拟无功功率；参数ｋｐ′和ｋｑ′分别为虚拟同步发电机接口特性，采用大电网的高压输电线来有功功率和虚拟无功功率的下垂斜率。分析，忽略线路电阻，有功功率Ｐ与功角差δ、无功图２为线路阻抗角为θ时Ｐ－Ｑ坐标旋转示意功率Ｑ与幅值差Ｅ－Ｖ呈一一对应的关系。但是绝图。通过Ｐ－Ｑ坐标旋转（π／２－θ）得到视在功率Ｓ大多数微电源均接于低压配电网。附录Ａ表Ａ１考在ω－Ｅ坐标下的投

8、影Ｐ′，Ｑ′，从而实现在任意可能虑机械强度、发热度和经济性等约束条件，给出了各线路阻抗角θ时的解耦控制。考虑极限情况当θ＝［９］种典型的适合低压微电网的传输导线及其参数。π／２，即线路阻抗为纯感性时Ｐ′≈Ｐ，Ｑ′≈Ｑ，此时即可知，各种适合低压微电网传输的导线阻抗比均大为传统的Ｖ／ｆ下垂控制策略所考虑的理想情况；当于１，说明其线路电阻不可忽略。从式（１）、式（２）θ＝０，即线路阻抗为纯阻