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1、第33卷第8期Vol.33No.82009年4月25日Apr.25,2009基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略丁明,杨向真,苏建徽(合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心,安徽省合肥市230009)摘要:提出了一种基于同步发电机机电暂态模型的新型微电网逆变电源(称为虚拟同步发电机)。功率控制器和电压频率控制器使该逆变电源具有功率控制和调频调压双重功能,而且在微电网发生故障时仍能作为不间断电源向重要负荷供电,预并列单元则使得该逆变电源能够可靠并联到微电网上;当微电网连接大电网运行时,系统频率由大电网决定,各虚拟同步发电机可采用功率控制策略使其按照
2、功率调度指令输出功率。当微电网孤岛运行时,必须有逆变单元采用电压频率控制策略,提供微电网的电压参考;微电网中,同等容量的逆变电源还可以任意替换,易于模块化、标准化生产,增加了微电网控制的灵活性,提高了系统的可靠性。所提出的控制策略已在MATLAB/Simulink上得到验证。关键词:微电网;虚拟同步发电机;调频调压;功率控制;预并列单元中图分类号:TM614;TM712;TM727.20引言性。当微电网故障时,如果该逆变电源能够继续不间断地向重要负荷供电,将会进一步提高微电网供微电网是由负荷和多个微源组成的集合系统,电可靠性。这种设计也有利于逆变电源模块化和标
3、具有联网和孤岛2种工作模式,是分布式发电领域准化生产,有重要的现实意义。目前国内外相关文非常活跃的分支。目前,由微电网中央控制器和单[89][14]献还较少。元控制器组成的集中控制型微电网的研究较多,本文基于上述思想提出了一种新型微电网逆变该结构与传统电力系统类似,但微电网是以逆变电电源,由该逆变电源组成的微电网既能连接大电网源为主的小型电网,其中,具有储能单元的逆变电源运行,又能实现孤岛运行时频率的无差控制。起着维持系统电压稳定、频率稳定和功率平衡的重要作用,其控制策略的研究是微电网的关键技术之1虚拟同步发电机的基本结构[5]一,也是本文研究的主要内容。
4、大型电力系统中,为了维持系统频率稳定和功微电网孤岛运行时,需要下面2种功能的逆变率平衡,同步发电机组按照功能可以分为非调频机电源:作为可调度单元,只根据功率调度指令输出组和调频机组。非调频机组正常运行时按预先给定功率;作为调频调压单元,提供发电单元与负荷之的负荷曲线发电,并配备调速器参与动态频率调节;间的瞬时功率偏差,维持微电网频率和电压的稳[10][57]调频机组主要利用同步器进行系统频率调整。定;微电网连接大电网运行时,系统频率由大电如果能够将具有储能装置的微电网逆变电源的数学网决定。微电网逆变电源只需要按照指定功率运[8]模型等效为同步发电机模型,再借
5、鉴调速器和同步行。文献[4]指出在逆变电源直流侧加装储能装器的工作原理设计逆变电源的控制器,电力系统中置,可以将前级能源为风能、太阳能等不可调度的分相关控制策略、理论分析方法就可以方便地引入由布式发电单元转化为可调度单元。本文主要研究配该新型逆变电源组成的微电网中。据此,本文提出置有储能装置的逆变电源控制策略,如果这些逆变了图1所示的新型微电网逆变电源(称为虚拟同步电源都具有功率控制和调频调压双重功能,且可以发电机(VSG)),其主电路为三相全桥逆变电路,Lfi根据运行模式或其他条件切换控制策略,改变它在和Cfi(i=a,b,c)分别为滤波电感和电容,Li用来实
6、微电网中的角色,将会大大增加微电网控制的灵活现功率传输,rLi是滤波电感、开关器件、线路等元件的等效电阻之和,并假设直流侧为电压恒定的储能收稿日期:20081202;修回日期:20090120。装置,且允许能量双向流动。VSG算法模块采用同国家自然科学基金资助项目(50777015,50837001);国家高步发电机的机电暂态数学模型,有效模拟同步发电技术研究发展计划(863计划)资助项目(2007AA05Z240)。机的转子机械特性和定子电气特性;功率控制器(简!89!2009,33(8)称PQ控制器)和电压频率控制器(简称Vf控制接触器KM,模式选
7、择信号用来选择是PQ控制模器)分别实现按功率调度指令发电和调频调压2种块、Vf控制模块还是预同步控制模块有效。功能,预同步单元则确保VSG满足并网条件后闭合图1VSG的原理示意图Fig.1Theorydiagramofvirtualsynchronousgenerator[11]VSG的算法如下式所示:量,并不改变基波分量的特性,所以机电暂态模型所PmPed反映的转子动态特性与同步发电机相同,完全可以Tm-Te-D=--D=Jdt用同步发电机的物理模型进行分析。d=2控制器设计dt∀∀∀E0i=Ui+Ii(ra+jxt)本文将VSG设
8、计为具有功率控制和调频调
