李永東, 謝永流, 程志江, 董博, 邱麟, 樊小朝
(1.新疆大學(xué) 電氣工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830008;2.清華大學(xué) 電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系,北京 100084)
?
微電網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓和頻率無靜差控制策略研究
李永東1,2,謝永流1,程志江1,董博2,邱麟2,樊小朝1
(1.新疆大學(xué) 電氣工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830008;2.清華大學(xué) 電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系,北京 100084)
摘要:當(dāng)外電網(wǎng)發(fā)生故障時,微電網(wǎng)系統(tǒng)與外電網(wǎng)斷開,運(yùn)行在孤島模式。此時,由于微電網(wǎng)系統(tǒng)失去了外電網(wǎng)的支撐,微電網(wǎng)系統(tǒng)交流母線電壓和頻率需要采用下垂控制。針對傳統(tǒng)下垂控制導(dǎo)致電壓和頻率存在靜差問題,分析控制參數(shù)對微電網(wǎng)系統(tǒng)逆變器輸出阻抗的影響,并研究系統(tǒng)輸出阻抗呈感性的方法。在此基礎(chǔ)上,提出無通訊線時消除電壓和頻率靜差問題的控制方法,并分析下垂系數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。最后,通過仿真和實(shí)驗(yàn)對控制方法進(jìn)行了驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明采用下垂曲線平移的辦法減小靜差,有功-頻率和無功-電壓下垂曲線垂直上移,沒有發(fā)生明顯的波動,而且按照設(shè)定的下垂系數(shù)比例進(jìn)行合理分配;負(fù)載從680 W突增至1 050 W,再從1 050 W突減至680 W,兩臺逆變器輸出電流迅速滿足負(fù)載突變的要求,而且負(fù)載突變對母線電壓影響較小。結(jié)果表明本文控制方法的正確性和可行性,研究結(jié)果將對微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供一定的理論及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞:微電網(wǎng)系統(tǒng);下垂控制;并聯(lián)運(yùn)行;電能質(zhì)量;輸出阻抗
0引言
目前,由于沙漠、牧場等偏遠(yuǎn)地區(qū)存在嚴(yán)重的供電不足問題,有學(xué)者提出在缺電地區(qū)建立微電網(wǎng)系統(tǒng)是解決該問題的有效途徑[1-2]。當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)處于孤島運(yùn)行時,系統(tǒng)公共接點(diǎn)(point of common coupling ,PCC)失去了大電網(wǎng)的電壓和頻率支撐,交流母線電壓和頻率需要通過微電網(wǎng)單元的并聯(lián)控制才能保持穩(wěn)定[3]。但由于微電網(wǎng)系統(tǒng)逆變器輸出阻抗特性不呈感性,并且各微電源單元之間的線路阻抗存在差異,不僅會影響系統(tǒng)交流母線電壓和頻率的穩(wěn)定,且因系統(tǒng)存在功率環(huán)流難以實(shí)現(xiàn)各臺逆變器功率均分[4-5],傳統(tǒng)的下垂控制已經(jīng)滿足不了系統(tǒng)的控制要求。
文獻(xiàn)[6-8]采用一種基于虛擬阻抗的改進(jìn)下垂控制,引入虛擬阻抗減小線路阻抗不確定性造成的功率耦合,通過改進(jìn)電壓/無功下垂控制解決線路阻抗不平衡引起的無功功率均分問題[9-10],有效地防止系統(tǒng)的電壓偏差;但增加額外的虛擬阻抗必然會引起輸出電壓幅值出現(xiàn)明顯跌落,導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓質(zhì)量下降。雖然下垂控制可以工作在無通訊的狀況下,并能實(shí)現(xiàn)有功和無功在各微電網(wǎng)單元間的合理分配[11-13],但微電網(wǎng)系統(tǒng)孤島運(yùn)行時采用下垂控制會產(chǎn)生電壓和頻率的靜差,這對于微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量有所影響,嚴(yán)重時還會導(dǎo)致微電網(wǎng)系統(tǒng)失穩(wěn)[14-15]。因此,研究消除或減小電壓和頻率靜差的控制方法具有重要意義。
針對以上問題分析,本文將對微電網(wǎng)系統(tǒng)孤島運(yùn)行時交流母線電壓和頻率的控制策略進(jìn)行理論及實(shí)驗(yàn)研究,并分析控制參數(shù)對微電網(wǎng)系統(tǒng)逆變器輸出阻抗的影響。本文將提出無通訊線時消除交流母線電壓和頻率靜差問題的控制方法,并分析下垂系數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)研究對本文提出的控制方法進(jìn)行驗(yàn)證。本文研究將對微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供一定的理論及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
1微電網(wǎng)系統(tǒng)并聯(lián)下垂控制原理
兩個微電網(wǎng)單元并聯(lián)簡化結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[16],系統(tǒng)逆變器輸出可以等效為一個電源θ,E1∠θ1和E2∠θ2分別為兩個微電網(wǎng)單元輸出電壓矢量,阻抗Z1∠δ1和Z2∠δ2分別為兩個微電網(wǎng)單元輸出阻抗與線路阻抗之和,U∠0交流母線電壓矢量,ZL為本地負(fù)載,其中XL為負(fù)載電感,RL為負(fù)載電阻。
圖1 微電網(wǎng)單元并聯(lián)簡化結(jié)構(gòu)圖Fig.1 A parallel simplified block diagram of micro-grid unit
微電網(wǎng)單元并聯(lián)下垂控制模擬電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)的下垂特性,由圖1可以得到每個微電網(wǎng)單元輸出有功Pn和無功功率Qn的表達(dá)式:
(1)
由于頻率和功角的微分關(guān)系,可以得到微電網(wǎng)單元輸出的有功/頻率、無功/電壓幅值存在比例關(guān)系,如式(2)所示,其下垂曲線如圖2所示。
(2)
其中:ω0為微電網(wǎng)單元空載角頻率;E0為微電網(wǎng)單元空載電壓幅值;mn為第n個微電網(wǎng)單元有功-頻率的下垂系數(shù);nn為第n個微電網(wǎng)單元無功-電壓的下垂系數(shù)。
圖2 功率下垂控制曲線Fig.2 Power droop control curve
從圖2中可以看出,微電網(wǎng)系統(tǒng)下垂控制不同于傳統(tǒng)逆變器并聯(lián)下垂控制,由于微電網(wǎng)單元儲能裝置的存在,使微電網(wǎng)單元可以吸收功率,因此下垂曲線延伸至第二象限。
2逆變器輸出阻抗特性分析
在電力系統(tǒng)中,由于采用高壓遠(yuǎn)距離輸電,傳輸線阻抗主要呈感性,因此滿足有功-頻率和無功-電壓的下垂特性。但在微電網(wǎng)系統(tǒng)中,電壓等級較低,傳輸線距離短,傳輸線阻抗一般呈阻性或阻感特性。為了保證下垂控制的正確應(yīng)用,需要使系統(tǒng)輸出阻抗呈感性。因此,首先研究了系統(tǒng)參數(shù)對微電網(wǎng)單元輸出阻抗的影響。
由于微電網(wǎng)單元通過LC濾波器與交流母線連接,因此LC濾波器的參數(shù)和逆變器的控制參數(shù)都將影響微電網(wǎng)單元輸出阻抗的特性[17]。微電網(wǎng)單元輸出逆變器采用電壓、電流雙閉環(huán)控制方法,在加入采樣延時后的詳細(xì)控制框圖如圖3所示。
圖3 逆變器電壓電流雙閉環(huán)控制框圖Fig.3 Control diagram of voltage and current double closed loop of inverter
由梅遜公式可以得到電壓和電流的關(guān)系:
在線開放課程可以為學(xué)生提供區(qū)別化學(xué)習(xí)的平臺。課前,教師利用課程平臺推送相關(guān)的學(xué)習(xí)資源(如課件、微課),通過發(fā)布任務(wù)組織學(xué)生做好課前預(yù)習(xí);學(xué)生在領(lǐng)取任務(wù)之后,可以依據(jù)自身現(xiàn)有的學(xué)習(xí)水平進(jìn)行自主的、探索的學(xué)習(xí);教師再依據(jù)學(xué)生自主預(yù)習(xí)的情況完成學(xué)情分析,為課堂的教學(xué)做出具有針對性的計劃。
(3)
根據(jù)戴維南等效定理,微電網(wǎng)單元及輸出阻抗和線路阻抗可以等效成一個電壓源與一個阻抗的串聯(lián),如圖4所示[10]。
根據(jù)圖4可得微電網(wǎng)單元輸出電壓增益的G0(s)和輸出等效阻抗Z0(s)分別為:
圖4 微電網(wǎng)單元輸出等效電路圖Fig.4 Output equivalent circuit of micro-grid unit
(4)
(5)
由式(5)可知,微電網(wǎng)單元輸出阻抗不僅與LC濾波器參數(shù)、采樣時間等因素有關(guān),還受到電壓電流雙閉環(huán)PI控制參數(shù)的影響,下面針對不同PI控制參數(shù)對系統(tǒng)輸出阻抗特性的影響進(jìn)行研究。LC濾波器參數(shù)L=15 mH、C=20 μF,采樣周期Ts為0.000 125 s,PWM增益K為1。根據(jù)勞斯判據(jù),kpu小于0.2,綜合系統(tǒng)響應(yīng)速度和穩(wěn)定性,在此取kpu=0.1。在保證極點(diǎn)均在左半穩(wěn)定區(qū)域下,研究其它控制參數(shù)變化對阻抗特性的影響。
當(dāng)kpi=1,kii=30時,令kiu取值變化,參數(shù)kiu取1和50的阻抗Bode圖對比如圖5(a)和(b)所示。從圖中可以看出,在kiu變化時,微電網(wǎng)單元輸出阻抗在50 Hz附近主要呈感性,阻抗特性對kiu參數(shù)變化不敏感;當(dāng)kiu=10,kii=30時,令kpi取值變化,參數(shù)kiu取1和100的阻抗Bode圖對比如圖5(c)和(d)所示。從圖中可以看出,在電流內(nèi)環(huán)比例參數(shù)kpi變化時,微電網(wǎng)單元輸出阻抗特性在50 Hz附近不再呈感性;當(dāng)kiu=10,kpi=1時,令kii取值變化。參數(shù)kii取1和100的阻抗Bode圖對比如圖5(e)和(f)所示,在kii變化時,微電網(wǎng)單元輸出阻抗50 Hz附近主要呈感性,輸出阻抗特性對kii變化不敏感。
圖5 不同參數(shù)變化時輸出阻抗Bode圖Fig.5 Output impedance Bode diagram of different parameters
由上述分析,在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)速度的情況下,令kpu為0.1,其它主要參數(shù)只有電流環(huán)比例參數(shù)kpi對微電網(wǎng)單元輸出阻抗影響較大。但有功-頻率和無功-電壓下垂控制必須在微電網(wǎng)單元輸出阻抗呈感性時才能保證逆變器功率均分和交流母線頻率和電壓穩(wěn)定。
因此加入虛擬電抗,即使在控制參數(shù)變化的情況下微電網(wǎng)單元輸出阻抗仍然呈感性。加入虛擬電抗后,微電網(wǎng)單元輸出電壓和電流的關(guān)系:
G0(s)E*′-[G0(s)Zv(s)+Z0(s)]i。
(6)
基于d-q坐標(biāo)系下,經(jīng)虛擬電抗環(huán)節(jié)后得到的電壓參考值:
(7)
因此,加入虛擬電抗后的微電網(wǎng)單元輸出阻抗:
Z(s)=G0(s)Zv(s)+Z0(s)。
(8)
對加入虛擬電抗后新的輸出阻抗式(8)進(jìn)行分析,取虛擬阻抗ZV(s)=jXV,其中虛擬電抗XV=1 mH,而kpu=0.1,kiu=10,kii=30,在kpi發(fā)生變化時的輸出阻抗Bode圖如圖6所示。與圖4(e)和4(f)對比,加入虛擬電抗后,kpi的取值將不會影響微電網(wǎng)單元輸出阻抗特性,在kpi=1和kpi=100時輸出阻抗均呈感性,能夠滿足有功-頻率和無功-電壓下垂特性,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)逆變器功率均分。
圖6 引入虛擬電抗參數(shù)kpi變化時輸出阻抗Bode圖Fig.6 Output impedance Bode diagram of kpi change by introducing virtual reactance
3系統(tǒng)頻率和電壓二次調(diào)節(jié)控制
在無通訊線的情況下,為了能夠消除或減小微電網(wǎng)系統(tǒng)交流母線電壓和頻率的靜差[18],采用一種電壓和頻率二次補(bǔ)償?shù)姆椒p小由下垂控制產(chǎn)生的靜差。圖7為系統(tǒng)在負(fù)載突然變化時有功、無功工作點(diǎn)的變化曲線,初始狀態(tài)微電網(wǎng)系統(tǒng)的角頻率為ω1,該微電網(wǎng)單元輸出的有功功率為P1,工作在A點(diǎn);在某一時刻本地負(fù)載突然增加ΔPL0,工作點(diǎn)將從A點(diǎn)沿圖7(a)中實(shí)線移動到B點(diǎn),輸出的有功功率將增加為P2,而角頻率將下降為ω2。在沒有二次調(diào)頻的微電網(wǎng)系統(tǒng)中,交流母線的角頻率將穩(wěn)定在ω2。如果在不改變下垂系數(shù)的前提下,提高系統(tǒng)的截止頻率,則圖(a)中有功-頻率下垂曲線由實(shí)線向上平移為虛線,工作點(diǎn)也會由B點(diǎn)變?yōu)镃點(diǎn),角頻率又恢復(fù)到ω1,有功功率按下垂系數(shù)進(jìn)行了合理的分配,無功-電壓調(diào)節(jié)與有功-頻率調(diào)節(jié)類似,假設(shè)系統(tǒng)負(fù)載突增時逆變器增發(fā)的有功為ΔPG0,則頻率、電壓二次調(diào)節(jié)的功率關(guān)系:
(9)
其中,mx、nx分別為負(fù)載角頻率和電壓調(diào)節(jié)系數(shù)。
從式(9)中可知,在ΔPL0=ΔPG0和ΔQL0=ΔQG0時,那么Δω=0、ΔE=0,當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載突變后,系統(tǒng)交流母線頻率和頻率均維持不變,實(shí)現(xiàn)了無靜差調(diào)節(jié)。在此過程中,微電網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)下垂系數(shù)按照各自輸出功率的能力,完成系統(tǒng)各臺逆變器有功和無功的合理分配。
圖7 無通訊線的下垂控制曲線Fig.7 Droop control curve of no communication lines
在頻率、電壓二次調(diào)節(jié)過程中采用PI控制器實(shí)現(xiàn)無差控制,并引入虛擬電抗對傳統(tǒng)下垂控制進(jìn)行改進(jìn),得到的頻率、電壓二次無靜差控制框圖,如圖8所示。
圖8 頻率和電壓二次無靜差控制框圖Fig.8 Secondary static error control block of the frequency and voltage
那么,根據(jù)頻率和電壓二次無靜差的控制關(guān)系,采用PI控制器的無差控制可以表示為:
(10)
進(jìn)一步變換后可得:
(11)
微電網(wǎng)系統(tǒng)本地控制器在連續(xù)若干個采樣周期內(nèi)檢測到交流母線角頻率和電壓均滿足關(guān)系式(12)。
(12)
其中εω和εE為自定義的頻率和電壓差值控制上限。
系統(tǒng)負(fù)載有功、無功功率增加,會導(dǎo)致系統(tǒng)角頻率ω和電壓E下降,但經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)后,系統(tǒng)會相應(yīng)增發(fā)功率ΔPG0和ΔQG0,直到ΔPL0=ΔPG0和ΔQL0=ΔQG0時系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無靜差控制。圖7中的有功-頻率和無功-電壓下垂曲線分別向上平移Δω和ΔE,消除或減小頻率和電壓的靜差。
4仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
微電網(wǎng)系統(tǒng)孤島運(yùn)行時,需要維持交流母線電壓和頻率穩(wěn)定,研究了在無通訊線時兩臺逆變器并聯(lián)運(yùn)行控制策略,具體的仿真參數(shù)如表1所示。
表1 具體的仿真參數(shù)
4.1仿真分析
首先對沒有頻率和電壓二次調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)下垂控制進(jìn)行仿真,驗(yàn)證有功-頻率和無功-電壓下垂系數(shù)、虛擬電感等設(shè)置的有效性。圖10為采用傳統(tǒng)下垂控制方法對含有兩個微電網(wǎng)單元并聯(lián)的微電網(wǎng)系統(tǒng)孤島運(yùn)行進(jìn)行仿真。在0.5s時,本地負(fù)載有功功率由700 W變?yōu)? 400 W,無功功率由120 Var變?yōu)?40 Var。通過圖10(a)和(b)可以看出,采用傳統(tǒng)下垂控制方法,在本地負(fù)載有功和無功增加時,頻率和電壓幅值將下降,通過圖10(c)和(d)可以看出,兩個微電網(wǎng)單元輸出的有功功率和無功功率按照下垂系數(shù)的比例進(jìn)行了合理的分配。
圖10 采用傳統(tǒng)下垂控制仿真結(jié)果Fig.10 Simulation results of traditional droop control
無通訊線的情況下,采用下垂曲線平移的辦法減小靜差。仿真條件和參數(shù)同上,仿真結(jié)果如圖11所示。通過圖11(a)和(b)可以看出,頻率和電壓的靜差很小,而在頻率和電壓的二次調(diào)節(jié)時,有功-頻率和無功-電壓下垂曲線垂直上移,有功功率和無功功率并沒有發(fā)生明顯的波動,仍按照設(shè)定的下垂系數(shù)比例合理分配,仿真結(jié)果如圖11(c)和(d)所示。
圖11 系統(tǒng)頻率和電壓二次調(diào)節(jié)仿真結(jié)果Fig.11 Secondary regulator simulation results of system frequency and voltage
4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
對系統(tǒng)交流母線頻率和電壓二次調(diào)節(jié)控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,兩臺逆變器并聯(lián)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)平臺如圖12所示,具體的參數(shù)與表1相同。其中設(shè)置本地負(fù)載電阻40 Ω、電感5 mH串聯(lián)的阻感負(fù)載。
圖12 兩臺逆變器并聯(lián)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)平臺Fig.12 Experiment platform of two inverters in parallel operation
逆變器的投入切出實(shí)驗(yàn)結(jié)果:首先逆變器1獨(dú)立運(yùn)行, 0.45 s時逆變器2投入并聯(lián)運(yùn)行。逆變器2投入時,交流母線a相電壓ua和逆變器2輸出電流ia2波形如圖13(a)所示;逆變器2切出時,交流母線a相電壓ua和逆變器2輸出電流ia2波形如圖13(b)所示,可見逆變器2投入和切出對交流母線電壓影響微小。在頻率和電壓基本穩(wěn)定后,通過向上平移下垂曲線可以減小靜差,使交流母線電壓的幅值與初始值基本相同,這樣,在容量滿足要求的前提下,逆變器的投入和切出對系統(tǒng)運(yùn)行影響較小,系統(tǒng)有較好的冗余性。
負(fù)載突增突減的實(shí)驗(yàn)結(jié)果:兩臺逆變器并聯(lián)運(yùn)行,負(fù)載在0.4 s時從680 W突增至1 050 W。負(fù)載突增瞬間交流母線a相電壓ua及兩臺逆變器輸出電流ia1、ia2波形如圖14(a)所示。從圖中可以看到,兩臺逆變器輸出電流迅速增大至滿足負(fù)載要求,負(fù)載突增對母線電壓影響較?。回?fù)載在0.6 s時從1 050 W突減至680 W,負(fù)載突減瞬間交流母線a相電壓ua及兩臺逆變器輸出電流ia1、ia2如圖14(b)所示。從圖中可以看到,兩臺逆變器輸出電流迅速減小至滿足負(fù)載要求,負(fù)載突減對母線電壓ua影響較小。
圖13 頻率和電壓二次調(diào)節(jié)控制實(shí)驗(yàn)波形Fig.13 Secondary regulation control experiments wave of frequency and voltage
圖14 負(fù)載突變時的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.14 Experimental results of the load mutation
5結(jié)論
微電網(wǎng)系統(tǒng)孤島運(yùn)行時交流母線電壓和頻率對微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。在傳輸線距離短、電壓等級低情況下,分析了控制參數(shù)對系統(tǒng)輸出阻抗的影響,引入虛擬電抗保證了系統(tǒng)輸出阻抗呈感性。在此基礎(chǔ)上,微電網(wǎng)系統(tǒng)交流母線電壓和頻率二次調(diào)節(jié)中采用下垂曲線平移,減小或消除了電壓和頻率靜差問題。最后,經(jīng)過仿真和實(shí)驗(yàn)有效地驗(yàn)證本文控制方法的可行性。
參 考 文 獻(xiàn):
[1]魯宗相,王彩霞,閔勇,等.微電網(wǎng)研究綜述[J].電力系統(tǒng)自動化,2007,31(19):101-102.
LU Zongxiang,WANG Caixia,MIN Yong,et al.Overview on micro-grid research[J].Automation of Electric Power Systems,2007,31(19):101-102.
[2]王成山,李鵬.分布式發(fā)電、微網(wǎng)與智能配電網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,34(2):10-14,23.
WANG Chengshan,LI Peng.Development and challenges of distributed generation,the microgrid and smart distribution system[J].Automation of Electric Power Systems,2010,34(2):10-14,23.
[3]牟曉春,畢大強(qiáng),任先文.低壓微網(wǎng)綜合控制策略設(shè)計[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,34(19):91-96.
MU Xiaochun,BI Daqiang,REN Xianwen.Study on control strategies of a low voltage microgrid[J].Automation of Electric Power Systems,2010,34(19):91-96.
[4]肖華根,羅安,王逸超,等.微網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的環(huán)流控制方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2014,34(19):3098-3104.
XIAO Huagen,LUO An,WANG Yichao,et al.Acirculating current control method for paralleled Inverters in Microgrids[J].Proceedings of the CSEE,2014,34(19): 3098-3104.
[5]余蜜,康勇,張宇,等.基于環(huán)流阻抗的逆變器并聯(lián)控制策略[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2008,28(18):42-46.
Yü Mi,KANG Yong,ZHANG Yu,et al.Research on a novel current-sharing scheme based on circulating impedance of multi-inverter parallel system[J].Proceedings of the CSEE,2008,28(18):42-46.
[6]程啟明,陳根,程尹曼,等.光儲式充電站基于SOC的改進(jìn)型準(zhǔn)PR下垂控制研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報,2016,20(2):61-69.
CHENG Qi-ming, CHEN Gen, CHENG Yinman,et al .Improved quasi PR droop control of charging station with PV energy storage based on SOC[J].Electric Machines and Control,2016,20(2):61-69.
[7]鮑薇,胡學(xué)浩,李光輝,等.獨(dú)立型微電網(wǎng)中基于虛擬阻抗的改進(jìn)下垂控制[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2013,41(16):7-13.
BAO Wei,HU Xuehao,LI Guanghui,et al .An improved droop control strategy based on virtual impedance in islanded micro-grid[J],Power System Protection and Control,2013,41(16):7-13.
[8]張慶海,彭楚武,陳燕東,等.并聯(lián)逆變器輸出阻抗分析及電壓控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報,2014,29(6): 98-105.
ZHANG Qinghai,PENG Chuwu,CHEN Yandong,et al.A control strategy for parallel operation of multi-inverters in microgrid[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2014,29(6): 98-105.
[9]韓華,劉堯,孫堯,等.一種微電網(wǎng)無功均分的改進(jìn)控制策略[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2014,34(16):2634-2647.
HAN Hua,LIU Yao,SUN Yao,et al.An improved control strategy for reactive power sharing in microgrids[J].Proceedings of the CSEE,2014,34(16):2634-2647.
[10]孫孝峰,呂慶秋.低壓微電網(wǎng)逆變器頻率電壓協(xié)調(diào)控制[J].電工技術(shù)學(xué)報,2012,27(8): 77-84.
SUN Xiaofeng,Lü Qingqiu.Improved PV control of grid-connected inverter in low voltage micro-grid[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2012,27(8):77-84.
[11]姚瑋,陳敏,牟善科,等.基于改進(jìn)下垂法的微電網(wǎng)逆變器并聯(lián)控制技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動化,2009,33 (6): 77 -80,94.
YAO Wei,CHEN Min,MU Shanke,et al.Paralleling control technique of microgrid inverters based on improved droop method [J].Automation of Electric Power Systems,2009,33(6):77 -80,94.
[12]鄭永偉,陳民鈾,李闖,等.自適應(yīng)調(diào)節(jié)下垂系數(shù)的微電網(wǎng)控制策略[J].電力系統(tǒng)自動化2013,37(7): 6-11.
ZHENG Yongwei,CHEN Mingyou,LI Chuang ,et al.A microgrid control strategy based on adaptive drooping coefficient adjustment[J].Automation of Electric Power Systems.2013,37(7): 6-11.
[13]LOPES J A P,MOREIRA C L,MADUREIRA A G.Defining control strategies for microgrids islanded operation[J].IEEE Trans on Power Systems,2006,21(2):916-924.
[14]LAAKSONEN H,SAARIP,KOMULAINEN R.Voltage and frequency control of inverter based weak LV network micro-grid[C]//International Conference on Future Power Systems,Amsterdam,Netherlands,2005.
[15]張明銳,杜志超,黎娜,等.高壓微網(wǎng)孤島運(yùn)行時頻率穩(wěn)定控制策略研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2012,32(25): 20-26.
ZHANG Mingrui,DU Zhichao,LI Na,et al.Control strategies of frequency stability for islanding high-voltage microgrid[J].Proceedings of the CSEE,2012,32(25):20-26.
[16]艾 欣,金 鵬,孫英云.一種改進(jìn)的微電網(wǎng)無功控制策略[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2013,41(7):147-154.
AI Xin,JIN Peng,SUN Yingyun.An enhanced reactive sharing control strategy of micro-grid[J].Power System Protection and Control,2013,41(7):147-154.
[17]J M Guerrero,L Garciade Vicuna,J Matas,et al.Output impedance design of parallel-connected UPS inverters with wireless load-sharing control[J].IEEE Transactions on Industrial Electron,2005,52(4): 1126- 1135.
[18]W Yao,M Chen,J Matas,et al.Design and analysis of the droop control method for parallel inverters considering the impact of the complex impedance on the power sharing[J].IEEE Transactions Industrial Electron,2010,58(99):576-588.
[19]袁建華,高厚磊,高峰,等.交直流型微電網(wǎng)中光伏逆度器控制策略[J].電網(wǎng)技術(shù),2012,36(8):19-23.
YUAN Jianhua,GAO Houlei,GAO Feng,et al.An adaptiue control strategy for parallel inverters of hybrid DC/AC PV micro-grid[J].Power System Technology,2012,36(8):19-23.
(編輯:張楠)
Research of non-steady state error control strategy of bus voltage and frequency in micro-grid system
LI Yong-dong1,2,XIE Yong-liu1,CHENG Zhi-jiang1,DONG Bo2,QIU Lin2,FAN Xiao-chao1
(1.College of Electrical Engineering,Xinjiang University,Urumqi 830008, China;2.Department of Electrical Engineering and Application of Electronic Technology,Tsinghua University,Beijing 100084,China)
Abstract:When the micro-grid system is running in islanding mode,it’s disconnected from external power because of the grid failure.In this case,the AC bus voltage and frequency of micro-grid system need to use droop control due to the loss of support from the grid.As the steady state error problems of voltage and frequency problems exist in the traditional droop control,the influence of the control parameters of the micro-grid system inverter output impedance was analyzed,and the method of the system's output impedance for inductive was studied.Based on the above studies,a control method to eliminate voltage and frequency steady state error problem without communication line was put forward,and the impact on system stability by droop factor was analyzed.Finally,simulations and experiments control method was validated.The simulation results show drooping curve translational approach reduces the static error,active-frequency and reactive-voltage sag vertical curve shift,significant fluctuations do not occur,and in accordance with the proportion set droop coefficient reasonable allocation;sudden load increases from 680 W to 1 050 W,and then suddenly reduced from 1 050 W to 680 W,and two inverter output current quickly meets the load requirements of mutation,and mutation on load bus voltageis is smaller.The results show the correctness and feasibility of the control method,and provide theoretical and experimental guidance for stable operation of microgrids.
Keywords:micro-grid system; droop control; parallel operating; power quality; output impedance
收稿日期:2015-04-20
基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(51567022);新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題科技支疆項(xiàng)目(2015KL020);新疆研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(XJGRI2014028)
作者簡介:李永東(1962—),男,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動;
通信作者:謝永流
DOI:10.15938/j.emc.2016.07.007
中圖分類號:TM 614
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號:1007-449X(2016)07-0049-09
謝永流(1987—),男,碩士研究生,研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)系統(tǒng)控制技術(shù);
程志江(1977—),男,副教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)及控制技術(shù);
董博(1983—),男,博士研究生,研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)及儲能控制技術(shù);
邱麟(1989—),男,博士研究生,研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)與矢量控制;
樊小朝(1979—),男,講師,博士研究生,研究方向?yàn)樾履茉床⒕W(wǎng)控制技術(shù)。