交流微網(wǎng)中電壓控制模式下逆變器的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)今，可再生能源發(fā)電的大力發(fā)展促使微網(wǎng)技術(shù)成為了研究熱點(diǎn)。微網(wǎng)(Microgrid)可以將各種類型分布式發(fā)電(DG)單元以及儲(chǔ)能元件有機(jī)集成為一個(gè)系統(tǒng)，為用戶提供穩(wěn)定、可靠、優(yōu)質(zhì)的電能。DG單元一般通過(guò)接口逆變器與微網(wǎng)相連。根據(jù)控制模式不同，接口逆變器可分為電流模式控制逆變器(current-mode-controlled inverters，CMCIs)和電壓模式控制逆變器(voltage-mode-controlled invert

2、ers，VMCIs)，因后者能夠在公共電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)為微網(wǎng)負(fù)載提供直接的電壓支撐成為微網(wǎng)中不可或缺組成部分。本文對(duì)微網(wǎng)中應(yīng)用于VMCIs的幾項(xiàng)關(guān)鍵控制技術(shù)進(jìn)行了深入研究，其中包括低壓阻性網(wǎng)絡(luò)中VMCIs的虛擬負(fù)電阻功率解耦策略、功率解耦后由并聯(lián)VMCIs構(gòu)成的微網(wǎng)小信號(hào)穩(wěn)定性分析、VMCIs在分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)中的運(yùn)行與控制研究以及VMCIs在微網(wǎng)電能質(zhì)量控制方面應(yīng)用等。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了虛擬負(fù)電阻（virtual n

3、egative resistor，VNR）策略在低壓微網(wǎng)中功率解耦方面的應(yīng)用。推導(dǎo)了有功/頻率（P/w）和無(wú)功/電壓（Q/E）下垂控制下VMCI的輸出功率耦合模型，闡述了低壓微網(wǎng)中由阻性網(wǎng)絡(luò)引起的功率耦合問(wèn)題，并在αβ坐標(biāo)下通過(guò)阻抗分析的方法指出了基本虛擬負(fù)電阻策略對(duì)功率解耦的作用。通過(guò)對(duì)VMCI系統(tǒng)導(dǎo)納的極點(diǎn)分布進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用的虛擬電阻數(shù)值比實(shí)際線路電阻大時(shí)，基本VNR方法極易引起VMCI并網(wǎng)電流低頻分量的不穩(wěn)定。同時(shí)得出一個(gè)

4、有趣的結(jié)論:并網(wǎng)工作模式下，當(dāng)VMCI的電壓外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，且采用的基本虛擬負(fù)電阻數(shù)值等于線路電阻時(shí)，VMCI并網(wǎng)電流中的直流分量將呈現(xiàn)臨界穩(wěn)定狀態(tài)。為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，文中提出了在αβ坐標(biāo)下采用基于比例諧振控制器的改進(jìn)VNR方法。通過(guò)合理設(shè)計(jì)比例和諧振參數(shù)，改進(jìn)VNR策略既可以實(shí)現(xiàn)功率解耦，又能夠大大降低系統(tǒng)低頻不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。文中還對(duì)隔離變壓器對(duì)VNR策略的影響進(jìn)行了分析。⑵在功率解耦的前提下，提出一種基于P/ω或Q/E“導(dǎo)納”的

5、VMCIs并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究方法。將每臺(tái)并網(wǎng)VMCI的功率控制模型等效為一個(gè)“開(kāi)路電壓”和一個(gè)“導(dǎo)納”倒數(shù)串聯(lián)的二端網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)基爾霍夫電流定律進(jìn)一步得到整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)的功率模型。理論分析得出系統(tǒng)穩(wěn)定性判定依據(jù):并網(wǎng)模式下功率系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是系統(tǒng)中每一個(gè)“導(dǎo)納”的所有極點(diǎn)都具有負(fù)實(shí)部，而孤網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是系統(tǒng)中所有“導(dǎo)納”和倒數(shù)的全部極點(diǎn)都具有負(fù)實(shí)部。根據(jù)該方法，文中還得出了兩個(gè)適用于孤網(wǎng)并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的實(shí)用性結(jié)論。⑶討論了低

6、壓微網(wǎng)中一種基于在線交互式UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)(DESS)的運(yùn)行與控制策略，并著重對(duì)DESS中VMCI的功率控制器和直流側(cè)電壓控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。將低壓微網(wǎng)中VMCI的系統(tǒng)阻抗看作（或設(shè)計(jì)為）主要呈阻性，相應(yīng)地，采用無(wú)功/頻率(Q/ω)和有功/電壓(P/E)下垂控制。為了對(duì)VMCI的功率和直流側(cè)電壓控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別基于平均功率和瞬時(shí)功率定義建立了VMCI控制系統(tǒng)模型。設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)比表明，基于瞬時(shí)功率定義的功率模型對(duì)功率控制和直

7、流側(cè)電壓控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性描述更為準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)部分搭建了一個(gè)由兩臺(tái)DESSs組成的微網(wǎng)平臺(tái)，驗(yàn)證了瞬時(shí)功率定義功率模型的準(zhǔn)確性，并實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)在并網(wǎng)和孤網(wǎng)模式間的無(wú)縫切換。⑷研究了暫態(tài)虛擬電阻在VMCIs混合電壓電流(hybrid voltage and current，HVC)控制方法中的應(yīng)用。HVC控制方法可以有效地?cái)U(kuò)展VMCIs在微網(wǎng)電能質(zhì)量方面的應(yīng)用，文中介紹了HVC控制方法的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法，并在dq坐標(biāo)系下推導(dǎo)了HVC控制下并