常由微电源 (光伏电源 、风力发电机及蓄电池等) 得最大的输出功率 。当主电网出现异常情况 (如
与电力电子逆变器组成 。与单纯的分布式发电 电压跌落 、孤岛运行等) 时 ,微电网能够主动断开
(Dist ributed Generatio n 简称 D G) 相比 ,微电网 能充分发挥微电源的各项优势 ,实现微电源的大 规模并网 , 同时向用户提供 U PS 等服务[2] 。因 此 ,微电网已经成为当前研究的热点[3 - 5 ] 。
(1. 合肥工业大学 电气与自动化工程学院 ,安徽 合肥 230009 ; 2. 安徽建筑工业学院 机械与电气工程学院 ,安徽 合肥 230061)
摘 要 :微电网技术能够解决分布式能源的大规模接入问题 ,需要解决的关键问题是如何实现多个分布式电 源的协调控制 ;文章采用下垂控制与倒下垂控制相结合的综合控制策略 ,使微电网在无通信线路情况下实现 并网和孤立运行 2 种模式的无缝切换 ,该控制方式提高了系统的稳定性和可靠性 ,实现了分布式电源的控制 , 最后通过 Matlab/ simulink 验证了低压微电网系统采用该控制策略的可行性 。 关键词 :电压源逆变器 ; 微电网 ; 分布式发电 ; 微电源 ; 倒下垂控制 中图分类号 : TM464 文献标识码 :A 文章编号 :100325060 (2009) 1121678205
图 2 下垂特性 (高压系统)
图 1 微电网系统结构图
微电网控制需要解决的问题在于 D G 的数目 较多 ,很难采用一个中心控制点通过通信线路对 整个系统作出快速反应并进行相应的综合控 制[2] ,尤其是并网和孤立运行 2 种状态如何实现 稳定可靠的转换是微电网控制的关键 。
本文首先 介 绍 几 种 微 电 网 基 本 运 行 控 制 策 略 ,然后针对转换过程分析了几种控制策略的优 点和不足 ,提出在微电网中采用下垂控制与倒下 垂相结合的综合控制策略 ,不仅能够使得微电网 可以大规模集成微电源 ,而且使微电网实现无缝 的状态切换 。通过 Matlab/ simulink 建立微电网 的模型 ,对所提控制策略进行了验证 ,仿真结果表 明 ,采用该综合控制策略的微电网系统即使在无 通信线路情况下 ,也能为用户提供高质量的电力 供应 ,并且状态转换过程稳定可靠 。
因为基于倒下垂控制策略的 V SI 能够实现 再并网时的无缝切换 ,而基于改进的下垂控制策 略的 V SI 能实现脱网的无缝切换 ,因此 ,若采用 基于倒下垂控制策略的 V SI 来提供电压和频率 支持 ,采用基于改进下垂控制策略的 V SI 作为主 电源 ,为微电网提供参考电压 ,则可以实现脱网时 的无缝切换 ,而且再并网时的无功功率震荡也由 于下垂控制逆变器的大幅减少而减弱 ,从而实现 近似的无缝切换 。
图 3 下垂控制结构图
(3) 倒下垂控制 。倒下垂控制模式下 , V SI 根据测量电网电压的幅值和频率分别控制输出有 功和无功功率 ,使其跟踪如图 2 的预定下垂特性 。 这种控制方式与下垂控制根据测量输出功率 ,调 节输出电压控制的方式是完全相反的 ,本质上是 PQ 控制 ,但具有下垂的特性 ,这种控制称为倒下 垂控制[8 ] 。
Study on the control strategies of voltage source inverter in micro2grid
J I Ming2wei1 ,2 , ZHAN G Xing1 , YAN G Shu2ying1
(1. School of Elect rical Engineering and Automation , Hefei Universit y of Technology , Hefei 230009 , China ; 2. School of Mechanical and Elect rical Engineering , Anhui Instit ute of Architect ure & Indust ry , Hefei 230061 , China)
2 微电网综合控制策略的比较和选择
微电网的运行包括并网运行和孤立运行 2 种 稳态 ,以及脱网和再并网运行 2 种瞬态 。瞬态过 程的稳定对系统状态可靠的切换有很大影响 ,所 以选择何种控制策略实现脱网和再并网运行 ,对 微电网是一个至关重要的问题 。
(1) 方案 1 。在并网状态时 ,所有 V SI 均采 用 PQ 控制策略 ,各 D G 依据 MS 的情况或其他 需要向电网注入一定的有功和无功功率 ,电网的 频率和电压由主电网确定 ,注入电网的功率不受 频率或者电压幅值变化的影响 。
3 低压微电网功率控制器设计
V SI 的输出功率可由下式得出 :
P = ( EV co sδ- V 2 ) co sθ+ EV sinδsinθ
Abstract :Micro2grid technology aims at solving t he p ro blems caused by large2scale parallel operatio n in t he grid of numero us dist ributed energy so urces ,and t he key is t he coordinated co nt rol . To solve t his p ro blem , a co nt rol st rategy is p ropo sed ,which integrates droop co nt rol and inver se droop co nt rol and can achieve seamless switching to/ f ro m co nnected and islanded modes bet ween t he micro2grid and t he main grid wit ho ut t he need of any co mmunicatio n facilit y. Wit h t his st rategy , t he co nt rol of t he dis2 t ributed energy so urces may be realized and t he stabilit y and reliabilit y of t he system be enhanced. The feasibilit y of t he co nt rol st rategy to t he low voltage micro2grid is verified by t he simulatio n based o n Matlab/ Simulink. Key words :voltage so urce inverter ; micro2grid ; dist ributed generatio n ; micro so urce ; inverse droop co nt rol
微电网的典型结构如图 1 所示 ,其运行包含
与主电网的连接 ,进入孤立运行状态 ,此时 ,应有 一个或多个分布式发电单元确定微电网的电压和 频率 。在主电网恢复正常后 ,微电网应完成与主 电网的同步并稳定地并入主电网实现并网运行 。 这时微电网中的 D G 不起控制作用 ,不参与公共
收稿日期 :2008210230 作者简介 :纪明伟 (1982 - ) ,男 ,安徽亳州人 ,合肥工业大学硕士生 ;
当微电网进入孤立运行状态时 ,将储能系统 或微电源 (直流测集成储能装置) 的 V SI 切换到 下垂控制模式 ,依据预定的下垂特性产生一定的 功率 ,补偿微电网并网时由主电网提供的功率 ,同 时支持微电网电压和频率 ,将电压质量控制在允 许的范围内[9 ] 。
该方案在并网运行和孤立运行时都能很好地 满足微电网的要求 ,但在由并网运行向孤立运行 过渡的脱网过程 ,需要孤岛检测以确定何时切换 控制策略 ,对孤岛检测的实时性和准确性要求较 高 。再并网运行时 ,由于频率同步需要调节过程 ,
0 引 言
并网与孤立运行 2 种状态 ,以及 2 种状态间的切 换 。并网运行时 ,微电网类似一个可控的负载或
微电网是从系统的角度将分布式发电单元与 者是电源 ,这种状态下微电网的主要功能是根据
负载组成单一的可控单元[1] 。分布式发电单元通 微电源 (Micro So urce ,简称 MS) 的情况使电网获
该方案脱网过程需要孤岛检测以确定何时切 换到正弦发生器信号 ,也没有给出再并网过程 ,而 且在该微电网中只能由一个主电源产生正弦信 号 ,不利于提高系统的可靠性 。
(3) 方案 3 。对下垂控制策略加以改进 ,即在 下垂控制中增加有功和无功功率的设定值 。在并 网运行时 ,下垂控制的 V SI 也能输出给定的有功 和无功功率 。这样在由并网向孤立运行切换的过 渡就不需要变换控制策略 ,从而无需孤岛检测 ,实 现脱网过程的无缝切换[11] 。但该策略也存在再 并网时的无功震荡过程 ,不利于系统的稳定 。
第 32 卷 第 11 期 2009 年 11 月
合肥工业大学学报 ( 自然科学版)
J OU RNAL O F H EFEI UN IV ERSIT Y O F TEC HNOLO GY
Vol. 32 No . 11 Nov. 2009
基于电压源逆变器的微电网控制策略
纪明伟1 ,2 , 张 兴1 , 杨淑英1
张 兴 (1963 - ) ,男 ,上海市人 ,博士 ,合肥工业大学教授 ,博士生导师.
第 11 期
纪明伟 ,等 :基于电压源逆变器的微电网控制策略
Hale Waihona Puke 1679点电压和频率的调节 ,电网的电压和频率由主电 网确定 。
原理如图 3 所示 。下垂控制器由频率下垂控制器 和电压下垂控制器组成 ,这种控制方式下 D G 近 似为一个电压源 。
1 微电网中逆变器基本控制策略
为了完成微电网的基本运行 ,逆变器的控制 器应能仅依靠测量本地信息来控制储能系统和微 电源的输出功率 。其中储能系统或微电源 (直流 侧集成储能装置) 的逆变器应能按预定特性自动 响应负载或者网络结构的变化 。可以采用的控制 策略有 PQ 控制 、下垂控制和倒下垂控制 。