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。微網(wǎng)(Microgrid)可以將各種類型分布式發(fā)電(DG)單元以及儲能元件有機集成為一個系統(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)故障時為微網(wǎng)負載提供直接的電壓支撐成為微網(wǎng)中不可或缺組成部分。本文對微網(wǎng)中應(yīng)用于VMCIs的幾項關(guān)鍵控制技術(shù)進行了深入研究，其中包括低壓阻性網(wǎng)絡(luò)中VMCIs的虛擬負電阻功率解耦策略、功率解耦后由并聯(lián)VMCIs構(gòu)成的微網(wǎng)小信號穩(wěn)定性分析、VMCIs在分布式儲能系統(tǒng)中的運行與控制研究以及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)引起的功率耦合問題，并在αβ坐標(biāo)下通過阻抗分析的方法指出了基本虛擬負電阻策略對功率解耦的作用。通過對VMCI系統(tǒng)導(dǎo)納的極點分布進行分析后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用的虛擬電阻數(shù)值比實際線路電阻大時，基本VNR方法極易引起VMCI并網(wǎng)電流低頻分量的不穩(wěn)定。同時得出一個

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電阻數(shù)值等于線路電阻時，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VNR方法。通過合理設(shè)計比例和諧振參數(shù)，改進VNR策略既可以實現(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。文中還對隔離變壓器對VNR策略的影響進行了分析。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。將每臺并網(wǎng)VMCI的功率控制模型等效為一個“開路電壓”和一個“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一步得到整個并聯(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“導(dǎo)納”的所有極點都具有負實部，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)的全部極點都具有負實部。根據(jù)該方法，文中還得出了兩個適用于孤網(wǎng)并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計的實用性結(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)的分布式儲能系統(tǒng)(DESS)的運行與控制策略，并著重對DESS中VMCI的功率控制器和直流側(cè)電壓控制器進行了設(shè)計。將低壓微網(wǎng)中VMCI的系統(tǒng)阻抗看作（或設(shè)計為）主要呈阻性，相應(yīng)地，采用無功/頻率(Q/ω)和有功/電壓(P/E)下垂控制。為了對VMCI的功率和直流側(cè)電壓控制器進行設(shè)計，分別基于平均功率和瞬時功率定義建立了VMCI控制系統(tǒng)模型。設(shè)計結(jié)果對比表明，基于瞬時功率定義的功率模型對功率控制和直

7、流側(cè)電壓控制系統(tǒng)的動態(tài)特性描述更為準(zhǔn)確。實驗部分搭建了一個由兩臺DESSs組成的微網(wǎng)平臺，驗證了瞬時功率定義功率模型的準(zhǔn)確性，并實現(xiàn)了微網(wǎng)在并網(wǎng)和孤網(wǎng)模式間的無縫切換。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擴展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現(xiàn)方法，并在dq坐標(biāo)系下推導(dǎo)了HVC控制下并