微網(wǎng)逆變器系統(tǒng)建模及無(wú)功分配研究.pdf

1、在交流微網(wǎng)中，微網(wǎng)逆變器作為分布式電源與微網(wǎng)的接口，需具有支撐微網(wǎng)電壓幅值和頻率、分配負(fù)載功率、平穩(wěn)功率波動(dòng)等重要功能。作為確保微網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，關(guān)于微網(wǎng)逆變器的相關(guān)問(wèn)題研究越發(fā)顯得重要。本文以“微網(wǎng)逆變器系統(tǒng)建模及無(wú)功分配研究”為題，針對(duì)不同電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了小信號(hào)建模與分析，探討了微網(wǎng)逆變器無(wú)功分配策略，就傳輸阻抗的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及虛擬電抗的實(shí)現(xiàn)展開了研究。主要研究及創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　(1)對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)建模時(shí)，應(yīng)體現(xiàn)

2、各微網(wǎng)逆變器之間的交互作用以及電力網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性。如果將微網(wǎng)逆變器看作理想受控電壓源或者忽略電力網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性，將導(dǎo)致微網(wǎng)系統(tǒng)模型與實(shí)際微網(wǎng)系統(tǒng)之間存在誤差。本文首先對(duì)一種由基本的串聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)組成的混合結(jié)構(gòu)微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行小信號(hào)建模，其具體步驟為，在對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)的三個(gè)子模塊（即微網(wǎng)逆變器子模塊、電力網(wǎng)絡(luò)子模塊和負(fù)載子模塊）分別建模后，利用坐標(biāo)變換將三個(gè)子模塊的模型統(tǒng)一到公共參考坐標(biāo)系，從而構(gòu)建出混合結(jié)構(gòu)微網(wǎng)系統(tǒng)小信號(hào)模型;接著在混合結(jié)構(gòu)

3、微網(wǎng)系統(tǒng)小信號(hào)模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出目前研究較為普遍的并聯(lián)結(jié)構(gòu)微網(wǎng)系統(tǒng)小信號(hào)模型，其中包括阻感性負(fù)載和阻性負(fù)載兩種情況;利用特征值靈敏度和參與因子分析法對(duì)帶阻性負(fù)載的并聯(lián)結(jié)構(gòu)微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，為系統(tǒng)電氣元件以及控制器參數(shù)的選擇提供了可靠的理論依據(jù)，從而指導(dǎo)微網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究;通過(guò)時(shí)域仿真，驗(yàn)證了并聯(lián)結(jié)構(gòu)微網(wǎng)系統(tǒng)小信號(hào)建模及分析的正確性。
　　(2)在探討現(xiàn)有典型無(wú)功分配策略過(guò)程中，重點(diǎn)針對(duì)輸出阻抗法和虛擬阻抗法，在綜合考慮微網(wǎng)逆

4、變器輸出阻抗、線路阻抗和虛擬阻抗的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一就這兩種無(wú)功分配策略的PQ解耦機(jī)理進(jìn)行了分析與證明，明確了下垂控制器額定電壓的設(shè)定原則;利用單位傳輸阻抗和相對(duì)功率分配偏差的概念研究了下垂控制在工程實(shí)現(xiàn)中需要注意的問(wèn)題;由于負(fù)載效應(yīng)和Q-E下垂會(huì)導(dǎo)致PCC電壓幅值降落嚴(yán)重，影響微網(wǎng)供電質(zhì)量，故針對(duì)低壓微網(wǎng)，對(duì)傳統(tǒng)Q-E下垂無(wú)功分配策略進(jìn)行了改進(jìn)，該改進(jìn)型無(wú)功分配策略先在DG單元輸出端引入虛擬電抗，令傳輸阻抗為感性，以解除有功和無(wú)功二者之間的

5、耦合（僅為了解耦而不需要解決傳輸阻抗失配問(wèn)題，可大大減小引入的虛擬電抗），從而達(dá)到應(yīng)用下垂控制的前提條件，再將微網(wǎng)額定電壓幅值與PCC電壓幅值的差值乘以比例系數(shù)后引入到傳統(tǒng)Q-E下垂控制中，該改進(jìn)型無(wú)功分配策略既能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確分配無(wú)功功率，又能有效減小因負(fù)載效應(yīng)和Q-E下垂而導(dǎo)致的PCC電壓幅值降落。圍繞該改進(jìn)型無(wú)功分配策略展開的研究包括:先給出并分析了該改進(jìn)型無(wú)功分配策略的控制結(jié)構(gòu)，量化分析了用接入開關(guān)網(wǎng)側(cè)電壓幅值替代PCC電壓幅值以實(shí)現(xiàn)

6、該改進(jìn)型無(wú)功分配策略的前提條件;其次利用相對(duì)功率分配偏差的概念，對(duì)該改進(jìn)型無(wú)功分配策略中全局設(shè)定值誤差造成的功率均分偏差進(jìn)行了分析;接著對(duì)該改進(jìn)型無(wú)功分配策略進(jìn)行了小信號(hào)穩(wěn)定性分析;最后就傳統(tǒng)無(wú)功分配策略與改進(jìn)型無(wú)功分配策略進(jìn)行了仿真對(duì)比。
　　(3)由于傳輸阻抗對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和暫態(tài)性能的影響較大，故針對(duì)傳輸阻抗的優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。本文以一種表達(dá)形式簡(jiǎn)潔的微網(wǎng)小信號(hào)模型為基礎(chǔ)，在考慮DG單元功率傳輸能力、PQ解耦、并網(wǎng)模式

7、和孤島模式下微網(wǎng)的穩(wěn)定性和小干擾暫態(tài)性能，給出了一種傳輸阻抗優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，為實(shí)際中傳輸阻抗的選擇，特別是虛擬阻抗的選擇，提供了有力的依據(jù);針對(duì)求導(dǎo)法和坐標(biāo)變換法在非線性負(fù)載條件下會(huì)造成微網(wǎng)逆變器輸出電壓畸變的問(wèn)題，提出了一種基于二階通用積分器(Second Order Generalized Integrator，SOGI)的三相虛擬電抗實(shí)現(xiàn)方法。圍繞基于SOGI的三相虛擬電抗實(shí)現(xiàn)方法展開的研究包括:在線性負(fù)載和非線性負(fù)載條件下，對(duì)求導(dǎo)

8、法、坐標(biāo)變換法及SOGI法實(shí)現(xiàn)的虛擬電抗的電壓進(jìn)行了仿真對(duì)比;針對(duì)求導(dǎo)法、坐標(biāo)變換法和SOGI法實(shí)現(xiàn)的三相虛擬電抗對(duì)微網(wǎng)逆變器輸出特性的影響進(jìn)行了對(duì)比研究;利用微網(wǎng)系統(tǒng)仿真平臺(tái)，對(duì)通過(guò)SOGI法引入虛擬電抗的虛擬阻抗法無(wú)功分配策略進(jìn)行了均流效果仿真，對(duì)通過(guò)求導(dǎo)法、坐標(biāo)變換法和SOGI法引入虛擬電抗時(shí)微網(wǎng)逆變器輸出電壓的畸變率進(jìn)行了仿真對(duì)比。
　　(4)為了驗(yàn)證微網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的正確性，在該平臺(tái)上做了傳統(tǒng)下垂控制實(shí)驗(yàn)，其中包括單