摘 要:微電網(wǎng)存在并網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行模式。當(dāng)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí),由于微電網(wǎng)中起支撐作用的電壓源型逆變器(VSI)按照下垂特性工作,微電網(wǎng)電壓會(huì)與大電網(wǎng)電壓產(chǎn)生偏離,重并網(wǎng)過(guò)程中兩者間的同步問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)運(yùn)行模式無(wú)縫切換的關(guān)鍵。本文借鑒三相軟件鎖相環(huán)(SPLL)的思想,提出一種基于下垂控制的微電網(wǎng)并網(wǎng)預(yù)同步控制策略,通過(guò)此控制策略實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電壓與大電網(wǎng)電壓的同步,從而避免了并網(wǎng)過(guò)程的沖擊電流,最終實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)由孤島模式到并網(wǎng)模式的無(wú)縫切換。論文最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制策略的有效性。
關(guān)鍵詞 微電網(wǎng),下垂控制,無(wú)縫切換,預(yù)同步控制
1.引言
微電網(wǎng)是由負(fù)載和多個(gè)單體微電源組成的供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),三相逆變器是其中主要的接口單元,基于下垂(droop)控制策略的微電網(wǎng)逆變器,輸出呈現(xiàn)電壓源的特性,能夠?yàn)楣聧u運(yùn)行模式下的微電網(wǎng)提供電壓和頻率支撐,且易于實(shí)現(xiàn)微電源和負(fù)荷的即插即用以及微電網(wǎng)運(yùn)行模式的無(wú)縫切換,因此在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛的研究和應(yīng)用[1]。
微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí),由于下垂控制作用,其電壓會(huì)與大電網(wǎng)電壓產(chǎn)生偏離,直接重合閘并網(wǎng)可能引起巨大的沖擊電流,造成設(shè)備損壞,所以微電網(wǎng)并網(wǎng)前,必須考慮采取一定的預(yù)同步控制措施,保證微電網(wǎng)電壓與大電網(wǎng)電壓的同步[2]。文獻(xiàn)[3]建立了微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換時(shí)刻的數(shù)學(xué)模型,分析得出并網(wǎng)時(shí)刻微電網(wǎng)和大電網(wǎng)兩者電壓的相位差是導(dǎo)致并網(wǎng)電流沖擊的主要原因。文獻(xiàn)[4]提出一種基于兩相靜止坐標(biāo)系的并網(wǎng)預(yù)同步控制方法,但不能直接適用于基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的微電網(wǎng)下垂控制策略。
本文立足于d-q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系,提出了一種基于下垂控制的微電網(wǎng)并網(wǎng)預(yù)同步控制策略。通過(guò)此控制策略實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電壓對(duì)大電網(wǎng)電壓的相位追蹤與同步,保證了微電網(wǎng)由孤島運(yùn)行模式到并網(wǎng)運(yùn)行模式的無(wú)縫切換。本文在分析下垂控制策略原理的基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了并網(wǎng)預(yù)同步控制的實(shí)現(xiàn)方法,理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此種預(yù)同步控制策略能與下垂控制中基于d-q 坐標(biāo)系的瞬時(shí)功率理論良好的結(jié)合,并且具有良好的快速性和穩(wěn)定性。
2.下垂控制策略原理分析
圖1 為微電網(wǎng)中2 臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行的簡(jiǎn)化原理圖。設(shè)逆變器1 的輸出阻抗Zo1∠φo1 與連線阻抗Zc1∠φc1 之和為Z1∠φZ1,逆變器2 的輸出阻抗Zo2∠φo2與連線阻抗Zc2∠φc2 之和為Z2∠φZ2。每臺(tái)逆變器的輸出電壓為Vn∠φn,輸出電流為Ion(n=1,2)。微電網(wǎng)母線電壓為V∠0。IH 為兩臺(tái)逆變器之間的環(huán)流[5]。
本文提出的基于下垂控制的微電網(wǎng)并網(wǎng)預(yù)同步控制策略結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
在上述電網(wǎng)電壓鎖相的基礎(chǔ)上,微電網(wǎng)電壓對(duì)電網(wǎng)電壓的同步追蹤過(guò)程如圖4 所示。圖中θg 和ωg 為大電網(wǎng)電壓的相位和角頻率,θ 和ω 為微電網(wǎng)母線電壓的相位和角頻率,Δθ 為兩者之間的相位差,d-q 坐標(biāo)系以電網(wǎng)電壓角頻率ωg 旋轉(zhuǎn)。同步追蹤過(guò)程就是通過(guò)調(diào)整微電網(wǎng)母線電壓的角頻率,使微電網(wǎng)母線電壓和大電網(wǎng)電壓之間的相位差Δθ 不斷趨向于零。當(dāng)兩者完全實(shí)現(xiàn)同步時(shí),應(yīng)該有Δθ 等于零,此時(shí)微電網(wǎng)母線電壓在q 軸分量上的投影為零,因此可以通過(guò)控制νq=0來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者的同步。
4.仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
為驗(yàn)證上文所提并網(wǎng)預(yù)同步控制策略的有效性,用MATLAB/Simulink 搭建了微電網(wǎng)仿真模型,模型結(jié)構(gòu)如圖2 所示。圖5 為仿真結(jié)果。圖5(a) 為預(yù)同步過(guò)程中微電網(wǎng)電壓和大電網(wǎng)電壓的波形圖,可以看出兩者之間的相位差不斷減小,并最終實(shí)現(xiàn)同步。圖5(b)為并網(wǎng)前后,并網(wǎng)開(kāi)關(guān)處的電流波形,可以看出,在并網(wǎng)預(yù)同步控制的作用下,合閘時(shí)刻不存在沖擊電流。
5.結(jié)論
為避免微電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí),由于微電網(wǎng)電壓和大電網(wǎng)電壓的不同步導(dǎo)致的并網(wǎng)電流沖擊,本文提出的一種基于下垂控制的微電網(wǎng)并網(wǎng)預(yù)同步控制策略,通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的同步補(bǔ)償角頻率,實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電壓與大網(wǎng)電壓的相位同步,保證了微電網(wǎng)由孤島模式到并網(wǎng)模式的無(wú)縫切換,提高了微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。最后,通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制策略的可行性。
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作者簡(jiǎn)介:
張中鋒(1988-),男,山東臨沂人,碩士,研究方向
為功率電子變換技術(shù)。