孤岛微网中并联逆变器带不平衡负载控制策略研究

发布时间：2020-03-29 17:10

【摘要】：在孤岛微网中,并联接入的新能源发电单元受到复杂工况的影响,往往不能按照理想运行条件进行能量输出,严重时将引发系统故障。孤岛微网中并联逆变器带不平衡负载时的电压不平衡问题及功率均分问题是系统安全稳定运行的关键。本文以孤岛微网中并联逆变器带不平衡负载时的负序电压和功率环流抑制为研究目标,系统分析了孤岛微网中并联逆变器的功率环流和负序电压的产生机理,并提出一些极具实用性的控制方法。主要研究内容如下:首先建立单台离网运行逆变器两相旋转坐标系下的数学模型,根据极点配置法得出电压电流控制环参数设计具体方法。之后利用动态向量法建立逆变器下垂控制环数学模型,采用根轨迹法对逆变器稳定性和瞬态响应特性进行分析,最终给出下垂控制环参数整定具体方法。接着针对并联逆变器的功率均分控制展开讨论。首先分析并联逆变器带平衡负载时功率环流产生机理,之后提出结合改进下垂控制及自适应虚拟阻抗的复合控制策略实现功率均分。具体通过在下垂控制无功功率环中增加公共母线电压反馈,解决由于线路阻抗差异导致的并联逆变器电压差,实现逆变器间的功率环流抑制。进一步通过自适应虚拟感抗方法,实现输出有功功率及无功功率的解耦,并进一步减小并联逆变器输出电压幅值差,从而提高无功功率的均分程度。之后对并联逆变器带不平衡负载控制策略进行研究。首先分析并联逆变器带不平衡负载时的电压和功率输出特性,得出不平衡电压和功率环流产生的原因,之后提出两种改进控制策略实现负序电压及负序功率环流的抑制。两相旋转坐标系下的正负序电压分序控制策略,首先通过二阶广义积分器(second order generalized integrator,SOGI)对输出电压进行正负序分离,然后通过正序电压控制环实现给定电压的跟踪,正序电压指令值由前面提出并联逆变器带平衡负载时的复合控制策略得到;负序电压指令等于0,通过负序电压控制环实现负序电压的抑制,最终实现输出电压三相平衡及负序功率均分。比例积分谐振控制策略,在传统逆变器控制回路上引入谐振控制器,电压指令值由前面提出并联逆变器带平衡负载时的复合控制策略得到,无须进行正负序分离,实现负序电压及负序环流的抑制。在仿真和实验平台上分别对两种控制策略进行验证。
【图文】：

框图,双环控制,逆变器控制,框图

12并联逆变器的输出电压幅值，gU 为交流母线的电压幅值，0U 为空载时刻逆变器的输出电压。改进后的无功下垂曲线如图 3.2 中的虚线部分所示，'0U 和'0U 为交流母线电压反馈值后逆变器的空载电压。传统下垂控制时逆变器的输出功率为1Q 和2Q ，改进后的逆变器输出功率为3Q 和4Q 。从图中可以看出，改进后的下垂控制策略能够调整逆变器的空载电压，以此平衡不同线路阻抗时无功功率平衡。3.3自适应虚拟阻抗控制改进下垂控制从理论上可以实现无功功率的平衡控制，但是实际环境下线路阻抗通常不是纯感性，此时系统的输出有功和无功之间存在耦合，电压的调整也会影响到有功功率的输出。虚拟阻抗控制技术通常用于改善逆变器的输出阻抗，同时实现输出功率的解耦。双环控制结构的逆变器中，电压环与电流环分别用PI-P 进行给定输入的跟踪，其控制结构如图3.1所示。pk 和ik 分别表示电压控制器系数，ek 为电流控制器系数，逆变器的放大系数表示为pwmk ， ( )VZ s 表示本文虚拟阻抗的大小。1loadZ( )vL s

框图,虚拟阻抗,框图,等效输出阻抗

1e pwm u ref ooe pwm uk k G u LsiUk k G （3.5）可知，，逆变器加入虚拟阻抗前，其等效输出阻抗( )1oute pwm uLsZ sk k G 环 PI 控制器的传递函数为： /u p iG k k s大小为 ( )VZ s 的虚拟阻抗后，逆变器的等效输出阻抗为*( )( ) ( ) ( ( )outp i e pwmV oute pwm p ik s k k kZ s Z s Z ss k k k s k ( )s Ls，则式（3.7）可以表示为:*( )outZ s Ls。式可得，虚拟阻抗的引入将输出阻抗变为纯感性，使 2制表达式的前提条件被满足。文献[18]通过引入虚拟阻解耦控制，是有功功率和无功功率相互独立。虚拟阻。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464

【参考文献】