多功能逆变器协同优化控制方法研究

发布时间：2020-05-15 23:54

【摘要】：由于电力需求的日益增长、工业的快速发展及其带来的环境污染问题,可再生能源分布式发电系统得到了广泛的研究和应用。微电网作为一种分布式发电系统,通过电力电子转换接口,将多种可再生能源、储能装置、本地负荷、控制单元与传统电力系统集成,在近年来得到了广泛的研究。但是,由于各分布式电源(Distributed Generation,DG)与公共连接点(Point of Common Coupling,PCC)间的馈线阻抗不同,各分布式电源提供的有功功率和谐波补偿无法合理分配,给整个微电网的稳定运行带来了不利影响。因此,研究有功功率、谐波补偿的合理分配,对提升微电网稳定性具有十分重要的意义。为了克服传统电能质量治理方式引起的系统体积大、维护成本高的缺点,考虑到多功能逆变器除了能够实现稳定电压输出、有功功率输出与均衡的基本功能之外,更兼具谐波补偿和无功补偿功能,因此,本文使用多功能逆变器作为新能源接入微电网的电力电子接口,以多功能逆变器的协同优化控制为对象,做出深入的研究和分析。首先,为保证微电网电能质量,使协同优化控制方法更具实际意义,本文结合实际应用场景,设计具有多个并联多功能逆变器的微电网拓扑,并且在各多功能逆变器本地实现谐波补偿,使PCC处的电压、电流THD符合电网电能质量的要求。其次,针对传统有功功率、谐波补偿二次分配中系统过度依赖集中控制器的问题,本文基于多智能体及其一致性算法理论,设计了一种基于通信的微电网分层控制结构,提高了整个系统的容错性和可扩展性。然后,为了解决线路阻抗引起的微电网各DG单元输出有功功率分配不合理的问题,本文在多智能体及其一致性算法理论和下垂控制的基础上,提出一种有功功率协同优化控制方法,实现有功功率在各DG之间的合理分配。并且,针对下垂控制在功率变化时引起的输出电压偏差问题,在控制策略中嵌入一种电压幅值/频率偏差补偿控制,使逆变器输出电压幅值/频率在短时间内恢复到给定值。最后,针对线路阻抗引起的微电网各DG单元谐波补偿分配不合理的问题,本文在分析多功能逆变器的输出阻抗频域特性的基础上,提出一种谐波补偿协同优化控制方法,通过一致性算法理论重塑多功能逆变器输出阻抗,实现谐波补偿电流在微电网中各DG单元之间的合理分摊。
【图文】：

有功功率分配,协同优化,逆变器,有功功率

额定容量2 2P 4000W , Q 2000Var3 3P 4000W , Q 2000VarLCL滤波器2 22 20.2 , 1.8 31.8 3 , 27 6f fg fR L e HL e H C e F 3 33 30.2 , 1.8 31.8 3 , 27 6f fg fR L e HL e H C e F 下垂参数* *2 22 22 * 50, 230 * 22 4, 1 3p qpi Ek e k e * *3 33 32 * 50, 230 * 22 4, 1 3p qpi Ek e k e 双环控制2 22 25.65, 0.0160.04, 8 3pc icpv ivK KK K e 3 33 35.65, 0.0160.04, 8 3pc icpv ivK KK K e 由于可再生能源分布式电源的有功功率不可控，因此，有功功率的协同优化控制只应用于图 2-11 中的逆变器 2、3 上。如图 2-12 为无有功功率协同优化控制时逆变器 2、3 有功功率分配图，虚线表示 DG2 输出有功功率，实线表示 DG3 输出有功功率，从图中可以看书，由于馈线阻抗不同的影响，逆变器 2、3 输出的有功功率呈现较大不同，，其中逆变器 2 输出有功功率稳定在 2600W 左右，逆变器 3 输出有功功率稳定在 2000W 左右。

无谐波,协同优化,逆变器,5次谐波

0-100-200-300-400100200300400谐波补偿前电压[V]1.2 1.21 1.22 1.23 1.24 1.25时间[s]THD[%]0.100.20.30.40.50.60.70.80.90 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20谐波阶次基波（50HZ）=307.7V，THD=1.95%(b)图 2-20 谐波补偿前后逆变器 4 PCC 处电压及傅里叶分析(a) 谐波补偿前电压及傅里叶分析；(b) 谐波补偿后电压及傅里叶分析如图 2-19~2-20 所示，经过 t=0.5s~t=1s 的谐波补偿，多功能逆变器 4 PCC 处电流 THD 由 7.18%降至 1.62%，电压 THD 由 2.63%降至 1.95%。如图 2-21，与有功功率相似，由于馈线阻抗的影响，各逆变器谐波补偿电流幅值也呈现较大不同。因此，为提升微电网的安全性和稳定性，我们需要设计一种协同控制方法，令各多功能逆变器的输出有功功率和谐波补偿电流得到合理的分配。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TM464

【参考文献】