基于独立微电网的下垂控制逆变器的同步和能源共享
基于独立微电网的下垂控制逆变器的同步和能源共享
摘要
最近在对智能电网技术不断增长的兴趣的推动下，我们研究无损微网中的DC/ AC逆变器的操作。我们证明了网络的负载和DC / AC逆变器配备电源频率差调速率控制器可以转换为一个Kuramoto模型相耦合振荡器。这种新颖的描述，连同从耦合振子的理论的结果，允许我们行为特性的逆变器和负载的网络。具体来说，我们提供必要的和足够的条件为苏的同步解法是独一无二的，存在局部指数稳定。我们提出了一个控制器获得一个理想的交流电源逆变器之间的选择，并指定一组的负载，可以在不违反给定的驱动约束。此外，我们提出了一种分布式的积分控制器，基于平均算法，动态地调节系统频率的存在下随时间变化的负载。值得注意的是，这种分布式的平均积分控制器，它保留了电源的主要下垂控制器的共享属性的附加属性。我们的研究结果认为不相同线路的特性或电压幅值的假设。
关键词：逆变器，电源系统控制，智能电源应用，同步，耦合振子，Kuramoto 模型，分布式控制。
1引言
微电网是一个低电压的电气网络，分布式发电，存储，负载不均匀组成的，并从较大的主网络自主管理。微电网能连接到广域电力系统（WAEPS），通过一个点的公共耦合（PCC），但也能“孤岛”自己独立运作。能源发电微电网内可以高度异质性，任何多这些来源产生（风）无论是变频的交流电源或直流电源（太阳能），因此同步交流微网接口，通过电力电子器件称为（DC / AC或AC/ AC）功率转换器，或简单的反相器。在孤岛运行，逆变器的工作电压源逆变器（VSIs）理想电压源的作用非常像。正是通过这些VSIs，必须采取措施，以确保同步，安全，动力平衡和负载分担的网络。
图1 逆变器并联运行的示意图。
文献评论：微网社区内的利益是一个重要的课题，在一堆逆变器之间并联运行，准确地共享有功和无功功率。这样的网络中被描述在图1中，每一个逆变器的直接动力传递给公共负载。虽然有几个控制架构已经被提出来解决这个问题，所谓的“下垂”控制器已经吸引了最多的关注，因为他们表面上分散。此方法的原始参考是[6]，其中Chandorkar 等人介绍了传统上我们所指的压降控制器。用于无损线，压降控制器试图效仿一个经典的同步发电机的行为，由施加在每个逆变频率和有功功率注射之间的逆关系[18]。在其他网络的情况下，控制器采用不同形式的表格[14,32]。一些有代表性的基本方法的参考文献如[29,2,21,22,20]和[15]。[9,10,23,24]和参考文献中的各种假设下的两个逆变器并联运行的小信号稳定性分析。最近的工作[33]强调传统下垂法的一些缺陷。分布式控制器根据从同步发电机理论和多代理系统的工具也已提出，用于同步和功率共享。一个全面的介绍[25,26]，和[34,28,4,31]的各项工作。
图2 Kuramoto振荡器网络的机械模拟。粒子不具有惯性且不与其他粒子碰撞。
我们的调查有关的文献，另一套是有关相耦合振荡器同步，特别是经典和著名的Chandorkar模型。这种模式的一般认为n>=2耦合振荡器，每个代表
（单位圆）和固有频率。耦合振子的系统，服从动力学
其中是i和j和Di的时间常数的第i个振荡器振荡器之间的耦合强度。图2表示了（1）的力学的模拟，在该振荡器可以显示为一组的n运动的
粒子，约束绕单位圆。该颗粒与优选的方向和速度指定的自然频率旋转，并且连接在一起？性AIJ仍然弹性弹簧。丰富的动态系统的行为（1）来自每个振荡器的倾向，以配合其自然频率，同步执行耦合与它的相邻之间的竞争。我们参考最近的调查[1,27,12]的应用程序和理论成果。
频率下垂方法：频率下垂方法构成常规的压降法的二分之一。对于电感线来
说，控制器在网络中的需求平衡的有功功率通过瞬间改变频率的电压信号，在第i个逆变器根据
其中是一个额定频率，是在节点i的有效电功率注入，是额
定有功功率注入。参数被称为作为下垂系数。
文献的限制：尽管构成平行VSIs操作的基础，频率下垂控制法（2）从来没有非线性分析[33]。没有条件已提交控制器（2）导致网络一个同步稳定状态的，也没有任何报表作出的收敛速度，这样的稳定状态存在。线性稳定性所呈现的结果依赖于两个逆变器的特殊情况下，有时会打包带无关的假设[22,15]。在性能方面没有任何保证。电力分配方案的基础上从多代理系统的想法往往直接处理与协调的分布式发电机的有功功率和无功功率注入，并暗中假设，低液位控制器是真正的网络物理和所需的功率注射之间架起了一座桥梁。
贡献：本文的贡献有四个方面。首先，我们开始与我们观察到的一个关键，根据频率下垂控制器的微电网方程可以等价转换为一个广义Kuramoto模型的形式（1）。我们提出了一个必要的和苏足够的条件的存在局部指数稳定的和唯一的闭环同步解法，并提供较低的指数收敛率的约束。我们还说出一个稳定的条件放宽的假设固定的电压幅值和导纳抗差版本的。第二，我们表明严格的----没有较大的输出阻抗或相同的电压幅值----假设，如果下垂系数，系数的选择比例，然后电源单元之间的比例分享。我们提供维修负载的一组明确的界限。第三，我们提出了一个分布式的“二次”积分控制器的频率稳定。通过使用一个分布式平均算法，所提出的控制器动态地调节到一个标称值的网络频率，同时保持比例的功率共享频率下垂控制器的性能。我们证明了此控制器局部稳定，但依靠之间的压降和积分控制回路分离的时间尺度上的经典假设。第四次和应受，所有的结果提出的并联逆变器拓扑结构延续过去的经典案例，并持有通用逆变器和负载的非周期性互连。
本文结构：本节的其余部分介绍了一些符号和代数图论，动力系统和耦合振子理论回顾一些基本的材料。在第2节我们鼓励数学模型的其余部分的工作。在第3节中，我们执行的频率下垂控制器中的非线性稳定性分析。第4节详细说明了电力分配和稳态注入功率范围的结果。在第5章中，我们介绍和分析我们的分布式平均积分控制器。最后，第7节总结全文，并提出了今后的工作方向。
准备工作和符号：
集，向量和函数：给定一个有限集合，让表示它的基数。给定一个
指标集和一个真正的价值一维数组，
是相关联的对角矩阵。我们指出表示阶的单位矩阵。让和是n维向量的全部是一
和全部是零。对于，定义
及
。
代数图论：我们分别用无向加权图，其中是节点的集合，
是边集，是图的邻接矩阵。如果一个数
和一个任意的方向上被分配给每个边缘，节点边缘关联矩阵被定义为= 1，如果节点k是信宿节点的
边缘和=-1，如果节点k是边的源节点，所有其他元素为零。由于
，是的矢量，且满足。如果
是边的权值的对角矩阵，然后由下式给出的拉普拉斯算子矩阵。如果图是连通的，则，和为无环图。
在这种情况下，对任意，即，,存在唯一的
满足基尔霍夫的电流定律[3，8]。矢量x被解释为节点注入，
与是相关联的边缘流。拉普拉斯矩阵是特征值为
的半正定。我们表示
Moore-Penrose的广义逆为，我们还记得[11]的定义
。
N-环面的几何对结构：集合表示在单位圆，一个角度是一个点
中，和一个圆弧是一个连接的子集。有轻微的滥用符号，让表示
两个角度的测地线之间的距离。N-环面
是n个单位圈的笛卡尔乘积。对于，
一个给定的图，让
是闭集的角度
阵列与相邻的角度和，再没有和分开。
同步：考虑一阶相耦合振子模型（1）定义在图。（1）的一个
解法被认为是同步的，如果（a）存在一个常数
，使得各，及（b）存在一个
这样一来对于任意有。
AC电源流量：考虑无损，同步交流电网有n个节点，节点电压幅值，纯粹
的感性导纳矩阵，节点电压的相位角。有效电功率
，注入网络节点由下式给出[18]
2微电网分析问题设置
逆变器建模：与标准品近似在微电网文献中——我们采用以下——一个是背
后的电抗为控制电压源逆变器建模。建模的更深层次的解释可以发现[13,17,30]和参考文献。
岛状微网建模：图3示出两个逆变器和负载的含岛状微电网。可能会出现这种互连设计，或自发的分销网络后，孤岛事件。一个合适的模型是一个加权图
，个节点。我们认为无损线的情况下，分别用
的总线网络的导纳矩阵。
我们分区组的节点为：，对应于负载和逆变器。对于
是节点i和j之间的边的准入。逆变器的输出阻抗可以被控制为纯粹敏感，并吸收其值进线电纳，。对于每个节
点，我们分配谐波电压信号的形式
，其中是标称的角频率，是RMS电压，是电压相位角。
我们假设每一个逆变器具有精确的测量，它的滚动时间平均有功功率注入
和它的频率，[13]有估算的详细信息。有功功率注入到网络中的每一个逆变器的限制的时间间隔其中是逆变器的额定值。
逆变器的并行互连的特殊情况下，如在图1中，我们将让和
。
图3 微电网，具有四个逆变器（节点Ⅵ）供给七个负载（节点VL）通过一个无环的互连的示意图。之间的逆变器中的虚线代表的通信链路，这将在专门用于在第5节。
3 频率下垂控制分析
我们现在可以连接网络的形式（1）的一阶相耦合振荡器的频率下垂控制器（2）我们的关注，我们限制有功功率流动，并承担Ei分别固定为每一辆巴士的电压幅值。首先，请注意，通过定义和由写，我们可以等价写频率下垂控制器的（2）如下
其中是一个选定的标称值。请注意，是在反相器的偏差的频率从标称频率.使用有源负载流量方程（3），下垂控制器（4）变为
对于一个恒定的功率负载，我们也必须满足的电能平衡方程
如果下垂控制系统（5）-（6）达到同步，那么我们可以---不失一般性---我们的坐标变换的旋转的参考框架，其中所述同步频率是零和同步的研究降低平衡的研究。在这种情况下，它是已知的利益该平衡点的微分代数系统共享相同的稳定性的属性相应的相同的平衡奇异摄动系统[7，定理13.1]，其中的恒定功率载
荷通过一个与频率有关的载荷所取代，对于
及一些足够小的。我们现在能够确定奇异摄动下垂控制系统（5）-（6）与Kuramoto 振荡器（1）和到达以下精辟的关系网络。
引理1（等价性扰动下垂控制系统及Kuramoto 模型）。
下面的两个模型是等价的：
（i）奇异摄动下垂控制的网络（5）-（6），与频率相关的载荷，
代替恒功率负载，下垂系数
，额定功率注射，节点电压相
，节点电压幅度，总线导纳矩阵。
（二）广义Kuramoto模型（1），时间常数，固有频率，相位角和耦合的权重.
此外，这两种模型的参数数量通过和关联起来。
引理1和简单的符号，我们定义矩阵的时间常数(逆下垂系
数)，载体的负载和额定功率注射
，且对于，我们有
。下拉控制系统（5）-（6），然后读入向量记号
其中是边缘节点的关联矩阵的底层的图。一个自然的问题出现了：在什么条件下注入功率，网络拓扑结构，导纳，和下垂系数系数，使微分代数闭环系统（5）-（6）拥有一个稳定，同步的解法？
引理2（同步时间的解法的存在性和稳定性）。
考虑的频率下垂控制系统（5）-（6）上定义的无环网络边缘节点关联矩阵B.
定义标度电源的不平衡为，让
是唯一的向量前沿的电能流动满足KCL，由
给出。以下两个语句是等价的：
(i)同步：存在一个弧长使得闭环系统（5）- （6）具有局部指数稳定和唯一的同步解法对于所有。
(ii)流动的可行性：电能流动是可行的，即，
如果等效的语句（i）及（ii）是正确的，那么数量和是通过
唯一相关的，使下面的叙述成立：
a）明确同步解法：同步解法，对于某些，满足
，其中，且同
步角度差满足；
b）显式同步率：本地指数同步速度是毫不逊色于
其中是拉普拉斯矩阵的网络带权重
。
引理3（物理解释）从下垂控制器（4）看出，很显然，
。为载体的稳定状态功率注入。因此，注入功率满足基尔霍夫电流定律，是相关的矢量沿边缘的功率流[8]。从物理上说，参数条件（8）因此表明了有功功率沿每一条边流动是可行的，即小于最大的物
理。定理2表明，平衡功率流所有下垂系数在持续的缩放下是不变的，因为的整体缩放出现，与相反。
证明。首先，请注意，如果系统（7）的解法是频率同步的，
那么根据定义存在的可用于所有，使得
。总结以上所有方程（5）-（6）给出了。不失一般性，我们可以考虑与辅助系统（7）所定义的
其中对于有，对于有
。由于，系统（10）具有这样的性质，
以及代表的动态（7）在参考帧旋转的角频率。因此，频率同步的解法（7）对应一对一的平衡点系统（10）。给出拉普拉斯矩阵
，（10）可以用等价的精辟形式重写
在这里，我们使用了条件和。
由于，等式（11）必须满足
。直接计算（见引理9（i））所示，
，同时等式（11）满足
等式（12）是唯一的解，当且仅当
。由于右手侧的条件
是一个凹部和的单调递增函数，对于一些满足
，当且仅当与严格的不等式符号用于的条件下，
成立。这直接导致所要求的条件。在这种情况下，显式的平衡的角度，可以从n个去耦方程（12）得到。参考[定理1,2（G1）]的其他信息。局部指数稳定的平衡的建立，回顾指数微分代数系统（11）和相关的减少集纯微分方程（见（b）的证明）之间的等价性。总之，上述讨论表
明（i）和（ii）的等价性及叙述（a）。要证明叙述（b），需考虑对于
的线性化的动态（10）平衡，由下面给出
其中，我们根据负载的节点的和逆变器节点，划分矩阵
，并定义
。由于，矩阵是拉普拉斯算子，因而半正定用一个简单的零特征值对应的下一个统一的转变各个角度的
旋转不变性的动态。解代数方程组，代入动态的，我们得到
，其中
。矩阵也是拉普拉斯算子的矩阵，因此共用相同的属性为[11]。因此，它是第二最小特征值，该限定的收敛速度，线性化，并因此局部收敛率的动态
（10）。一个的简单约束可以通过柯朗- 菲舍尔定理得
到。对于，令，并注意到
。因此，是的一个特征向量，
特征值当且仅当时，是的一个特征向量，特征值为。对，我们得到
其中，我们在最后的不等式使用Schur补充的频谱交错方法[11]。由于
，特征值能被进一步限制在
条件下，其中
是拉普拉斯算子，权重。
对于，这一事实足以证明结果。
现在有一个类似的逆变器并联运行稳定结果的推论如下。
推论4（逆变器并联的同步时间解法的存在性和稳定性）。考虑图1中所示的逆变器的并行互连。下面的两个语句是等价的：
(i)同步：存在的弧长使得闭环系统（7）具有局部指数稳定和唯一的同步解法对于所有，;
(ii)功率注入的可行性：
证明。对于并行拓扑结构图1有n-1个逆变器供电的负载，关联矩阵图
有形式.。让如之前的证明，我们注
意到是由唯一给出的，在这种情况下，一组简单但繁琐的矩阵计算降低了条件（8）到条件（13）。
到目前为止，我们的分析是基于这样的假设，但每次的
是一个常数，而且对于所有的是已知的参数，在实际电力系统中，有效的行纳和电压幅值额外的控制器进行动态调整。下面的结果指出，只要这些控制器可调节的电子有效纳和节点电压超过预先设定的下限，稳定性定理2的结果要经过稍加修改。
推论5（抗差稳定条件）。考虑的频率下垂控制系统（5）-（6）。假设节点的
电压幅值对所有的满足，该行电纳对于所有
满足。对于，定义
。下面的两个语句是等价的：
(i)鲁棒同步：对于所有可能的电压幅值和线电纳
，存在的弧长使得闭环系统（5）-（6）具有一个本地指数稳定和唯一的同步解法，对于所有的，;并且
(ii)最坏情况下的流动的可行性：电压的大小和行电纳在最坏的情况下，有源功率流动是可行的，也就是
证明。结果如下指出，（或）只出现（8）（或（14））的分母中，并且，不依赖于电压或线纳定理2中定义的向量。
4电源共享和驱动约束
定理2给出了必要的苏足够的条件的同步解法的闭环系统（5）-（6）的存
在，它没有提供即时指导如何选择控制参数和，以满足驱动约束
。下面的定义给出了正确的选择标准。
定义6（比例下垂系数）。
选择的下垂系数成比例，如果对所有的，和
。
定理7（功率流约束和电源共享）。考虑一个同步的频率下垂控制系统（5）-（6）的解法中，让下垂系数系数按比例进行选择。定义总负荷
。
下面的两个语句是等价的：
（i）注入约束：；
（ii）负载限制：。
此外，逆变器共享的总负载比例根据其额定功率，即，对于每一个
，。
证明。由（4）看出，稳态活跃在每个逆变电源注入由
给出。
通过对任意强加，带入的表达式，重新排列整理，我们得到，对任意，
我们在最后的等式中用到了定义6。随着观察到当且仅当
时，这足以说明，当且仅当时，对于任意，。如果我们现在加上条件，，再次用定义6使用的表达式，类似的计算可得
随着观察到当且仅当时，，这表明对于任意当且仅当总负载满足上述不等式时。
总之，我们已经证明，当且仅当两个不等式，结合在一起时显示的第（i）及（ii）等价。为了表明最后的陈述，注入的第i个逆变器的额定功率容量的比例由
对于任意。证明完毕。
提供一个单一的负载遵循一个简单的推论定理7，为并联逆变器的功率共享的结果。请注意系数必须根据全球知识加以选择。因此下垂的方法需要设计一个集中的电源共享，尽管其分散实施。我们说，在定理7拥有独立电网电压的大小和线导纳。
5 微电网的分布式PI控制
是显而易见的，从定理2的表达式中的，频率下垂方法通常导致稳定状态的偏差，标称值使得操作频率为.再次在定理2中，明确
了修改的额定有功功率注入通过控制器（5）的变换
（对于）将产生零稳态频率偏差（比照辅助系统（10）与)。
不幸的是，不是每个逆变器都可以用这些信息来计算同步。
图4 反馈图DAPI控制器。就其本身而言，上部的控制回路是下垂控制器（4）。
如原来在[6]中的建议，在每一个逆变器的频率已经收敛到后，较慢的“次要的”控制回路可以在每个逆变器中局部使用。每个地方的辅助控制器慢慢修改额定功率注入，直到网络频率偏差为零。这个过程隐含的假设是测得的
频率值是的一个很好的近似值，并依赖于一个分离的时间尺度之间的快速，同步实施的主要的下垂控制器和速度较慢的二次积分控制器。这种方
法在[6,19,15]中采用。对于大的下垂系数，这种方法可以特别慢（定理图2（b）），这导致该方法不能在一个随时间变化的负荷的存在下动态调节网络频率的响应速度慢。此外，这些分散的积分控制器破坏了由主要下垂控制器建立的功率共享特性。
在下文中，我们追求频率恢复的备选方案，如在[6,19,15]中，不隐式地依赖于时间尺度的分离。假设逆变器之间的通信网络的存在，我们扩大常规频率下垂设计（2），并提出分布式平均比例积分（DAPI）的控制器
其中是一个辅助电源变量，对任意，是
增益。矩阵是拉普拉斯算子矩阵对应的加权，逆变器之间的连通无向图见图3。DAPI控制器（15）-（16）如图4所示，并且将有以下两个主要属性。首先，控制器能够快速地调节网络频率下大的和快速的负载变化。其次，控制器完成这个调节，同时保持对主要的下垂控制器（4）属性的功率共享。
闭环动态产生的DAPI控制器（15）-（16）由下式给出
下面的定理（见附录A的证明）建立了所需的平衡（17）-（19）以及功率共享特性的DAPI控制器的局部稳定性。
定理8（DAPI控制网络的稳定性）。
考虑一个无环网络的的下垂控制逆变器，其中负载逆变器是可以通讯的，参数
，以及时的闭环系统如
（17）-（19）所描述的，并连接通信拉普拉斯算子。下面的两个语句是等价的：
(i) 稳定的下垂控制器：下垂控制稳定性条件（8）成立
(ii) DAPI控制器的稳定性：存在的弧长使得系统（18）-（19）具有局部指数稳定的和唯一的平衡;
如果等效的语句（i）和（ii）成立，那么唯一的平衡由定理2（ⅱ）给出，对于，。
此外，如果选择的下垂系数成比例，那么DAPI控制器保留主下垂控制器的比例功率共享属性。
请注意，定理8推出了闭环（17）-（19）平衡的指数稳定性，因此，同步频率为零。因此，该网络与标称频率同步。
6仿真研究
图5 DAPI控制的闭合回路（17）-（19）为两个逆变器提供负载，变化范围
现在，我们说明了我们所提出的DAPI控制器（15）- （16）的性能和它的未建模的电压动态在一个模拟方案的鲁棒性（参见推论5）。我们认为，两个反相器并行工作，并且提供可变负载。每个逆变器的电压的大小通过电压下垂方法来控制
其中是额定电压的大小（或额定无功功率
注入），在反向器中，是电压降系数，无功功率注入
由给出。和有源功率平衡（6）相似，负载满足无功功率平衡
。
仿真参数见表1。注意DAPI 控制器（15）-（16）在快速调节的系统频率中的有效性。在图5（c ）中显示的局部频率尖峰是由于负荷快速的变化，并且可以进一步被增益
的增加所抑制。这种额外的自由度允许主下垂系数XXX 的选
择比典型的文献中（103Ws ，相比大约105W 的）小得多，允许注入功率（图5（b ））在瞬变时快速响应。
7 结论
我们根据传统的电力系统和多智能体系统的思想，利用耦合振子的理论依据，已经研究了以下问题：同步，能源共享，和下垂控制逆变器的次级控制。在这项工作中没有解决的一个问题是一个非线性无功功率共享的分析，因为电压下垂的方法（20）的分析是难以进行的，它存在的解法将产生简单的和物理意义上的代数条件。此外，在强混合线条件的情况下，
，控制
理论（2）和（20）都是不适用的。在一般的互连线路条件下，功能性的控制策略的证明是一个开放的和令人兴奋的问题。
致谢
这项工作的一部分由美国国家科学基金会NSF CNS-1135819，和美国国家科学和加拿大工程研究理事会所支持。我们希望感谢H. Bouattour 的有用的意见和建议。
参考文献
A 定理8 证明
假设闭合回路（18）-（19）中，二次控制器（19）在错误坐标中产生
~()()i i i avg
P t P t D ω?
=-，并且以矢量形式写作：
四桥臂三相逆变器的控制策略
四桥臂三相逆变器的控制策略 阮新波严仰光 摘要提出了一种新型的三相四线逆变器，它有四个桥臂，第四个桥臂用来构成中点，从而省去了三相三桥臂逆变器中的中点形成变压器，减小了逆变器的体积和重量。针对这种逆变器，本文提出了一种电流调节器，它根据三相滤波电感电流和给定电流的误差值最大的那相选择逆变器的开关模态。为了消除输出相电压的静态误差，本文讨论 了一种基于PI调节器改进的电压调节方案。仿真结果表明，本文的思路是可行的。本 文为构造大功率、高效率的三相四线逆变器提供了可靠的理论基础。 关键词：三相逆变器控制策略 The Control Strategy for Three-Phase Inverter with Four Bridge Legs Ruan Xinbo Yan Yangguang （Nanjing University of Aeronaut ics & Astronautics 210016 China） Abstract A novel three phase inverter with four bridge legs i s presented in this paper.The inverter eliminates the neutral forming transforme r by adding a bridge leg to form neutral point to provide balanced voltages to a ny kinds of three phase loads.The principle of the inverter is analyzed,and a ne w current regulator,which chooses switching modes a ccording to the maximum cur rent error of filter inductance current and the reference current is proposed.Th e modified voltage regulator on the basis of PI regulator is proposed to elimina te output voltage static error under any load conditions. Keywords:Three-phase Inverters Control strategies 1 引言 三相逆变器一般是采用三个桥臂组成的拓扑结构，为了给不对称负载供电，必须在 输出端加入一个中点形成变压器(Neutral Formed Transformer，NFT)，如图1所示。中点形成变压器是变比为1的自耦变压器，工作频率为输出交流电的频率，体积和重 量很大，而且体积和重量随着负载不对称的程度变化而变化，不对称度越大，NFT的体积重量也就越大。
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微电网是什么_微电网的概念及技术特点 微电网的概念微电网（Micro-Grid）也称为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。 微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统，它作为完整的电力系统，依靠自身的控制及管理供能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等方面的功能。 微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。 微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置。它们接在用户侧，具有成本低、电压低以及污染小等特点。 由于环境保护和能源枯竭的双重压力，迫使我们大力发展清洁的可再生能源。高效分布式能源工业（热电联供）的发展潜力和利益空间巨大。提高供电可靠性和供电质量的要求以及远距离输电带来的种种约束都在推动着在靠近负荷中心设立相应电源。通过微电网控制器可以实现对整个电网的集中控制，不需要分布式的就地控制器，而仅采用常规的量测装置，量测装置与就地控制器之间采用快速通讯通道。采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制，微电网集中能量管理系统实现稳态安全、经济运行分析。微电网集中能量管理系统与就地控制器采用弱通讯连接。 微电网的特点微电网系统结构图微电网系统由于包含有数量众多、特性各异的多种分布式电源而成为一个大规模、非线性、多约束和多时间的多维度复杂系统，具有复杂性、非线性、适应性、开放性、空间层次性、组织性和自组织性、动态演化性等复杂系统特征，属于一类变量众多、运行机制复杂、不确定性因素作用显著的特殊的复杂巨系统。因此，微
逆变器的下垂控制
下垂控制的原理是什么。？ 下垂控制是并网逆变器的常用控制原理，但是具体下垂控制的深层原理和物理含义是什么啊？查到的几乎所有的文献对此都是基于下垂控制XXXX、仿照同步发电机下垂特性XXXX，却没有一个真正说清楚仿照哪了，电机书上对同步发电机的下垂特性也没讲清楚其物理原理。向各位知乎大神求教，我看网上也有很多问这个的却没有一个回答说清楚的。 添加评论 分享 简单来说，所谓下垂控制就是选择与传统发电机相似的频率一次下垂特性曲线（Droop Character）作为微源的控制方式，即分别通过P/f下垂控制和Q/V下垂控制来获取稳定的频率和电压，这种控制方法对微源输出的有功功率和无功功率分别进行控制，无需机组间的通信协调，实现了微源即插即用和对等控制的目标，保证了孤岛下微电网内电力平衡和频率的统一，具有简单可靠的特点。—————————————————————————————————————————— 补充说一说。 学过电机学都知道，发电机有个功角特性曲线，其中凸极同步发电机的 无功功率表达式是： 有功 功率表达式： 我们可以看出，通过控制U和功角来控制有功功率P和无功功率Q。那么反过来， 可以通过控制有功功率P和无功功率Q来控制U和功角 所以， 微电网中的常规下垂控制是通过模拟传统发电机的下垂特性，实现微电网中微电源的并联运行。其实质为：各逆变单元检测自身输出功率，通过下垂特性得到输出电压频率和幅值的指令值，然后各自反相微调其输出电压幅值和频率以达到系统有功和无功功率的合理分配。 逆变器输出电压频率和幅值的下垂特性为：
其中w0，U0分别为逆变器输出的额定角频率，额定电压。kp，kq为逆变器下垂系数。P,Q 分别为逆变器实际输出的有功功率和无功功率。P0，Q0分别为逆变器额定有功和无功功率。 由上式我们可以得到三相逆变器常规的P-f 和Q-U 下垂控制框图。 注：常规下垂控制是在系统并联逆变器的输出端等效阻抗为大电感的条件下推导得到的。然而不同电压等级的连接线路对应不同的阻感比。 在电压等级较低的线路中，阻感比相对较高。 加之每个逆变器到交流母线的距离不同，线路越长，线路电阻越大，可能会导致线路电阻相对线路感抗较大，常规下垂控制已经不能满足低压微电网控制的需求。 所以就有了一种改进型功率耦合下垂控制策略。 因为低压微电网中线路阻抗的影响已经不能完全忽视，有功功率和无功功率对电压和频率的调节存在耦合关系。 逆变电源输出的有功功率P和无功功率Q可以写为： 单台逆变器到交流母线的功率传输示意图：
微电网的功率控制系统设计
‘自动化仪表“第35卷第12期 2014年12月 山西省科学技术发展计划基金资助项目(编号:20130321025-03);太原科技大学博士科研启动基金资助项目(编号:20122018)三修改稿收到日期:2014-06-17三 第一作者张文煜(1989-),男,现为太原科技大学电气工程专业在读硕士研究生;主要从事新能源发电以及并网技术的研究三 微电网的功率控制系统设计 Design of the Power Control System for Micro-grid 张文煜 刘立群 杨 凯 (太原科技大学电子信息工程学院,山西太原 030024) 摘 要:目前,分布式电源应用范围逐渐扩大,由多个分布式电源组成的微电网作为电力系统的重要补充越来越受到重视,微电网运行的稳定性是目前的研究重点三分析了微电网在并网运行模式下的PQ 控制策略,以及微电网在独立运行模式下的V /f 控制策略,给出了PQ二V /f 两种控制策略的Matlab /Simulink 仿真模型;论述了各个子模块的建立方法,给出了控制器参数的设计方法三最后通过仿真算例,验证了模型的正确性和控制方法的有效性三 关键词:微电网 分布式电源 PQ 控制 V /f 控制 Matlab /Simulink 电力系统 控制器中图分类号:TP202 文献标志码:A Abstract :At present ,the application scope of distributed power supply is gradually expanding ,as the important supplement of the electric power system ,the micro-grid composed of multiple distributed power suppliers is receiving increasing attention ,while the operation stability of the micro-grid becomes the research focus.The PQ control strategy of micro-grid under grid-connected operation mode ,and the V /f control strategy of micro-grid under grid-disconnected operation mode are analyzed ;the Matlab /Simulink simulation models of PQ and V /f control strategies are given.The establishing method of each sub module is expounded ,and the design method of controller parameter is given.Finally the correctness of the model and the effectiveness of the control method are verified through simulation examples. Keywords :Micro-grid Distributed power supply PQ control V /f control Matlab /Simulink Electric power system Controller 0 引言 随着国民经济发展,电力需求与日俱增,但目前我国发电形式仍以煤炭发电为主,对煤炭的过度开采将导致煤炭资源迅速枯竭,而利用此类一次能源时将对环境产生极大的污染三因此,对清洁能源的利用迫在眉睫三为了应对并解决上述问题,太阳能二风能等新能源发电应运而生并迅速发展,分布式电源的大量推广解决了电力供应紧张的问题三同时,对微电网结构的研究以及对其控制也受到了人们的重视三 目前,不同国家以及研究机构对微电网的定义各不相同,但不论哪种定义,其相同之处都是:微电网是将分布式电源以及负荷作为一个整体,形成可控的二既可与大电网并网运行也可以独立运行的部分配电网三微电网中的分布式电源优点较多:对安装环境要求低,系统运行的可靠性高;分布式电源大部分采用的是清洁能源发电技术并且配备电力电子装置进行系统控制, 因而能源利用效率比较高三综上所述,未来电力系统的发展趋势将离不开微电网与分布式发电,分布式发电也将作为电力系统的有力补充存在三目前,对微电网的控制主要集中在对逆变器接口的控制上三控制策略主要有以下三种:PQ 控制二V /f 控制和下垂控制三本文主要对前两种控制进行研究三 1 微电网的结构 微电网的结构比传统大电网的结构灵活很多,典型的微电网结构如图1所示 三 图1 典型微电网结构 Fig.1 Structure of the typical micro-grid 图1中,A 二B 二C 是三条放射型的馈线三其中线路A 带有敏感负荷,并且有光伏发电作为分布式电源;馈线B 上带有可调节负荷,安装燃气轮机以及燃料电池作为分布式电源;馈线C 带有非敏感负荷,当微电网 3 1微电网的功率控制系统设计 张文煜,等
离网逆变器控制策略
逆变器控制策略: 逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能。稳态性能主要是指输出电 压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力;动态性能主要是指输出电压的THD 和负载突变时的动态响应水平。在这些指标中输出电压THD 要求比较高,对于三相逆变器,一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%。 1、离网逆变器的控制性能要求主要是使其输出电压具有良好的控制抗扰性。 离网逆变器采用输出电容电流内环和输出电压外环的双闭环控制。 电流调节器可以实现快速加减速和电流限幅作用，同时使系统的抗电源扰动和负载扰动 的能力增强。 电压调节器主要是控制输出电压的稳定。 2、基于LC 滤波器的离网型逆变器 图2 基于LC 滤波的电压型离网逆变器主电路 图3 基于LC 的VSI 输出电压单闭环控制结构 图5 基于电容电流反馈的单位调节器内环控制结构 1VD 3VD 5VD 2VD 6VD 4VD 1 V 3V 5V 4V 6V 2V U V W dc C C R L dc u + -L i o i C i L u C u i u 调节 器 PWM K 1sL R +-i u o i C *u C u L i -1sC -C i ? ? ?C u L u *Cq u cq u PI P PWM K 1sL sC 1iq u C *i C i ????oq i +----
图14 基于同步坐标系的LC-VSI 双环控制结构 PI PI P P Inv.Park Trans Inv.Clarke Trans SPWM Generator Clarke Trans Park Trans Clarke Trans Park Trans *q s U *sd U sd U q s U *sd I *q s I q s I d s I a s I βs I A U βs U a s U B U A I B I 1 1ov T s +11 e T s +1 1oi T s +PI 1Ls 1Cs P 11 oi T s +11 ov T s +*Cq u C *i iq u oq i cq u C i +-+- + -+ -电流内环
逆变器下垂控制原理及控制方法
2.逆变器并联下垂控制原理： 01 Z 02Z 22 ?∠?1V ?∠? 图1.两台逆变器并联运行的等效电路 图1中，运用电路理论的知识，并忽略阻抗01 Z 和02Z 中的阻性部分，可得出逆变器1输出地有功功率 和无功功率的表达式为： 1101 sin VV P X ?=? 21101 cos VV V Q X ??-= 在并联逆变器输出电压相角??很小的情况下，sin ???≈?和cos 1??≈ 成立。将其代入有功功率和无功功率的公式可以知，逆变器输出地有功功率主要由相角差??决定，而无功功率主要由幅值X V 决定。 基于以上分析，在逆变器并联系统中可以借助同步发电机的自下垂特性，引入有功功率和无功功率的调节作用，分别来调节逆变器输出电压的幅值和频率，即： 0x x x x m P ωω=-
0x x x x V V n Q =- 其中，x ω、0 x V 分别为x 台逆变器空载时输出电压的频率和幅值，x m 、x n 分别为x 台逆变器输出电压的频率、幅值的下垂系数，如下图2所示。图2（a ）可以看出，由于逆变器自身特性的差异所造成的逆变器并联运行时输出功率的差异随着频率和幅值下垂系数的增大而减小，但是随着下垂系数的增大电压的偏离度也会随之增大。因此在实际设计中需要在负载均分度和电压偏离度之间进行折中考虑。图2（b ）表明利用下垂特性选择不同的下垂系数，可以使不同容量的逆变器并联运行并按其单位容量均分负载，其下垂系数选择如下： 11221122x x x x m S m S m S n S n S n S == ====
图2.频率和幅值下垂特性 3.控制方法： 实际应用的外特性下垂并联控制方法主要是两种：一、负载电流前馈方式，二、减弱电压控制环方式。 负载电流前馈控制方法的特点是各个模块的电压调节器均为无静差的PI调节器，且电压环给定随着负载电流的增大而减小。 减弱电压环的控制框图如图3所示：
光伏并网逆变器控制策略的研究
题目：光伏并网逆变器控制策略的研究
光伏并网逆变器控制策略的研究 摘要 世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭，促使了对新能源的开发和发展。具有可持续发展的太阳能资源受到了各国的重视，各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到推波助澜的作用。其中，光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义，仅在过去五年，光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦。而连接光伏阵列和电网的光伏并网逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键。 本文通过按主电路分类、按功率变换级数分类和按变压器分类的三大类划分逆变器的方法分别介绍了每个逆变器电路的拓扑结构。之后本文首先介绍了国内外并网逆变器的研究状况以及相关并网技术标准，比较了当前主流的控制技术。然后,详细的阐述了光伏并网发电逆变器系统的整体设计和各单元模块的设计,其中包括太阳能电池组、升压斩波电路、逆变电路和傅里叶变换。 在简要介绍了系统的结构拓扑和控制要求之后，论文重点研究了基于电流闭环的矢量控制策略，阐述了其拓扑结构、工作原理及运行模式。为了深入研究控制策略，分别建立了基于电网电压定向的矢量控制和基于虚拟磁链定向的矢量控制。最后，本文针对几种产生谐波的原因，对L、LC、LCL 三种滤波器进行了比较分析。 最后，本文对光伏并网的总系统进行了MATLAB仿真，由于时间的限制，只做出了通过间接控制电流从而达到控制有功无功公功率的仿真。 关键词：光伏并网，逆变器电路拓扑，电流矢量控制，谐波
PHOTOVOLTAIC (PV) GRID INVERTER CONTROL STRATEGY RESEARCH Abstract World deteriorating environment and the increasing depletion of traditional energy sources prompted the development of new energy and development. Solar energy resources for sustainable development has been national attention, solar countries have contributed to the severity of the introduction of the new energy law developments. Among them, the photovoltaic power generation has profound theoretical and practical significance, only in the past five years，the total installed photovoltaic power plant has reached thousands of megawatts. Connected PV array and grid PV grid-connected inverter is the whole key photovoltaic power generation system. Based classification by main circuit and the power level classification and Division of three categories classified by transformer inverter of methods each inverters circuit topologies are introduced.This article introduces the domestic and foreign research on grid-connected inverters and related technical standards for grid-connected, compared the current mainstream technology.Then detail a grid-connected photovoltaic inverter system design and the modular design, including solar arrays, chop-wave circuit, inverter circuits and Fourier transform. Briefly introduces the system topology and control requirements, this paper focuses on the current loop-based vector control strategies, describes the topological structure, working principle and its operating mode.In order to study the control strategies were established based on power system voltage oriented vector control based on virtual flux-oriented vector control.Finally, for several reasons for harmonic, l, LC, LCL compares and analyses the three types of filters. Keywords:Photovoltaic, inverters circuit topologies, current vector control, harmonic
逆变电源控制算法哪几种
https://www.wendangku.net/doc/435377687.html,/ 逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。 在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。 只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。 逆变电源的算法主要有以下几种。 数字PID控制 PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点：
https://www.wendangku.net/doc/435377687.html,/ PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。 PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。 PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。 采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。 状态反馈控制 状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。例如对于非线性的整流负载，其控制效果就不是很理想。
微电网控制策略研究
微电网控制策略研究 1.分布式电源及其等效模型 1.1分布式电源的定义 国际上关于分布式发电的定义较多，没有形成对分布式发电的统一定义，不仅不同国家和组织，甚至是同一国家的不同地区对分布式发电的理解和定义都不尽相同，以下是几种比较有代表性的：（1）国际能源署对分布式发电的定义为：服务于当地用户或当地电网的发电站，包括内燃机、小型或微型燃气轮机、燃料电池和光伏发电技术，以及能够进行能量控制及需求侧管理的能源综合利用系统；（2）美国《公共事业管理政策法》对分布式发电的定义为：小规模、分散布置在用户附近，可独立运行、也可以联网运行的发电系统；（3）丹麦对分布式发电的定义为：靠近用户，不连接到高压输电网，装机规模小于10MW的能源系统；（4）德国对分布式发电的定义为：位于用户附近，接入中低压配电网的电源。接入电压等级限制为20kV，主要包括光伏、风电和小水电；（5）法国对分布式发电的定义为：接入低压配电网，直接向用户供电的电源。接入电压等级限制为20kV，容量限制为10MW，主要是热电联产、小水电和柴油机。综合以上几种定义的共同点，可以认为分布式电源指的是以新能源发电为主，容量较小且靠近负荷中心的发电设备，如小型风力发电机和光伏电池等。 目前，微电网示范工程中的分布式电源主要包括柴油机、微型燃气轮机、小型水力发电机、小型风机、燃料电池和光伏电池，此外，还有少数的生物柴油机、液流电池、超级电容、飞轮储能等。 1.2分布式电源的并网方式 虽然各种分布式电源都可以接入微电网为负荷供电，但由于它们自身的一下特点和微电网对电能质量及供电可靠性的要求，各类分布式电源的并网方式不尽相同。小型水力发电机、鼠笼型异步风机和柴油机等小型常规发电机输出稳定，可直接并网。光伏电池、燃料电池和直流风机等直流分布式电源输出直流电，通常需要经逆变器接入交流微电网，这种并网方式称为直—交式并网。微型燃气轮机和同步风力发电机输出幅值频率变化的交流电电气量,需要整流逆变后才能并网，这种并网方式称为交—直—交并网，对应的分布式电源统称交直
微电网下垂控制的稳定性、功率分配与分布式二级控制
微电网下垂控制的稳定性、功率分配与分布式二级控制 摘要 出于对智能电网技术最近的和不断增长的兴趣，我们研究了微电网中的下垂控制DC/AC 逆变器运算。我们提供一个存在唯一的和局部指数稳定的同步解决方案的必要和充分条件。 我们提出了一个选择控制器在逆变器之间有理想的电源共享，并且指定该组的负载，它可以不违反给的的驱动约束下实现。此外，我们提出了一个分布式的基础上平均积分控制器算法，动态调节系统频率一个随时间变化的负载的存在。值得注意的是，这分布平均积分控制器有额外的性质保持功率共享特性的主要下垂调节器。最后，我们目前的实验结果验证我们的控制器设计。我们的研究结果在没有假设有相同的线性调节和电压幅值也成立。 引言 微电网是低压配电网络，不均匀组成的分布式发电，存储，负载，和从更大的主要网络中自主管理的网络。微电网是能够连接到广域电力系统通过一个共通点联轴器（PCC），但也“孤岛”自己和独立运作[1]。在微网能源发电可以是高度异质性，包括光伏发电，风能，地热能，微型涡轮机等许多这些来源产生或者可变频率的交流电源或直流电源，具有同步交流电网通过电力电子接口DC/ AC逆变器。它在孤岛的操作，是通过这些逆变器，必须采取措施以确保同步，安全性，动力平衡性和负载均衡在网络中[2]。 所谓的下垂控制器已成功地用于实现这些任务，请参见[2] - [7]。尽管形成的基础并联逆变器的操作（图2），下垂控制从未逆变器和负载网络受非线性分析[8]。小信号稳定性分析两个逆变器并联运行的下[9] - [12]和参考文献中的各种假设。所呈现的稳定性结果依赖于线性约已知的操作点，两个逆变器的特殊情况下，有时会打包带无关的假设[5]。 图1微电网的示意图，与四个逆变器（节点VI）提供负载（节点VL），通过非循环互连。之间的逆变器的虚线代表的通信链路，这将是专门用于第六部分。 在这项工作中，我们调查我们最近的理论结果同步，共享，和次级控制的微电网[13]。经检讨后的下垂控制方法和次级控制（第二部分），我们提供必要的稳定的工作存在的充分
微电网改进下垂控制的无功分配研究 姜耀鹏
微电网改进下垂控制的无功分配研究姜耀鹏 摘要：微电网中传统下垂控制方法在平衡功率和稳定电压方面存在不足，且微 网中各电源等效的阻抗不同使系统无功无法均匀分配，产生环流导致损耗增高、 电压质量降低。因而提出了一种基于传统下垂控制改进无功分配和系统电压稳定 的控制策略，通过引入虚拟阻抗环节和电压补偿环节实现微电网有效控制。最后，在Matlab／Simulink软件中仿真验证了该改进的下垂控制在系统功率稳定输出的 前提下实现系统的无功合理分配和电压稳定。 关键词：微电网；改进下垂控制；无功均匀分配；电压稳定 0引言 微电网是由分布式电源(distributed generation，DG)、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统[1]。微电网有孤岛运行和并 网运行两种运行模式，本文针对微电网运行模式切换过程中无需进行信号传输采 用下垂控制，避免了控制的复杂化以及出现信号的偏差和系统的震荡[2]。 传统的下垂控制模仿同步发电机的外特性进行调节，低压微电网中线路呈高 阻抗比影响各DG之间的无功功率合理分配。文中提出了一种在传统下垂控制中 加入虚拟阻抗和电压补偿环节的改进方法，实现了在系统有功功率稳定的输出的 前提下，不同DG之间无功合理分配和电压的稳定。 1下垂特性分析 微电网中的各DG通过逆变器和LC滤波器连接各自的馈线之后接入公共母线，LC滤波器滤除高次谐波并且不考虑非线性负载的约束，只对基波功率的平衡进行 调节。传统下垂控制结构如图1.1所示： c)系统电压 图3.3 离/并网改进下垂控制仿真图 图3.3 a)为改进后的分布式电源功率，可知加入补偿环节之后弥补了不同阻抗导致的功率 偏差，并且在模式切换时波动明显减小，在合理范围之中。电源的无功功率，加入虚拟阻抗 后使无功功率得到有效调节，并入电网的同时相比较与传统下垂有较大改善利于系统稳定。 图3.3 b)为电源频率，在改进的控制策略下频率虽然还存有些许波动，但波动幅值为0.02Hz 可忽略不计，有效的减少频率偏差。图3.3 c)为系统电压，系统运行模式的切换存有电压波动，加入补偿环节之后有效的解决了电压偏差的问题，并且电压波动比传统控制时的6V明显降低，其波动幅值为1.2V。综上，改进的控制策略有效的解决了无功分配的不合理性以及电压 偏差问题，同时减少了电网的损耗。 4总结 本文提出了一种基于改进下垂控制的微电网无功补偿技术，通过引入虚拟阻抗环节和电 压补偿环节在不影响系统原有功率输出的前提下实现了不同DG之间的无功功率合理分配。 同时，该策略在一定程度上减小了频率波动提高了稳定性，缩小了电压偏差量。利用系统仿 真模型验证了本文提出的改进下垂控制的正确性和有效性，具有一定的理论参考意义。 参考文献 [1]高坤,郑帅峰,辛宁怡, 等.基于改进下垂控制的微电网无功控制技术研究[J].电力电容器与 无功补偿,2018,39(5):149-154. [2]王凌云,周璇卿,李升, 等.基于改进功率环的微电网对等控制策略研究[J].中国电 力,2017,50(9):171-177. [3]朱一昕,卓放,王丰, 等.用于微电网无功均衡控制的虚拟阻抗优化方法[J].中国电机工程学报,2016,36(17):4552-4563. [4]陈燕东.微电网多逆变器控制关键技术研究[D].湖南:湖南大学,2014. [5]艾欣,金鹏,孙英云.一种改进的微电网无功控制策略[J].电力系统保护与控
储能逆变器的控制策略研究
储能逆变器的控制策略研究 发表时间：2018-05-30T10:13:41.427Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：杜学平 [导读] 摘要：目前我国经济发展十分快速，电力行业越来越普遍，随着分布式电源不断接入电网和微电网系统的发展，微电网对系统的运行稳定性及供电可靠性都提出了一定的要求。 （青岛科技大学自动化与电子工程学院山东青岛 266199） 摘要：目前我国经济发展十分快速，电力行业越来越普遍，随着分布式电源不断接入电网和微电网系统的发展，微电网对系统的运行稳定性及供电可靠性都提出了一定的要求。储能系统应运而生，储能系统可以存储过剩的电能，在发电能力较弱时再放出电能给负载供电，实现削峰填谷，完美解决新能源间歇性发电的问题。储能系统在微电网中发挥着非常重要的作用，而储能逆变器又是储能系统中的核心部分，因此储能逆变器的控制策略研究是非常有实用价值的。 关键词：储能；逆变器；控制策略；研究 1系统结构和基本原理 图1 系统结构简图 以电池为介质的储能系统主要由电池及其管理系统（风能、太阳能的储能系统）和能量转换系统（ＰＣＳ）两个部分组成（如图1所示）。电池通过ＰＣＳ与电网交换能量（或离网负载），根据实际需要储存或释放能量。作为电池与大电网之间接口的ＰＣＳ，实际上是大功率的电力电子变流器，此处ＰＣＳ特指储能逆变器（储能变流器）。 常见的储能逆变器分为单级型和多级型两种主要形式。单级型储能变流器的拓扑仅由一个ＡＣ／ＤＣ环节构成，其优点是结构简单、控制方法简便，逆变器损耗低，能量转换效率高。但是存在以下缺点：1）一个AC-DC不可以充分多路输出；2）电池电压的工作范围不能灵活控制；3）电池电压固定不能灵活分配。由于以上确定我们选择两多级型，我们选择两级，增加一级隔离DC-DC的控制，该级控制可以根据功率灵活的扩展DC-DC通道的数量和输出电压的大小（如图2所示）。 1.1 AC-DC部分介绍： AC-DC部分拓扑采用三电平，其中开关频率为20K，功率器件为：初步选定英飞凌的DF100R07W1H5FP_B3的IGBT模组。此部分效率可达到98%。在大功率PWM变流装置中，常采用三点式电路，这种电路也称为中点钳位型（Neutral Point Clamped）电路（如图3所示）。与两点式PWM相比，三点式PWM调制主要有以下优点，一是对于同样的基波与谐波要求而言，开关频率可以低得多，从而能够大幅度减少开关损耗；二是主功率器件断开时所承受的电压仅为直流侧电压的一半，因此这种电路应用在高电压大容量的产品上特别合适。在控制策略方面，在传统的PWM整流器双闭环控制的基础上，采用内模控制代替电流内环PI调节器，以提高系统的鲁棒性能、跟踪性能和动态响应能力。 图2 两级PCS框图图3 AC-DC主原理图 1.2 DC-DC部分介绍： DCDC部分拓扑采用CLLC准谐振开关技术，开关频率100K或者是更高频率，功率器件采用单管MOS并联组成（并联数量根据功率确定，具体原理框图见图4）。功率器件为：初步选定英飞凌的IRFP4668P6F。此部分效率可达到90%以上。隔离DC/DC部分采用CLLC谐振软开关技术，它应用谐振的原理，使开关器件中的电流（或电压）按照正弦或标准正弦规律变化。当电流通过零点时，使器件关断（或电压为零时，器件打开），从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题并且还能解决二极管反向恢复问题，对于由于硬开关引起的EMI 等问题也有很好的改善。这种拓扑结构，电路结构简单，工作效率高，并在输入电压和负载变化范围很宽的情况下依旧具有良好的电压调节特性，不仅可以在原边实现开关管 ZVS，还可以使副边整流管实ZCS，且原副边管子的电压应力较低。 图4 DC-DC 原理框图 2、几种必要的控制模式 2.1并网模式到孤岛模式： 储能逆变器并网模式到离网模式的切换分为两种主动切换和被动切换。主动切换指人为的把储能逆变器离网；被动切换指因电网故障或者电压过低等原因，储能逆变器受到不良影响，把储能逆变器切离电网ＰＷ。主动切换情况下，电网电压幅值和频率等指标正常，此时模式切换策略较为简单，只需要提供一个与电网电压相同的量作为离网模式下储能逆变器控制策略的参考值，在断开开关的同时控制方式切换为ＶＦ，电压外环给定值为电网电压幅值和频率。被动切换情况下，电网电压幅值和频率等指标可能不正常，此时的控制策略需参考
3微电网运行控制技术
微电网运行控制技术
国网电力科学研究院 2011.07.13
吴福保 (wufubao@https://www.wendangku.net/doc/435377687.html,)
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报 告 内 容
n 微电网的起源/定义/特征 微电网的起源/定义/ n 微电网系统的典型结构 n 微电网监控系统体系架构 n 微电网运行控制与模式切换 n 国网电科院微电网相关工作 n 国外微电网试点工程介绍
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1. 微电网的起源、概念、特征
1.1 微电网的起源
n 大量位置分散、形式多样、特性各异的分布式电源(DR)
简单并网运行对电网和用户造成的冲击。
u 电能质量问题 u 间歇性分布式发电（DG）控制困难 u 安全保护……
风力发电
建筑光伏
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1. 微电网的起源、概念、特征
1.1 微电网的起源
n 微电网作为分布式电源
接入电网的一种组织形 式具有积极的作用
u 实现多类型分布式电源
的协调控制
u 提高供电可靠性，满足
特定用户的供电服务要 求 源简单并网对电网的不 利影响……
u 减小高渗透率分布式电
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逆变器下垂控制原理及控制方法
2.逆变器并联下垂控制原理： 01 Z 02 Z 22 ?∠?1V ?∠? 图1.两台逆变器并联运行的等效电路 图1中，运用电路理论的知识，并忽略阻抗01Z 和02Z 中的阻性部分，可得出逆变器1输出地有功功率和无功功率的表达式为： 1 101 sin VV P X ?= ? 2 1101 cos VV V Q X ??-= 在并联逆变器输出电压相角??很小的情况下，s i n ???≈?和 cos 1??≈ 成立。将其代入有功功率和无功功率的公式可以知，逆变器输出地有功 功率主要由相角差??决定，而无功功率主要由幅值X V 决定。 基于以上分析，在逆变器并联系统中可以借助同步发电机的自下垂特性，引入有功功率和无功功率的调节作用，分别来调节逆变器输出电压的幅值和频率，即： 0x x x x m P ωω=- 0x x x x V V n Q =- 其中，x ω、0x V 分别为x 台逆变器空载时输出电压的频率和幅值，x m 、x n 分别为x 台逆变器输出电压的频率、幅值的下垂系数，如下图2所示。图2（a ）可以看出，由于逆变器自身特性的差异所造成的逆变器并联运行时输出功率的差异随着频率和幅值下垂系数的增大而减小，但是随着下垂系数的增大电压的偏离度也会随之增大。因此在实际设计中需要在负载均分度和电压偏离度之间进行折中考虑。图2（b ）表明利用下垂特性选择不同的下垂系数，可以使不同容量的逆变器并联运行并按其单位容量均分负载，其下垂系数选择如下： 11221122x x x x m S m S m S n S n S n S ===== =
图2.频率和幅值下垂特性 3.控制方法： 实际应用的外特性下垂并联控制方法主要是两种：一、负载电流前馈方式，二、减弱电压控制环方式。 负载电流前馈控制方法的特点是各个模块的电压调节器均为无静差的PI调节器，且电压环给定随着负载电流的增大而减小。 减弱电压环的控制框图如图3所示： 图3.减弱电压环方式的控制框图
微电网控制策略研究
微电网控制策略研究Last revision on 21 December 2020
微电网控制策略研究1.分布式电源及其等效模型 1.1分布式电源的定义 国际上关于分布式发电的定义较多，没有形成对分布式发电的统一定义，不仅不同国家和组织，甚至是同一国家的不同地区对分布式发电的理解和定义都不尽相同，以下是几种比较有代表性的：（1）国际能源署对分布式发电的定义为：服务于当地用户或当地电网的发电站，包括内燃机、小型或微型燃气轮机、燃料电池和光伏发电技术，以及能够进行能量控制及需求侧管理的能源综合利用系统；（2）美国《公共事业管理政策法》对分布式发电的定义为：小规模、分散布置在用户附近，可独立运行、也可以联网运行的发电系统；（3）丹麦对分布式发电的定义为：靠近用户，不连接到高压输电网，装机规模小于10MW的能源系统；（4）德国对分布式发电的定义为：位于用户附近，接入中低压配电网的电源。接入电压等级限制为20kV，主要包括光伏、风电和小水电；（5）法国对分布式发电的定义为：接入低压配电网，直接向用户供电的电源。接入电压等级限制为20kV，容量限制为10MW，主要是热电联产、小水电和柴油机。综合以上几种定义的共同点，可以认为分布式电源指的是以新能源发电为主，容量较小且靠近负荷中心的发电设备，如小型风力发电机和光伏电池等。 目前，微电网示范工程中的分布式电源主要包括柴油机、微型燃气轮机、小型水力发电机、小型风机、燃料电池和光伏电池，此外，还有少数的生物柴油机、液流电池、超级电容、飞轮储能等。
1.2分布式电源的并网方式 虽然各种分布式电源都可以接入微电网为负荷供电，但由于它们自身的一下特点和微电网对电能质量及供电可靠性的要求，各类分布式电源的并网方式不尽相同。小型水力发电机、鼠笼型异步风机和柴油机等小型常规发电机输出稳定，可直接并网。光伏电池、燃料电池和直流风机等直流分布式电源输出直流电，通常需要经逆变器接入交流微电网，这种并网方式称为直—交式并网。微型燃气轮机和同步风力发电机输出幅值频率变化的交流电电气量,需要整流逆变后才能并网，这种并网方式称为交—直—交并网，对应的分布式电源统称交直