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低压微电网电压控制器研究

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研究应用储能装置结合电力电子变换器构成微网电压控制来辅助调节控制微网电压,提出一种通过电压控制器输出的有功功率和无功功率来稳定公共连接点(PCC)电压的方法.分析PCC点电压波动的原因,并阐述稳定PCC点电压的原理与控制方法,提出电压控制器采用有功滞环模式控制结合无功控制能在更大范围内稳定PCC点电压,并与单独调节有功方法进行比较.最后通过系统实验证明了调整电压控制器输出功率稳定PCC点电压的正确性和有效性.

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第34卷第5期

2013年5月

太阳能学报

ACTA ENERGIAE SOLARIS SINlCA

May，2013

文章编号：0234-0096(2013)05-0787-07

低压微电网电压控制器研究

朱艳萍，李

昕，吕庆秋，郑德忠，孙孝峰

(燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室，秦皇岛066004)

摘要：研究应用储能装置结合电力电子变换器构成微网电压控制来辅助调节控制微网电压，提出一种通过电压

控制器输出的有功功率和无功功率来稳定公共连接点(PCC)电压的方法。分析PCC点电压波动的原因，并阐述稳

定PCC点电压的原理与控制方法，提出电压控制器采用有功滞环模式控制结合无功控制能在更大范围内稳定PCC

点电压，并与单独调节有功方法进行比较。最后通过系统实验证明了调整电压控制器输出功率稳定PCC点电压的

正确性和有效性。

关键词：分布式发电；微电网；微电源；公共连接点；电压控制器

中图分类号：TM46

文献标识码：A

靛。

0引言

1微网PCC点电压分析

用电系统电压不稳定问题一直备受关注，在传

统电网中，有载调压器和无功补偿装置可有效稳定

电网中的电压。有载调压器是可调节变比的变压

电能质量问题通常表现为电压骤降、电压骤升、

电压闪变、供电中断、三相不平衡和谐波问题等。其

中，前3种问题都与电压的控制好坏密切相关。微

网并网时的系统结构图如图I所示，图中电压控制

器具体结构如图2所示。

器，将电网电压作为被控对象引入到控制系统中，当

电网电压变化时，调节变压器的分接头改变变比，达

到稳定电网电压的目的；但其响应速度慢，且有可能

引起电能供需不平衡而造成系统不稳定。无功补偿

装置基于电网线路的阻抗特性为感抗，通过向电网

注入或吸收无功来稳定电网电压。

近年来由于可再生能源的迅速发展，基于分布

式发电的微电网成为研究的热点¨ qJ。虽然微网中

的新能源环节对电压有支撑作用，但由于其容量较

小，更易受负载及分布式能源特性的影响，且微电网

的应用环境通常为中、低压系统，线路的阻抗特性不

再主要是感性，因而需重新考虑微电网中的稳压方

法。微网中并网逆变器通常采用类似于传统电网中

的下垂控制理论，可满足即插即用的要求，但该控制

更多考虑不同微源间均分负载的要求，并根据微网

公共连接点(PCC)电压调节输出功率。本文提出一

种基于储能环节的电压控制器，该控制器采用有功

滞环模式控制结合无功控制维持PCC点电压的

公共连接点(PCC)

图1

微电网中的简单的稳压系统结构图

Fig．1

simple voltage regulator system

structure

diagram

micro-画d

图l中弘为微网并网处的前级电网电压，经过

一固定的传输线路，与配电网相连，连接点电压为

巩。图l中假设有两个微源DG。(PG。、QG。)和DG：

收稿日期：2011-04-22

基金项目：国家自然科学基金重点项目(51077112)；河北省自然科学基金(E2012203163)

通讯作者：孙孝峰(1970一)，男，博士、教授、博士生导师，主要从事高频功率变换拓扑及波形控制、电能质量控制、新能源变换与

组网技术方面的研究。sxf@ysu，edu．cn

万方数据

34卷

太

阳

能

学

报

2微网电压有功滞环模式调节

微网通常采用的低压传输线路与传统高压传输

线路在特性上有很大的不同，如表1所示‘6】。

表1线路阻抗参数

line

Table

Typical

parameters

图2电压控制器结构图

controller

voltage

Diagram

Fig．2

(P盘、Q位)，负载(P。、Q。)，电压控制器(P。、Q。)等。

在本系统中，将流出公共连接点的功率设为正，流人

该节点的功率则为负。接人PCC点的微电源DG。、

低压微网线路特性中阻抗的比例明显多于感抗，

线路主要呈现阻性特性。由式(1)可知，PCC点电压

更多受微网中微电源提供的有功和负载消耗的有功

之差影响，即受电网向微网提供的有功功率的影响。

DG2被认为是要向电网送入功率，所以P。。、QG。、

P∞、Q晓均为负值，电压控制器既可向电网输送功

率，在一定条件下也可从电网吸收功率。即为± P。

和± Q。。可知U，与％之间的电压差为线路阻抗z

上的压降。其关系如式(1)所示：

电网注入微网的有功功率越多，PCC点电压％

越低，反之则越高。当微电网中的负载发生变化或

有微源切入切出时，可通过控制电压控制器有功功

率的输出来维持主电网向微网注入有功功率的恒

定，这样就可使以维持稳定。通常情况下，负载可

适应母线电压在一定范围内波动，而下垂特性控制

％=Ul一[R(一PGl一PG2+PL± Pc)+

x(一QGl一QG：+QL± Qc)]／％

(1)

从式(1)中可看出，微源与负载的切人切出均

会引起电压巩发生变化。与传统电网不同，传统电

网由于系统的冗余性大，单个电源或负载的切入切

出不会引起母线电压明显的变化，但在微电网中，系

本身就属于有差调节，鉴于储能环节希望保持最小

功率输出，其控制原理如图3所示。

％

21．

-——J——一——

尸

统容量、冗余性及时间常数均较小，这种切入切出会

明显影响系统母线电压的稳定。

、‘j

一

局

％

图2中的电压控制器为采用电力电子装置的电

压稳定器，由三相变流器及储能环节组成，储能环节

由燃料电池和超级电容组成，脉动性能量由超级电

容输出或储存，稳定性大容量能量由燃料电池输出。

罗

／

凡

／!一

／ji

一c5j矿。

逆变器有多种控制方法，图2所示控制系统中，面

％

％：％

％：uf：玩

坐标下电流参考信号厶，和Iq。经电流控制器转换成

三相电压参考信号u。uh和u。。，并经PWM控制环

节，控制开关管的通断。厶，和，d，通过并网功率指令

求得，本文将重点研究如何通过并网功率调节来支

撑PCC电压。

图3

电压控制器有功滞环模式调节

mode

regulation

Active

Fig．3

power hysteresis

controller

voltage

由于微网的线路阻抗特性与传统电网有很大不

同，PCC点电压不仅受无功影响，也受有功影响。

因而传统的无功补偿装置在低压微电网中不能达到

很好的稳压效果【4J。电压控制器能很好解决这一

问题，因而得到越来越多的关注15J。

图3中P岫和P。一为由电压控制器容量等级所

决定的能吸收和输出的最大功率；Po、P。为系统中根

据式(1)微网中微源输出功率与负载吸收功率之差

在规定的上限和下限范围内时，电压控制器发出的功

率；E、P。、Po、Vo为电压控制器滞环控制参数。

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