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微网中分布式电源逆变器的多环反馈控制策略

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资料介绍

对微网分布式电源逆变器进行了多环反馈控制器的设计与研究.在分析采用闭环控制的逆变器输出阻抗受线路参数和控制器参数影响的基础上,进行内环电压电流控制器的设计,电压控制器采用PI控制器稳定负荷电压,采用比例环节的电流控制器提高系统响应速度,并且设计控制器参数使输出阻抗为感性阻抗.在此基础上利用下垂特性设计外环功率控制器,实现微网内多逆变单元间的无线通信控制.所设计的多环控制器使微网联网运行时可以输出高质量的电能.当电网发生故障,微网由联网模式转到孤岛模式,分布式电源将自动调节功率输出,实现功率共享且不同模式之间的平滑切换.仿真结果证明了控制方案的有效性.

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V01．24 No．2

2009

2009年2月

电工技术学报

TRANSACTl0Ns OFCHINAELEcTROTECHNICALSOCIETY

Feb．

第24卷第2期

微网中分布式电源逆变器的

多环反馈控制策略

王成山肖朝霞王守相

(天津大学电力系统仿真控制教育部重点实验室天津

300072)

摘要对微网分布式电源逆变器进行了多环反馈控制器的设计与研究。在分析采用闭环控制

的逆变器输出阻抗受线路参数和控制器参数影响的基础上，进行内环电压电流控制器的设计，电

压控制器采用PI控制器稳定负荷电压，采用比例环节的电流控制器提高系统响应速度，并且设计

控制器参数使输出阻抗为感性阻抗。在此基础上利用下垂特性设计外环功率控制器，实现微网内

多逆变单元间的无线通信控制。所设计的多环控制器使微网联网运行时可以输出高质量的电能。

当电网发生故障，微网由联网模式转到孤岛模式，分布式电源将自动调节功率输出，实现功率共

享且不同模式之间的平滑切换。仿真结果证明了控制方案的有效性。

关键词：分布式发电微网逆变器多环反馈控制器

中图分类号：TM464；TM711

Feedback

Control Scheme for Inverters of

Loop

Multiple

the Micro Source in

Microgrids

Xiao Zhaoxia

Wang Chengshan

Wang Shouxiang

300072 China)

(Tianjin University Tianjin

Abstract

feedback

on the

control scheme for micro source inverters in

multiple

loop

Microgrid

in this

line

the

the inverter

impedance

output

influenced

developed

paper．Based

analysis

and the controller

and the current controllers in the

impedance parameters

parameters，the voltage

are

to make the load

stable．The current

inner-loop

designed．The

voltage regulator

applied

voltage

the

uses the

the

dynamic performance．After

loop

proportional regulator

improve

impedance，the power ^controller

characteristics to achieve the wireless communication between

output impedance

based on the

produced

as an inductance

in the

designed

outer-loop

inverters in

Microgrid

droop

paralleled

Microgrid．

can

expoa

With the

of the

feedback

multiple

controller,the

implementation

loop

under the

mode to

mode．When the

fault

runs

Occurs，the

high-quality power

grid—connected

utility

Microgrid

from

the

mode，and

controller will

the active and

grid-connected

islanding

designed

regulate

reactive

Also，the

show the

flow and enable

between the

micro sources in the

power

power sharing

paralleled

Microgrid．

controllercan make the conversion between different modes seamless．The simulation results

of the

scheme。

proposed

validity

feedback

controller

loop

Keywords：Distributed

generation，microgrid，inverter，multiple

教育部科学技术研究重大项目(306004)和国家自然科学基金(50625722)资助项目。

收稿日期2007—06．30改稿日期2007．12．25

万方数据

101

第24卷第2期

王成山等微网中分布式电源逆变器的多环反馈控制策略

简单，性能优良的特点，为进一步的硬件实现奠定

了基础。算例仿真结果证明了控制方案的合理性和

有效性。

引言

近几年，功率在100kW左右的分布式电源获得

了很好的应用D-3]。这些分布式电源主要包括微型燃

气轮机、燃料电池、光伏发电装置和风力发电机等。

分布式电源和储能设备(蓄电池、高速飞轮等)一

起可组合成微型电网(简称微网)向关键负荷高质

量地不间断供电【4一l。微网内的分布式电源一般需要

通过控制灵活的电力电子装置连接到电网。例如一

种常见的选择是利用电压源逆变器将分布式电源并

入常规电网16-71。微网存在两种典型的运行模式，正

常情况下微网与常规电网并网运行，称为联网模式；

当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微网

将及时与电网断开运行于孤岛模式。微网控制器需

要根据实际运行条件的变化实现两种模式之间的平

滑切换。

2微网结构

图1为将多个分布式电源构成微网后接入配电

网的示意图。

置

无论是并网运行模式还是孤岛运行模式，都需

要对微网中的各个分布式电源进行有效控制，以维

持电压和频率在允许的变化范围之内。尤其在孤岛

运行模式下，由于分布式电源不再利用并联运行的

常规电网获得电压和频率参考，此时的控制将更加

复杂。对微网中分布式电源的控制可以采取两种策

略：①主从控制策略。这种控制策略需要将各分布

式电源的相关信息集中到控制中心，在分析计算的

基础上对各电源下发控制信息。因此，这种簧略需

要有相应的通信线路以传递采集和控制信息。②分

散控制策略。正像常规电力系统中发电机的电压和

频率控制一样，这种控制策略要求每个分布式电源

根据自己局部的相关信息进行独立控制。其优点不

仅仅是不需要相应的通信环节，更重要的是可以实

现分布式电源的即插即用，灵活方便地组成微网。

相比而言，分散控制策略更加具有优势。在分散控

制策略中，采用下垂控制是常见的方法【8-101。但多

数文献都将常规高压系统的下垂特性直接应用于低

压微网，缺乏对其应用可行性的分析【8】。而另一些

直接在逆变器的输出端加入大电感以确保输出阻抗

呈感性【9】，这样带来了线路压降增加和费用增加的

问题。

图1 微网结构图

Schematic ofthe

Microgrid

Fig．1

在微网中，分布式电源一般需要配备储能装置

以高质量地向负荷供电。当分布式电源需要通过逆

变器与常规配电系统相连时，若电源和储能装置的

容量足够大，则图1中每一条分支可用图2的等效

电路进行控制特性研究，此时可假定逆变器直流侧

电容电压K。基本维持不变。

图2徼网中分布式电源多环控制器示意图

of the inverter

The

control schematic

Fig．2

multipleloop

in the

Microgrid

图2中，由电压源逆变器组成的逆变电路采用

本文深入探讨了微网分布式电源的分散控制策

略，分析了逆变器输出阻抗受控制器参数的影响，

在此基础上将电压一无功功率和频率一有功功率的

下垂特性应用于微网中并行的分布式电源，并进行

了多环反馈控制器设计，实现了微网在不同运行模

式下稳定运行。所设计的多环反馈控制器具有原理

SPWM调制。设i=a，b，c，Lft、Cfi、Rff是三相滤波电

感、滤波电容和阻抗，乃是三相负载阻抗，经过线

路接到配电馈线，线路电阻和电感为风、厶。逆变

器输出电流为finv，，滤波电容电流为fcf，负载电流

为“，，流向馈线的电流为如，逆交器输出电压为

Ⅵ，负载电压为Ⅵdf(即滤波电容电压)，馈线电压

万方数据

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