微網(wǎng)逆變器系統(tǒng)建模及無功分配研究.pdf

1、在交流微網(wǎng)中，微網(wǎng)逆變器作為分布式電源與微網(wǎng)的接口，需具有支撐微網(wǎng)電壓幅值和頻率、分配負載功率、平穩(wěn)功率波動等重要功能。作為確保微網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)，關(guān)于微網(wǎng)逆變器的相關(guān)問題研究越發(fā)顯得重要。本文以“微網(wǎng)逆變器系統(tǒng)建模及無功分配研究”為題，針對不同電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的微網(wǎng)系統(tǒng)進行了小信號建模與分析，探討了微網(wǎng)逆變器無功分配策略，就傳輸阻抗的優(yōu)化設(shè)計以及虛擬電抗的實現(xiàn)展開了研究。主要研究及創(chuàng)新點包括:
　　(1)對微網(wǎng)系統(tǒng)建模時，應(yīng)體現(xiàn)

2、各微網(wǎng)逆變器之間的交互作用以及電力網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特性。如果將微網(wǎng)逆變器看作理想受控電壓源或者忽略電力網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特性，將導(dǎo)致微網(wǎng)系統(tǒng)模型與實際微網(wǎng)系統(tǒng)之間存在誤差。本文首先對一種由基本的串聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)組成的混合結(jié)構(gòu)微網(wǎng)系統(tǒng)進行小信號建模，其具體步驟為，在對微網(wǎng)系統(tǒng)的三個子模塊（即微網(wǎng)逆變器子模塊、電力網(wǎng)絡(luò)子模塊和負載子模塊）分別建模后，利用坐標(biāo)變換將三個子模塊的模型統(tǒng)一到公共參考坐標(biāo)系，從而構(gòu)建出混合結(jié)構(gòu)微網(wǎng)系統(tǒng)小信號模型;接著在混合結(jié)構(gòu)

3、微網(wǎng)系統(tǒng)小信號模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出目前研究較為普遍的并聯(lián)結(jié)構(gòu)微網(wǎng)系統(tǒng)小信號模型，其中包括阻感性負載和阻性負載兩種情況;利用特征值靈敏度和參與因子分析法對帶阻性負載的并聯(lián)結(jié)構(gòu)微網(wǎng)系統(tǒng)進行了仿真分析，為系統(tǒng)電氣元件以及控制器參數(shù)的選擇提供了可靠的理論依據(jù)，從而指導(dǎo)微網(wǎng)系統(tǒng)實驗研究;通過時域仿真，驗證了并聯(lián)結(jié)構(gòu)微網(wǎng)系統(tǒng)小信號建模及分析的正確性。
　　(2)在探討現(xiàn)有典型無功分配策略過程中，重點針對輸出阻抗法和虛擬阻抗法，在綜合考慮微網(wǎng)逆

4、變器輸出阻抗、線路阻抗和虛擬阻抗的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一就這兩種無功分配策略的PQ解耦機理進行了分析與證明，明確了下垂控制器額定電壓的設(shè)定原則;利用單位傳輸阻抗和相對功率分配偏差的概念研究了下垂控制在工程實現(xiàn)中需要注意的問題;由于負載效應(yīng)和Q-E下垂會導(dǎo)致PCC電壓幅值降落嚴重，影響微網(wǎng)供電質(zhì)量，故針對低壓微網(wǎng)，對傳統(tǒng)Q-E下垂無功分配策略進行了改進，該改進型無功分配策略先在DG單元輸出端引入虛擬電抗，令傳輸阻抗為感性，以解除有功和無功二者之間的

5、耦合（僅為了解耦而不需要解決傳輸阻抗失配問題，可大大減小引入的虛擬電抗），從而達到應(yīng)用下垂控制的前提條件，再將微網(wǎng)額定電壓幅值與PCC電壓幅值的差值乘以比例系數(shù)后引入到傳統(tǒng)Q-E下垂控制中，該改進型無功分配策略既能實現(xiàn)準確分配無功功率，又能有效減小因負載效應(yīng)和Q-E下垂而導(dǎo)致的PCC電壓幅值降落。圍繞該改進型無功分配策略展開的研究包括:先給出并分析了該改進型無功分配策略的控制結(jié)構(gòu)，量化分析了用接入開關(guān)網(wǎng)側(cè)電壓幅值替代PCC電壓幅值以實現(xiàn)

6、該改進型無功分配策略的前提條件;其次利用相對功率分配偏差的概念，對該改進型無功分配策略中全局設(shè)定值誤差造成的功率均分偏差進行了分析;接著對該改進型無功分配策略進行了小信號穩(wěn)定性分析;最后就傳統(tǒng)無功分配策略與改進型無功分配策略進行了仿真對比。
　　(3)由于傳輸阻抗對微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和暫態(tài)性能的影響較大，故針對傳輸阻抗的優(yōu)化設(shè)計顯得尤為重要。本文以一種表達形式簡潔的微網(wǎng)小信號模型為基礎(chǔ)，在考慮DG單元功率傳輸能力、PQ解耦、并網(wǎng)模式

7、和孤島模式下微網(wǎng)的穩(wěn)定性和小干擾暫態(tài)性能，給出了一種傳輸阻抗優(yōu)化設(shè)計方法，為實際中傳輸阻抗的選擇，特別是虛擬阻抗的選擇，提供了有力的依據(jù);針對求導(dǎo)法和坐標(biāo)變換法在非線性負載條件下會造成微網(wǎng)逆變器輸出電壓畸變的問題，提出了一種基于二階通用積分器(Second Order Generalized Integrator，SOGI)的三相虛擬電抗實現(xiàn)方法。圍繞基于SOGI的三相虛擬電抗實現(xiàn)方法展開的研究包括:在線性負載和非線性負載條件下，對求導(dǎo)

8、法、坐標(biāo)變換法及SOGI法實現(xiàn)的虛擬電抗的電壓進行了仿真對比;針對求導(dǎo)法、坐標(biāo)變換法和SOGI法實現(xiàn)的三相虛擬電抗對微網(wǎng)逆變器輸出特性的影響進行了對比研究;利用微網(wǎng)系統(tǒng)仿真平臺，對通過SOGI法引入虛擬電抗的虛擬阻抗法無功分配策略進行了均流效果仿真，對通過求導(dǎo)法、坐標(biāo)變換法和SOGI法引入虛擬電抗時微網(wǎng)逆變器輸出電壓的畸變率進行了仿真對比。
　　(4)為了驗證微網(wǎng)系統(tǒng)實驗平臺設(shè)計的正確性，在該平臺上做了傳統(tǒng)下垂控制實驗，其中包括單