基于小信號(hào)模型的分布式發(fā)電交流微網(wǎng)穩(wěn)定性與運(yùn)行控制研究.pdf

1、新能源分布式發(fā)電作為傳統(tǒng)能源短缺與環(huán)境問題的有效解決方案之一，近年來在學(xué)術(shù)與實(shí)際工程中得到了廣泛的研究與應(yīng)用。交流微網(wǎng)通過將分布式新能源發(fā)電單元與儲(chǔ)能元件結(jié)合組織成一個(gè)微型電力網(wǎng)絡(luò)，滿足本地負(fù)荷調(diào)度需求，并實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)剛性電網(wǎng)的無縫連接與交互。本文聚焦于分布式發(fā)電交流微網(wǎng)的穩(wěn)定性與運(yùn)行控制技術(shù)，建立了基于輸入-輸出穩(wěn)定性判據(jù)的多能源混合發(fā)電交流微網(wǎng)模型，并以此小信號(hào)模型為基礎(chǔ)，提出了并網(wǎng)功率潮流優(yōu)化與有源阻尼控制策略，分析與拓展了基于逆變

2、器自身輸出阻抗特性的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)與穩(wěn)定性解決方案，并且完成了對(duì)低頻有源阻尼控制方法的分類、性能評(píng)估比較與功能拓展。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過對(duì)微網(wǎng)中不同發(fā)電單元的接口變換器輸出外特性進(jìn)行分析，將其總結(jié)分類為電壓源控制型與電流源控制型兩種。進(jìn)而將電壓源控制型逆變器建模為戴維南等效電路，電流源控制型逆變器表示為諾頓等效電路，并且利用基爾霍夫電流定律與電壓定律可以獲取整個(gè)交流微網(wǎng)的系統(tǒng)特性方程。其中，電壓源控制中包含功率下垂環(huán)路和

3、電壓電流控制環(huán)路，電流源控制中包括功率控制環(huán)路與電流控制環(huán)路。根據(jù)不同控制環(huán)路的控制對(duì)象與帶寬范圍，結(jié)合系統(tǒng)工作模式的不同，進(jìn)一步將系統(tǒng)特性方程劃分為功率控制方程與電壓電流控制方程，利用輸入-輸出穩(wěn)定性準(zhǔn)則進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性判定，闡明了不同控制環(huán)路的穩(wěn)定性頻域，所得到的小信號(hào)模型可推廣應(yīng)用于系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化配置與穩(wěn)定性分析。⑵探究了傳統(tǒng)下垂電壓源控制型逆變器并網(wǎng)模式下的功率潮流控制特性，闡明其對(duì)于實(shí)際非理想電網(wǎng)的電壓幅值與頻率波動(dòng)會(huì)出現(xiàn)跟隨性波

4、動(dòng)，并且無功潮流的精確調(diào)度無法保證。提出了利用公共耦合點(diǎn)(Power Coupling Point，PCC)電壓引入電網(wǎng)電壓幅值與頻率前饋，可以有效跟蹤電網(wǎng)波動(dòng)特性，獲取良好的功率潮流調(diào)度。另外考慮實(shí)際應(yīng)用可行性，提出了利用濾波電容電壓引入電網(wǎng)電壓幅值與頻率前饋以跟蹤電網(wǎng)特性，抑制了功率潮流的波動(dòng)，避免分布式發(fā)電中電網(wǎng)電壓或者PCC電壓的實(shí)際測量。采用輸出電壓幅度控制的方式引入積分項(xiàng)至無功下垂環(huán)路中，實(shí)現(xiàn)無功閉環(huán)精確控制。通過引入前饋與

5、電壓幅度控制，保證了并網(wǎng)有功潮流與無功潮流的精確跟蹤，下垂控制的無縫模式切換特性仍然得到了有效發(fā)揮。修改下垂控制器提高了控制自由度，實(shí)現(xiàn)了低頻有源阻尼，抑制了低頻振蕩的引入，提升了穩(wěn)定裕度。⑶將逆變器的等效輸出阻抗劃分為虛擬阻抗、逆變器自身輸出阻抗與輸出側(cè)阻抗三部分，揭示了各自的主導(dǎo)頻域，重點(diǎn)論述了逆變器自身輸出阻抗對(duì)于電壓不平衡、諧波以及負(fù)載切換動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，闡明了低頻諧振與逆變器自身輸出阻抗的對(duì)應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證了逆變器自身輸出阻抗對(duì)于

6、穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)性能的影響。提出了逆變器側(cè)電流前饋控制策略，改變了輸出阻抗特性，引入了等效負(fù)阻抗效應(yīng)抵消逆變器自身輸出阻抗的影響，避免引入輸出側(cè)電流測量。所引入的負(fù)阻抗與逆變器自身輸出阻抗成近似線性關(guān)系，通過改變前饋系數(shù)即可調(diào)節(jié)阻抗大小，無需精確測量線路阻抗，簡化了負(fù)阻抗設(shè)計(jì)。提出的前饋控制策略，提高了穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)性能，改善了逆變器在孤島模式下的負(fù)載適應(yīng)能力。⑷從下垂電壓源控制型逆變器的戴維南等效模型出發(fā)，提出將低頻有源阻尼控制方法總結(jié)分類