微電源并網(wǎng)同步檢測(cè)與定功率輸出控制技術(shù)研究.pdf

1、作為可再生能源與分布式發(fā)電的有效組織方式，微電網(wǎng)既可并入大電網(wǎng)運(yùn)行，也可自成體系而獨(dú)立運(yùn)行。獨(dú)立運(yùn)行的微電網(wǎng)必須滿足功率平衡以支撐其電壓與頻率的穩(wěn)定性，這就對(duì)并入微電網(wǎng)的各種微電源以及儲(chǔ)能裝置提出了較高要求,與傳統(tǒng)的大型發(fā)電機(jī)不同，微電源的輸出特性各異，且具有典型的間歇性和隨機(jī)性特征，多數(shù)基于電力電子逆變拓?fù)洳⑷胛㈦娋W(wǎng)。因逆變拓?fù)淇刂婆c微電網(wǎng)參數(shù)的交互耦合影響，將給微電源并網(wǎng)帶來(lái)一些亟待解決的新問(wèn)題，包括并網(wǎng)逆變器的同步相位檢測(cè)方法、三

2、相逆變橋路的暫態(tài)保護(hù)技術(shù)等，這些問(wèn)題的有效解決可提高微電源并網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)的功率平衡以及電壓與頻率穩(wěn)定，要求各個(gè)微電源及儲(chǔ)能裝置必須按照調(diào)度分配的指定功率進(jìn)行發(fā)電，這迫切需要針對(duì)各種微電源和儲(chǔ)能裝置的輸出特性，研究相應(yīng)的定功率輸出控制策略。探索這些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決方案，即構(gòu)成了本文研究的主要內(nèi)容。
　　 多數(shù)微電源采用電流控制型電壓源逆變器并入微電網(wǎng)。因線路電感與功率器件開(kāi)關(guān)過(guò)程的交互作用，將在并網(wǎng)接入點(diǎn)

3、電壓上疊加一定幅值的開(kāi)關(guān)紋波電壓，導(dǎo)致實(shí)際過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻的多過(guò)零點(diǎn)現(xiàn)象，造成較大的電壓相位跟蹤誤差。基于動(dòng)態(tài)特性分析和實(shí)驗(yàn)，本文系統(tǒng)研究了線路電感對(duì)接入點(diǎn)電壓波形的影響機(jī)制，證明采樣電壓的多過(guò)零點(diǎn)區(qū)域關(guān)于實(shí)際微電網(wǎng)電壓的過(guò)零點(diǎn)具有嚴(yán)格的左右對(duì)稱特征，并藉此提出一種改進(jìn)的電壓過(guò)零點(diǎn)相位檢測(cè)算法，適用于單開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的多個(gè)過(guò)零點(diǎn)情形。針對(duì)開(kāi)關(guān)電壓紋波較大的工況，將鎖相環(huán)技術(shù)和傅立葉級(jí)數(shù)計(jì)算相結(jié)合，提出一種準(zhǔn)確跟蹤微電源并網(wǎng)接入點(diǎn)電壓相位的新方法，

4、并針對(duì)滯環(huán)電流控制方法，論證了基于傅立葉級(jí)數(shù)法計(jì)算電壓幅值和相位的準(zhǔn)確度，并不受逆變器直流側(cè)電壓、線路電感及開(kāi)關(guān)電壓的影響。為進(jìn)一步提高相位跟蹤的實(shí)時(shí)性，并有效抑制外來(lái)干擾以及開(kāi)關(guān)電壓紋波的影響，研究提出了基于“過(guò)采樣”技術(shù)的改進(jìn)型三相軟件鎖相環(huán)算法，利用工頻周期的8k分解和加權(quán)均值處理，可有效抑制不利因素的影響，特別適用于三相三線制系統(tǒng)。仿真分析和物理實(shí)驗(yàn)都表明上述相位檢測(cè)與跟蹤方法的有效性。
　　 針對(duì)三相逆變橋路的暫態(tài)保護(hù)

5、問(wèn)題，通過(guò)建立基于器件雜散參數(shù)的等效電路模型，對(duì)微電源并網(wǎng)逆變橋的橋臂直通現(xiàn)象進(jìn)行了深入分析，揭示了瞬間沖擊尖峰電流的產(chǎn)生機(jī)理，推導(dǎo)出尖峰電流幅值與瞬時(shí)變化率的計(jì)算公式。在理論分析和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，基于LCRD組合網(wǎng)絡(luò)，提出一種微電源并網(wǎng)逆變橋的瞬態(tài)沖擊保護(hù)新拓?fù)洌敿?xì)分析了其工作機(jī)理，并藉此給出了拓?fù)鋮?shù)的有效選擇準(zhǔn)則。實(shí)驗(yàn)研究表明，提出的沖擊保護(hù)拓?fù)淇梢种乒β势骷_(kāi)關(guān)瞬態(tài)過(guò)中的沖擊電流幅值以及瞬時(shí)電流與瞬時(shí)電壓變化率，有效防止開(kāi)關(guān)

6、器件出現(xiàn)誤觸發(fā)和損壞，實(shí)現(xiàn)三相逆變器的正常工作和微電源的可靠并網(wǎng)。微電網(wǎng)正常運(yùn)行的前提條件是保證發(fā)電和用電設(shè)備之間的有功與無(wú)功功率平衡，以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)的電壓與頻率穩(wěn)定，這要求對(duì)微電源及儲(chǔ)能實(shí)施定功率控制。本文基于理論分析和實(shí)驗(yàn)，以太陽(yáng)能光伏發(fā)電陣列、蓄電池儲(chǔ)能裝置和風(fēng)力發(fā)電裝置為主要受控對(duì)象，系統(tǒng)研究了微電源及儲(chǔ)能裝置的定功率輸出控制問(wèn)題。
　　 基于光伏電池單元的基本參數(shù)關(guān)系，導(dǎo)出了光伏電池陣列輸出特性的單調(diào)函數(shù)關(guān)系，這為研究

7、相應(yīng)的定功率輸出快速跟蹤控制方法奠定了理論基礎(chǔ)。提出了基于高階構(gòu)造函數(shù)的光伏電池陣列定功率輸出控制方法，所構(gòu)造的函數(shù)在光伏陣列給定輸出功率點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)為零，且二階導(dǎo)數(shù)小于零，使得光伏電池陣列由當(dāng)前輸出功率向給定功率自適應(yīng)逼近，可大幅度提高功率跟蹤的響應(yīng)速度?；趨⒖级搪冯娏鞣ê烷_(kāi)路電壓法，推導(dǎo)出高階構(gòu)造函數(shù)中各參數(shù)的計(jì)算公式。進(jìn)一步建立了基于上述方法的非線性控制系統(tǒng)模型，基于小電壓擾動(dòng)和線性化方法分析了影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，并給出控制參

8、數(shù)的取值準(zhǔn)則與范圍。針對(duì)所提出的定功率輸出跟蹤控制方法，開(kāi)展了仿真和實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了該方法的有效性和快速性。
　　 針對(duì)微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)儲(chǔ)能蓄電池的定功率充放電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基于坐標(biāo)變換推導(dǎo)出三相交流側(cè)指令電流的計(jì)算方法，并將滑模變結(jié)構(gòu)控制理論引入到輸出電流的跟蹤控制中，基于離散趨近率函數(shù)參數(shù)的自適應(yīng)變化，提出一種自適應(yīng)的離散滑模變結(jié)構(gòu)電流控制方法，可有效實(shí)現(xiàn)蓄電池充放電電流的實(shí)時(shí)跟蹤與柔性控制。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的深入分析，獲得了控制

9、參數(shù)應(yīng)滿足的臨界條件與定量關(guān)系式，可用于控制參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。構(gòu)建了儲(chǔ)能蓄電池的定功率充放電系統(tǒng)仿真模型與實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明該控制方案可較好地實(shí)現(xiàn)蓄電池的定功率充放電功能，且系統(tǒng)對(duì)外界干擾和參數(shù)攝動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性。
　　 針對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)的定槳距雙饋風(fēng)力發(fā)電單元，通過(guò)改變風(fēng)輪機(jī)葉尖速比，建立電磁輸出功率的有效控制方法。進(jìn)一步研究了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速突變時(shí)輸出功率的波動(dòng)現(xiàn)象，提出一種基于超級(jí)電容器緩沖的實(shí)時(shí)功率補(bǔ)償方法，