微电网的功率分配及并网预同步控制研究

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经济的发展带来了严重的能源短缺与环境问题,广泛应用清洁无污染的可再生能源成为未来能源发展的必然趋势,利用太阳能、风能等可再生能源进行发电的分布式发电技术受到了越来越多人的关注,但是由于地理、气候等因素的影响,光伏与风电输出的电能容易产生波动,将其直接与电网相连可能会降低电网的电能质量。为了充分发挥分布式发电技术的优点并降低其带来的不利影响,微电网技术应运而生。微电网是将分布式电源、负荷、储能系统、变流器以及监控保护等装置有机结合在一起的小型发配电系统。微电网的稳定高效运行离不开良好的控制方式,而对微电网的控制主要体现在对微网逆变器的控制上。本文以微电网中三相逆变器为研究对象,在逆变器的控制策略上选择下垂控制方式。在含有多个分布式电源的微电网中,根据传统下垂控制输出特性曲线进行分析,可知系统的有功功率可以按照分布式电源的容量比例进行分配,但是由于逆变器输出端电压会因为线路阻抗的不同而受到影响,进而影响各个逆变器不能按照容量的比例输出无功功率,且微网逆变器应用下垂控制会使得母线电压幅值与系统频率降低,与大电网的电压存在一定的偏差。希望在传统下垂控制的基础上,通过改进逆变器的控制策略,在任意线路阻抗的条件下,都能实现系统的无功功率合理分配,并且能够根据需要完成微电网平滑并网的控制目标。本文首先介绍了微电网的孤岛与并网两种运行模式以及微电网的控制策略和微网逆变器的三种控制策略。建立了三相逆变器的数学模型,在传统下垂控制的基础上对单台逆变器进行仿真分析。然后在两台逆变器并联的微电网中,分析微电网中有功功率和无功功率的分配机理,得出影响无功功率合理分配的因素以及传统下垂控制的局限性。接下来,介绍了虚拟阻抗法的原理,通过在逆变器中加入虚拟阻抗环节来减弱传统下垂控制带来的不利影响,但是固定阻值的虚拟阻抗仍然不能消除系统中的无功功率分配误差。之后,在其基础上提出自适应虚拟阻抗的控制方法并且建立自适应虚拟阻抗数学模型,通过在有功下垂方程中加入无功量的方式得到有功功率的变化量,进而通过反馈得到自适应虚拟阻抗的值,最终达到无功功率的精确分配,消除无功功率分配误差。另外,由于采用下垂控制的逆变器会造成的母线电压幅值与频率的下降,使得并网点处的电压达不到并网要求,本文通过双锁相环来采集并网点与大电网电压的信息,通过幅值与相位预同步控制策略实现微电网平滑并网的控制目标,最后,在Matlab/Simulink中进行仿真验证本控制策略的正确性。
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