微电网切换至孤岛运行时的小信号稳定性分析

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1、第３６卷第１５期Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．１５２０１２年８月１０日Ａｕｇ．１０，２０１２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．１５．００５微电网切换至孤岛运行时的小信号稳定性分析郑竞宏１，李兴旺２，王燕廷３，朱守真１，王小宇１，祝洪博２（１．电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室，清华大学，北京市１０００８４；２．东北电力大学电气工程学院，吉林省吉林市１３２０１２；３．齐齐哈尔市电业局，黑龙江省齐齐哈尔市１６１００６）摘要：微电网平稳切换至孤岛运行模式是保证微电网内重要负荷持续可靠供电的重要手段之一。以Ｖ／ｆ孤岛控制方式的微电网为研究对象，建立了孤岛模式下的微电网小信

2、号模型，并利用特征根分析法分析了Ｖ／ｆ控制器参数变化、负荷阻抗及线路阻抗变化对切换过程中系统小信号稳定性的影响规律，并用时域仿真进行了验证。其后，讨论了系统不同工况下对主导特征值的参数灵敏度的影响规律。最终获得了保证微电网平稳切换至孤岛运行模式的主导影响参数和影响因素，其结论可为微电网平滑切换控制方法和策略提供参考。关键词：微电网；Ｖ／ｆ控制；小信号稳定性；孤岛运行；平滑切换０引言有功控制器下垂增益差值越大则系统频率振荡达到［９－１０］稳态的时间越长。但对Ｖ／ｆ控制的微电网孤岛含有分布式发电单元、储能单元和负载的独立运行小信号稳定分析还非常少。或并网运行的微电网，是解决供电安全可靠性、利用［１

3、－３］和发展新能源的一种有效模式。微电网有并网１微电网控制器和孤岛２种运行模式。大系统故障时，微电网由并１．１微电网控制器的分析和设计网模式平稳过渡到孤岛模式，以保证微电网区域内微电源是一种三相电压源型逆变器，带有ＲＬＣ重要负荷持续可靠供电。这一切换过程中，即使微并联负荷。并网运行时，微电网采用ＰＱ控制方电网中的微电源容量足以支撑网内的负荷，微电网［１７］式，切换至孤岛运行时采用Ｖ／ｆ控制方式，自身也会承受一定程度的小扰动，因此，微电网切换过程［１８－１９］承担起电压频率的调节作用。微电网结构如的小信号稳定问题就成为一个重要研究内容。图１所示。目前，关于微电网小信号稳定性的研究主要是［４－７］

4、用特征根分析法分析系统的稳定性，大体上分为２类：一类研究微电网在下垂控制方式的孤岛运行［８－１１］模式下的小信号稳定问题；另一类研究微电网［１２－１５］并网模式下的小信号稳定问题。然而，微电网由并网切换至孤岛运行模式时，切换后是否能稳定是由孤岛模式的微电网系统特性和切换扰动大小决定的，而与并网时的微电网特性无关。当考虑切换图１微电网结构扰动较小的情形时，与之对应的系统稳定分析内容Ｆｉｇ．１Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ就是孤岛模式下的微电网小信号稳定分析。然而，微电网的孤岛控制方式有下垂控制和１．２Ｖ／ｆ控制器结构［１６］当开关Ｋ打开时，微电网进入孤岛运行状态，Ｖ／ｆ控制２种方式。其中，

5、对下垂控制方式的微２电网孤岛运行小信号稳定分析已经获得一些规律，逆变器切换至Ｖ／ｆ控制。Ｖ／ｆ控制器结构如图２［８］所示。例如下垂增益过大会导致系统失稳，微电源之间线路阻抗非常小时会导致系统失稳，不同微电源的图中：ω为频率输入信号；ｕｄｒｅｆ和ｕｑｒｅｆ为电压参考值；ｕｄ和ｕｑ分别为电网电压的ｄ，ｑ轴分量；ｉｄｒｅｆ和ｉｑｒｅｆ为内环电流的参考值；ｖｓｄ和ｖｓｑ分别为电压控制收稿日期：２０１１－０７－２０；修回日期：２０１２－０２－２１。信号的ｄ，ｑ轴分量；ＰＩ表示比例—积分。国家自然科学基金资助项目（５０８２３００１，５１００７０４４）—２５—２０１２，３６（１５）３）锁相环方程ｐΔδＰＬＬ

6、＝ΔωＰＬＬ｛（３）ｐΔωＰＬＬ＝（ｐｋｐＰＬＬ＋ｋｉＰＬＬ）ΔｖＩｆｑ式中：ｋｐＰＬＬ和ｋｉＰＬＬ分别为锁相环的比例和积分系数。４）逆变器控制方程，Δω］Ｔ烄ΔＵ＝［Δｖｒｅｆ０２×１图２孤岛Ｖ／ｆ控制器结构ｐΔθ＝ΔωＰＬＬＦｉｇ．２ＩｓｌａｎｄｅｄＶ／ｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅΔｖｄｒｅｆ＝－Ｖｒｅｆｓｉｎθ０ΔθΔｖｑｒｅｆ＝－Ｖｒｅｆｃｏｓθ０Δθ２小信号状态空间模型和灵敏度算法ｐΔｉｄｒｅｆ＝（ｐｋｐｖ＋ｋｉｖ）（Δｖｄｒｅｆ－ΔｖＩｆｄ）（４）烅ｐΔｉｑｒｅｆ＝（ｐｋｐｖ＋ｋｉｖ）（Δｖｑｒｅｆ－ΔｖＩｆｑ）２．１小信号状态空间模型对孤岛控制建立线性化模型如下。ｐΔ

7、ｕｄ＝（ｐｋｐｉ＋ｋｉｉ）（Δｉｄｒｅｆ－Δｉｄ）１）网络方程ｐΔｕｑ＝（ｐｋｐｉ＋ｋｉｉ）（Δｉｑｒｅｆ－Δｉｑ）ΔＸ＝［Δｖｄ，Δｖｑ，Δｉｄ，Δｉｑ，ΔｉＬｄ，ΔｉＬｑ，Δｕｄ，Δｕｄ＝ＬｓｐΔｉｄ烄Δｕ］Ｔ烆Δｕｑ＝ＬｓｐΔｉｑｑ，Δｉｄｒｅｆ，Δｉｑｒｅｆ，Δθ，ΔωＰＬＬ１２×１式中：Δｖｒｅｆ为Ｖ／ｆ控制器中电压的参考值；Δω为频０Δｉｄ＝ΔｉＲｄ＋ΔｉＬｄ＋ΔｉＣｄ率的输入信号；ｋ