使用电压_相角下垂控制的微电网控制策略设计

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1、第３６卷第５期Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．５２０１２年３月１０日Ｍａｒ．１０，２０１２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．０５．００６使用电压—相角下垂控制的微电网控制策略设计郜登科，姜建国，张宇华（电力传输与功率变换控制教育部重点实验室，上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海市２００２４０）摘要：根据微电网的特点，对微电网２种运行模式采取的不同控制策略进行设计。微电网孤岛运行时，分布式发电单元采用电压源逆变器控制，使用电压—相角下垂控制实现按预定比例分配负荷功率，该下垂控制较电压—频率下垂控制可以提供更好的频率支撑

2、。微电网并网运行时，分布式发电单元采用ＰＱ控制，按照功率设定值输出功率。通过设计对应电压—相角下垂控制的同步控制器实现了微电网运行模式的无缝转换。利用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对微电网运行模式转换和微电网孤岛运行时使用的２种下垂控制进行对比仿真分析，验证了电压—相角下垂控制策略的可行性和有效性。关键词：微电网；分布式发电；孤岛运行；并网运行；下垂控制；电压源逆变器控制；ＰＱ控制［６－８］０引言电网的正常运行。本文主要考虑由这类ＤＧ单元组成的微电网控制策略。微电网将微电源、负荷和电力电子装置等整合在ＶＳＩ控制中通常使用电压—频率下垂控制产

3、成一个独立可控的小型发电系统，在充分发挥分布［９－１１］生参考电压，该方法又称为Ｖ／ｆ控制。如果用式发电（ＤＧ）优势的同时又能克服其给配电网带来电压—相角下垂控制取代电压—频率下垂控制，可以的不利影响，利于新能源和可再生能源发电的大规使微电网孤岛运行时拥有更好的运行频率，因而为［１－３］模应用，成为近年来的研究热点。微电源主要包文献［１２－１５］所采用。但是文献［１２－１３］只考虑了微括光伏电池、燃料电池、微型燃气轮机和风力发电机电网孤岛运行的情况，没有研究微电网并网运行及等分布式电源，以及蓄电池、超级电容器和飞轮等储微电网运行模式的转换；

4、文献［１４］在微电网运行模能装置。微电网既可以并网运行，也可以孤岛运行，式转换时没有采用同步控制器，因此存在较大冲击［４－５］还可以在２种运行模式之间进行无缝转换。电流的可能，无法实现无缝转换；文献［１５］只研究了微电源通过直流变换器或整流器产生直流电分布式电源运行模式的转换，而非微电网运行模式后，再通过逆变器产生交流电，从而形成一个接入微的转换。电网的ＤＧ单元。对于其中的逆变器一般采用ＰＱ本文对微电网的２种运行模式采取不同的控制控制或电压源逆变器（ＶＳＩ）控制，这２种控制方法策略。微电网孤岛运行时，ＤＧ单元采用ＶＳＩ控制，只需逆变器的当地

5、信息即可实现。采用ＰＱ控制的使用电压—相角下垂控制产生参考电压，为微电网逆变器可以等效成电流源，其输出功率由功率设定提供电压和频率支撑。微电网并网运行时，ＤＧ单值决定，不受微电网内部功率变化的影响，适用于所元采用ＰＱ控制，输出指定功率。同时，设计了适用有的分布式电源。采用ＶＳＩ控制的逆变器可以等于微电网同步运行过程的同步控制器，以实现微电效成电压源，其输出功率随微电网内部功率的变化网运行模式的无缝转换。通过比较微电网孤岛运行而改变，起到调节功率的作用，适用于配备有储能装时使用的２种下垂控制的差异，体现了使用电压—置的分布式电源。微电网并网运

6、行时，可由配电网相角下垂控制的优势。为其提供电压和频率支撑；孤岛运行时，由于微电网已经与配电网解列，必需有一定数量的采用ＶＳＩ控１微电网结构制的ＤＧ单元为其提供电压和频率支撑，以保证微本文研究的微电网结构如图１所示。该微电网收稿日期：２０１１－０５－１２；修回日期：２０１１－０９－０７。将３个分散的ＤＧ单元和１个负荷通过线路和开关国家重点基础研究发展计划（“九七三”计划）资助项目并联于母线１，在公共连接点（ＰＣＣ）通过开关Ｋ５和（２００９ＣＢ２１９７０６）。升压变压器连接到１０ｋＶ配电网。—２９—２０１２，３６（５）由图３可以看出，ＰＱ控制

7、器主要由功率计算、锁相环、电流环控制和坐标变换组成，对ｕｏ利用锁相环技术得到ω和θ。电流环控制器结构如图４所示。图１微电网结构Ｆｉｇ．１Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ２控制器设计图４电流环控制器结构Ｆｉｇ．４ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＤＧ单元结构如图２所示。图４中：ｕｏｄ和ｕｏｑ分别为ｕｏ的ｄ轴和ｑ轴分量；分别为ｉ的ｄ轴和ｑ轴分量；ｉ＊和ｉ＊分别ｉＬｄ和ｉＬｑＬＬｄＬｑ为电感电流参考值的ｄ轴和ｑ轴分量；ｕ＊和ｕ＊分ｄｑ别为逆变桥调制电压信号的ｄ轴和ｑ轴分量。由图４可以看出，通过对Ｐ＊和Ｑ＊进行解耦

8、得到电感ｏｏ电流参考值，其与电感电流实际值的差值经过前馈解耦和电流环比例—积分控制器之后，产生调制［１７－１８］信号。图２ＤＧ单元结构Ｆｉｇ．２ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＤＧｕｎｉｔ