含不平衡负荷的微电网分布式电源控制方法研究

摘要

微电网作为分布式电源(Distributed Generator,DG)的有效载体，凭借其能源利用率高、经济性能好等优点逐渐成为近年来的热点研究领域之一。在微电网的电能质量问题上电压不平衡现象最为普遍，电压不平衡的主要原因是微电网内存在很多不平衡负荷。如何消除不平衡负荷对微电网及配电网电能质量的影响，保证微电网的正常运行具有重要的意义。本文主要针对不平衡负载对逆变型分布式电源(Inverter Interfaced Distributed Generator,IIDG)输出特性的影响及控制展开研究，设计不平衡负载条件下IIDG的控制系统。　　本文在综合分析课题研究背景及现状的基础上，首先分析微电网内各逆变型分布式电源的拓扑结构和工作原理，并针对不同类型的IIDG研究了其在正常条件下的并网控制方法。其次介绍了对称分量法的基本原理，并设计了不平衡工况下系统内各电磁量的正、负序提取方法。详细研究了IIDG并网逆变器的数学模型和设计中所用到的滑模变结构控制技术。随后，以输出电压平衡和输出正序有功/无功功率平稳为控制目标，针对带不平衡负荷的逆变型分布式电源提出一种滑模补偿策略。给出基于积分切换函数的滑模功率控制器直接控制微电源并网逆变器输出的有功无功功率；提出基于指数趋近律滑模控制的电流控制器直接补偿由微网内不平衡负荷导致的负序电流分量。通过MATLAB/Simulink在平衡和不平衡工况下分别对所提控制方法进行仿真验证，并与常规PQ控制方法相对比验证了所提滑模控制方法的有效性和稳定性。　　此外综合考虑微电网内分布式电源的连接方式以及不平衡负荷位置，在滑模控制的基础上针对多IIDG互联的微电网系统提出了一种协调补偿控制方法。通过目标节点负序电压相量的分解和补偿量分配来实现各IIDG之间的协调补偿。最后，在MATLAB/Simulink环境中对一个含不平衡负载的典型微电网拓扑系统实施仿真，验证协调补偿控制方法对含不平衡负载的多机微电网并网控制的有效性，该控制方法可以提高微电网系统在不平衡条件下的运行能力。