基于下垂控制的微网逆变器双模式统一控制器研究

摘要

微网是未来智能电网的关键技术之一,已成为国内外电力工业界的共识。微网可以并网运行,也可以在电网出现故障时脱离大电网独立运行。电压型微网逆变器是微电网在并网和离网两种运行模式无缝切换的关键装备。无互联线的下垂控制方法(WDCM)是微网逆变器实现双模式控制及无缝切换的有效方法。但是采用无互联线下垂控制的并联逆变器输出功率的精确性受到线路阻抗的很大影响,难以实现孤网时并联逆变器精确比例分担负载功率以及并网时精确跟踪功率指令的控制目标,使基于下垂控制的双模式逆变器的研究成为一个难点。
　　本文针对支持微网双模式运行的微网逆变器统一控制器设计问题,对下垂控制的原理进行了深入的研究,分析了微网系统多逆变器运行条件下,影响基于下垂控制方法微网逆变器的输出功率精确控制的主要因素,提出了基于本地采样的双模式统一下垂控制器设计方法。具体研究内容及创新性工作如下:
　　(1)通过充分分析和比较现有的WDCM方法,发现基于电压幅值反馈的下垂控制器相对于其它控制具有明显的优势,对系统参数具有较好的抗扰动性,而且可以精确地实现有功和无功功率的控制。但是,其前提是控制器所需要电压的采样点必须位于PCC处。当逆变器距离公共母线较远时,长距离的采样信号线不仅会引入干扰,造成信号延迟,而且不利于微网逆变器的模块化设计。
　　(2)针对上述方法存在的问题,本文提出了基于本地采样的改进的WDCM控制方法,该方法通过将虚拟阻抗分成两段的设计方法,实现将控制器所需电压信号采样点的本地化,并且通过设置功率补偿电导和有功功率校正比例实现输出功率的精确控制以及电压幅值的调节控制。基于该方法实现的控制器在并网和离网模式下都可以较好地实现其控制目标,从而不需要改变控制器的结构,实现双模式控制器的设计目标。
　　(3)微网逆变器电压环控制是逆变器下垂控制系统的重要组成部分。本文对几种常用的逆变器电压环控制方法和性能进行了详细的分析和比较。结果表明比例谐振控制器在基频附近的具有良好静特性,易于实现虚拟阻抗设计,更适合于逆变器下垂控制系统的电压环控制。
　　(4)在MATLAB环境下建立了由两台并联逆变器和负载组成的微网的仿真模型,其中的逆变器采用本文提出的双模式统一控制器,仿真结果表明本文所作分析的正确性以及所提出相应控制策略的有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

致谢

目录

插图清单

第一章 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 微电网的相关控制技术

1.3 双模式逆变器的研究现状

1.4本文的主要研究内容

1.5 本章小结

第二章 三相电压源逆变器拓扑及其控制模型

2.1 逆变器的主电路及滤波参数设计

2.2 逆变器的双环控制器设计

2.3 逆变器的虚拟输出阻抗

2.4 本章小结

第三章 微网逆变器无互联线下垂控制的原理及控制方法

3.1 下垂控制的基本原理

3.2 两种常见的下垂控制方法

3.3 其他的下垂控制方法

3.4 本章小结

第四章 基于下垂控制的并网孤网双模式统一控制器

4.1 基于本地采样的下垂控制方法误差分析

4.2 基于本地采样的改进下垂控制方法

4.3 本章小结

第五章 并网孤网双模式统一控制器的仿真

5.1 系统建模与仿真

5.2 仿真计算与结果分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文工作总结

6.2 对未来工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文