微电网接口变换器下垂控制策略研究

作     者：许吉强 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢闻州

授予年度：2017年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：微电网 接口变换器 平滑切换 下垂控制 虚拟阻抗 非线性负载 

摘      要：由于传统能源的不断减少和环境的日益恶化,基于绿色环保可再生能源的各种分布式发电技术得到了快速地发展。但其本身也存在很多问题,例如:分布式电源发电的波动性造成其控制难度较大,且会对大电网的稳定运行造成一定的不利影响。为了减小分布式发电给大电网带来的负面效应,将其应用于微型电网(简称微电网)。微电网中电源、电网、用户间的电力电子接口变换器是微电网系统的重要组成单元,其控制性能的好坏直接影响到微电网系统能否稳定运行。微电网接口变换器需要具备能够在并、离网稳定运行以及这两种模式之间平滑切换的能力,因此本文研究能实现上述能力的下垂控制策略及其在微电网接口变换器控制中的应用。本文首先介绍了下垂控制的来源——同步发电机的下垂外特性,以及在微电网接口变换器中应用的传统下垂控制策略。由于传统下垂控制在离网运行时具有电压、频率与额定值之间存在偏差的缺点,本文给出了一种采用自调节下垂系数+PI控制的改进下垂控制策略。由于下垂系数与实际输出功率相关函数有关,改进下垂控制策略根据实际输出功率实时改变下垂系数,从而减小了电压和频率的偏差。此外,在改进下垂控制策略中还加入了电压、频率误差反馈,并通过PI控制器进行控制,从而提高了电压和频率的稳态、暂态性能。同时,在并网运行时,自调节下垂系数+PI的改进下垂控制策略比起只有PI控制的下垂控制,能够减小输出功率与给定参考功率之间的偏差。接着基于微电网三相和单相变换器的数学模型,三相变换器采用??、dq坐标系的并网预同步控制策略,且提出了一种单相变换器的并网预同步控制策略,从而实现变换器并、离网运行的平滑切换。同时,为了匹配线路阻抗的特性,在电压电流双闭环控制中加入了虚拟阻抗,并对变换器的等效输出阻抗进行了分析,以此确定虚拟阻抗和双闭环控制的具体参数值。最后搭建了三相、单相微电网变换器的仿真模型,针对线性负载和非线性负载情况都进行了系统的仿真分析,仿真结果验证了微电网接口变换器采用改进下垂控制策略的有效性和优越性。同时,搭建了一个基于DSP28335的微电网接口变换器实验平台,给出了带线性和非线性负载的微电网离网变换器运行实验结果,实验结果初步验证了改进下垂控制策略在微电网接口变换器离网运行时的有效性和优越性。