适用于低压微网的多微源协调控制策略研究

作     者：周贤正 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：荣飞

授予年度：2012年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：低压微网 纹波 虚拟功率 多微源 下垂控制 恒功率控制 解耦 

摘      要：微网的运行控制是微网研究的核心技术，它为微网应用于实际和大规模微网接入电网提供理论参考和技术支持。微网安装并网的电压等级一般是在配电网，部署于配网末端，常见于偏远地区县级供电网，属于低压范畴，其工作环境恶劣，因此对于低压微网的研究具有现实意义。本文是在国家重点基础计划项目（“973计划）的资助下完成的，研究内容主要包括单个微源的控制、低压微网的多微源协调控制和微网实验平台光伏系统的研制。研究重点及取得的成果主要体现在以下几个方面： （1）介绍了以光伏发电为代表的分布式发电技术研究的的背景及意义，概述了微网的概念、种类、运行特点、控制方式，并对低压微网的研究意义进行了分析说明。 （2）研究了光伏电源并网时电压纹波的问题，分析了单相光伏电源的并网结构，推导了逆变器直流侧电容电压纹波的影响因数，及在此电压纹波影响下逆变器交流侧电压的谐波频谱分布规律，提出一种基于直接开关状态的控制方法，由于其不受直流侧电容电压的影响，提高了系统的稳定性和控制精度，取得了良好的效果。 （3）针对由于低压微电网线路与传统高压输电线路阻抗比的不同而引起的并网功率耦合问题，提出一种采用坐标旋转的虚拟功率控制策略。该方法通过坐标旋转正交变换矩阵，实现了功率的解耦控制;对采用下垂控制特性的电压/频率控制进行了改进，提出一种新的下垂限幅控制算法，有效避免当负荷功率过度变化超越微电源的吞吐极限时对系统造成的不良影响，加快了动态响应调节过程。此外专门设计了低通滤波器，有效降低谐波影响，增加控制精确性。仿真和实验结果表明该方法在低压微电网环境下能有效实现负荷变化时不同微电源间变化功率的共享，且频率和幅值较为稳定，动态效果好，工程实现简单，提高了系统功率分担的精确性和稳定性。 （4）搭建了一个多微源的低压微网仿真平台，介绍了恒功率PQ控制和恒频恒压控制的实现及运行原理，详细阐述了本文所提出的采用坐标旋转的虚拟功率V/f下垂控制策略，并建立了光伏微源的仿真模型，研究了多微源之间潮流的协调控制作用，算例仿真证明了光伏微源仿真中控制的有效性、PQ控制的正确性、各种运行模式时多微源之间潮流控制的协调性。 （5）研制了微网实验平台光伏系统，介绍了光伏系统平台基本工作原理，并对硬件电路中DSP控制系统结构与资源分配、外围采样电路及过零捕获电路进行了详细的介绍。然后给出了软件的主程序、各中断服务程序及液晶显示程序的详细流程。最后给出了实验结果，证明了前面有关的理论研究与设计方法的正确性。 本文就低压微网环境下单个微源的控制策略和多微源潮流协调控制进行了讨论，主要针对电压的二次纹波问题，提出了一种基于直接开关状态的控制方法;针对低压微电网中存在的有功和无功耦合问题，提出一种采用坐标旋转的虚拟功率V/f下垂控制策略，进行了多逆变型微源的多工况暂态仿真，对微网实验平台光伏系统进行了研制。从理论到方法，从方法到仿真，从仿真到实验，研究成果可应用于光伏电站组网、智能配电网、农业配网、新能源以及其他特别是多组逆变器并联的场合。