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同步定频微电网二次电压调节策略研究

同步定频微电网二次电压调节策略研究

作者：李海龙山东理工大学

学位级别：硕士

基于分布式发电的微电网技术,可综合利用多种可再生能源,满足用户多样化用电需求,有效提高用户供电可靠性。微电网处于孤岛模式时,逆变器采用下垂控制策略可提高微电网的灵活性和可靠性,但负荷变化会引起微电网电压和频率的偏移。同步... 详细信息

基于分布式发电的微电网技术,可综合利用多种可再生能源,满足用户多样化用电需求,有效提高用户供电可靠性。微电网处于孤岛模式时,逆变器采用下垂控制策略可提高微电网的灵活性和可靠性,但负荷变化会引起微电网电压和频率的偏移。同步定频微电网的提出解决了微电网频率偏移和频率稳定性问题,但电压偏移问题仍然突出。针对上述问题,本文研究了同步定频微电网二次电压调节策略。对微电网常用控制方法进行了对比分析,总结了各种控制方法特点和适用场景。针对孤岛模式下同步定频微电网采用电流-电压(I-U)下垂控制存在的电压偏移问题,提出一种基于就地信息的同步定频微电网二次调压策略,根据可调度型分布式电源(distributed generation,DG)出口实时电压调整下垂曲线,实现DG输出电压的二次调节,从而使负荷端电压始终处于设定的范围内。为保证DG调压动作同步,提出基于卫星授时信号的下垂曲线同步调整方法,各DG以卫星授时信号为基准,在相同时刻将DG出口电压与电压阈值进行比较,使得各DG动作同步。对于线路阻抗未知的工况,优先考虑电压调节,提出DG动态调整电压的方法,使DG输出电压稳定在允许范围。对基于I-U下垂控制的同步定频微电网进行小信号建模,推导了包含逆变器输出滤波器及网络环节、低通滤波器及下垂控制环节、电流环控制环节以及微电网系统的小信号模型。利用小信号模型求解特征值,分别改变各控制参数绘制对应的特征值轨迹图,探究滤波参数、电流环PI参数以及下垂系数对系统稳定性的影响,为后续仿真及实验参数的设计提供参考标准。对本文提出的同步定频微电网二次调压策略进行Matlab/Simulink仿真验证和实验验证。仿真和实验结果表明,在增加/减小负荷功率后,本文所提二次调压方法可以使负荷端电压始终处于设定的电压阈值范围内,验证了二次调压策略的有效性。论文所提方法提升了全逆变器型微电网的自治运行能力,是对未来“双高”配电网运行方式的有益探索。

关键词：微电网同步定频 I-U下垂控制二次调压小信号模型

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基于GPS的同步定频微网功率精确均分策略

电力电容器与无功补偿 2022年第2期43卷 164-171页

作者：李柏君边敦新赵艳雷山东理工大学电气与电子工程学院山东淄博255022

针对低压微网孤岛状态下采用下垂控制时逆变器产生的频率偏移、功率无法精确均分、输出电压跌落等问题,提出了一种基于GPS的同步定频微网功率均分控制策略。首先通过分析逆变器并联系统的环流特性和功率分配特性,确定了影响功率分配和... 详细信息

针对低压微网孤岛状态下采用下垂控制时逆变器产生的频率偏移、功率无法精确均分、输出电压跌落等问题,提出了一种基于GPS的同步定频微网功率均分控制策略。首先通过分析逆变器并联系统的环流特性和功率分配特性,确定了影响功率分配和产生环流的因素,然后从消除电压相位差和减小线路阻抗差异对功率分配的影响入手,利用GPS秒脉冲计算生成旋转坐标系的同步相角,产生相位相同和频率固定(50 Hz)的输出电压,同时引入虚拟电阻减小线路阻抗差异对功率分配的影响,并给出虚拟电阻的具体选取方法,最后引入幅值补偿环节补偿了虚拟电阻造成的压降。通过Matlab仿真验证了本文所提的控制策略的功率均分效果更好。

关键词：同步定频功率均分虚拟电阻幅值补偿

同步定频微电网逆变器并网/孤岛无缝切换技术的研究

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同步定频微电网逆变器并网/孤岛无缝切换技术的研究

作者：刘玥妤山东理工大学

学位级别：硕士

微电网是分布式电源灵活、高效利用的有效途径,它有并网和孤岛两种运行状态。实现微电网并网/孤岛间的平滑无缝切换是保障系统稳定运行、负荷可靠供电的关键。本文重点研究基于同步相量测量装置（Phasor Measurement Unit,PMU）的全逆... 详细信息

微电网是分布式电源灵活、高效利用的有效途径,它有并网和孤岛两种运行状态。实现微电网并网/孤岛间的平滑无缝切换是保障系统稳定运行、负荷可靠供电的关键。本文重点研究基于同步相量测量装置（Phasor Measurement Unit,PMU）的全逆变器型同步定频微网孤岛运行控制策略,提出同步定频微电网并网/孤岛无缝切换策略,以抑制切换引起的电压扰动和电流冲击。本文以全逆变器型微电网系统为研究目标,着力解决微电网系统并网和孤岛两种状态切换时的相位突变、电压波动及电流冲击问题。主要工作如下:首先,对微电网系统级控制策略、逆变器控制策略以及双模式无缝切换时的控制策略进行了综述,分析了现有控制策略的优缺点,提出了同步定频微电网的概念。然后,针对微电网孤岛运行时各逆变器间同步问题,提出了基于PMU的全局统一时间产生方法,为微网内所有可调度型分布式电源（Distributed Generation,DG）逆变器提供相位同步信息,实现孤岛状态下微电网逆变器全局同步输出;同时利用逆变器频率可控的特点,控制各逆变器电压频率固定为50Hz。同时基于逆变器电压电流双环控制策略,根据PMU电流量测数据并考虑线路阻抗影响,实现各DG逆变器间的功率均衡分配。最后,分析了微电网孤岛、并网两种运行模式切换暂态过程中可能扰动的原因,提出了利用PMU相角信息作为辅助判据的孤岛检测方法,以提高孤岛检测的精确性和快速性;根据逆变器并网、孤岛两种运行模式控制策略在结构和数量上的差异变化,提出了微电网并网/孤岛无缝平滑切换控制办法,解决微电网运行模式转换过程中电压波动、电流冲击以及相位跳变等问题。为验证所提理论的有效性,利用Matlab/Simulink仿真软件搭建了微电网仿真模型,仿真结果表明,所提出的控制策略能够有效实现双模式之间的无缝切换。利用微电网实验平台对本文所提基于同步定频微电网逆变器控制策略试验验证,实验结果表明本文所提控制理论在实际工程应用中的可行性,为进一步的工程应用奠定了坚实的基础。

关键词：微电网 PMU 孤岛控制同步定频无缝切换

非线性及不平衡负荷的同步定频交流微电网控制策略研究

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非线性及不平衡负荷的同步定频交流微电网控制策略研究

作者：李柏君山东理工大学

学位级别：硕士

不可再生能源的储量逐年递减及其造成的环境污染日趋严重,同时,近些年大电网弊端不断显现。同时,微电网作为大电网结合分布式发电技术向智能电网过渡的重要媒介,是兼顾经济性和环保性的方案,即减少了环境的污染,也提高了可再生能源的利... 详细信息

不可再生能源的储量逐年递减及其造成的环境污染日趋严重,同时,近些年大电网弊端不断显现。同时,微电网作为大电网结合分布式发电技术向智能电网过渡的重要媒介,是兼顾经济性和环保性的方案,即减少了环境的污染,也提高了可再生能源的利用率和供电可靠性,所以微电网受到广泛关注。微电网中最常见的不平衡负荷及非线性负荷会影响电能质量。本文在平衡负荷、不平衡负荷及非线性负荷下对同步定频微电网的控制策略进行了深入分析。首先,本文首先针对传统微电网的下垂控制存在频率偏移和电压跌落等问题,提出基于GPS的同步定频微电网控制方法。该方法利用GPS的1PPS计算生成dq旋转坐标系的同步相角,使各微网逆变器的控制过程在同一坐标系下进行,进而产生频率固定（50Hz）的输出电压。通过分析微电网功率分配特性,确定了影响功率分配和产生环流的因素。并采用虚拟电阻法减小线路阻抗差异对功率分配的影响。然后,针对不平衡负荷下微网逆变器输出电压存在正负序分量的特点,采用基于DSOGI的同步定频微网分序控制策略来降低输出电压的不平衡度。该控制策略采用基于DSOGI的正负序分离模块对正负序分量的分离,通过正序控制环路和负序控制环路对微网逆变器输出电压进行控制。同时,针对微网逆变器之间的线路阻抗不等的问题,并采用虚拟电阻法来实现微电网的电流合理均分。其次,针对非线性负荷下微网逆变器输出电压存在正序分量及奇数次谐波分量的特点,采用基于谐波解耦网络的同步定频微网分序控制策略来降低输出电压的谐波畸变率。该控制策略采用基于CGI的谐波解耦网络对正序分量和谐波分量进行分离,通过正序控制环路和谐波控制环路对微网逆变器的输出电压进行控制。同时,针对微网逆变器之间的线路阻抗不等的问题,并采用虚拟电阻法来实现微电网的电流的合理均分。最后,在Matlab仿真软件搭建时域仿真,验证了本文所提控制策略的可行性。

关键词：微电网 GPS 同步定频不平衡负荷非线性负荷

基于U-I下垂的同步定频微电网运行控制策略研究

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基于U-I下垂的同步定频微电网运行控制策略研究

作者：刘韩奇山东理工大学

学位级别：硕士

微电网是分布式可再生能源高效利用的有效方式,微电网与大电网相结合是未来电力系统的发展方向。本文所研究对象为低压微电网,低压配电线路表现为高R/X特性,导致采用传统下垂控制的微电网中分布式电源(Distributed Generation-DG)有功... 详细信息

微电网是分布式可再生能源高效利用的有效方式,微电网与大电网相结合是未来电力系统的发展方向。本文所研究对象为低压微电网,低压配电线路表现为高R/X特性,导致采用传统下垂控制的微电网中分布式电源(Distributed Generation-DG)有功无功耦合,难以按其各自的容量对功率进行合理分配,同时各微源逆变器间的不同步导致控制策略复杂控制难度加大。本文摒弃传统微电网控制策略的束缚,提出了基于U-I下垂的同步定频微电网控制策略,即利用同步相量测量(PMU)装置提供的同步时钟或者相位信息作为各逆变器的全局同步参考信号,控制微电网内所有逆变器同步运行,利用U-I下垂控制关系控制逆变器输出功率。使得微电网内各逆变器类似于单台逆变器运行,从而简化功率与电压频率的对应关系,降低微电网控制难度。本文首先对传统下垂控制策略的基本原理进行简单描述,指出传统下垂控制策略中微电网运行受线路工况影响大以及各逆变器间功率分配不均等现存缺点,并搭建仿真模型验证所述内容。针对传统下垂控制策略的缺点提出一种基于U-I下垂的全逆变器型微电网控制策略。通过dq坐标下d轴的电压-电流下垂关系(U-I)控制逆变器有功潮流,q轴的电压-电流下垂关系(U-I)控制逆变器无功潮流,实现有功功率和无功功率的解耦控制。利用逆变器频率可控的特点,控制各DG逆变器频率固定,解决传统下垂控制策略中各逆变器间不同步问题,降低了底层逆变器控制难度。研究所提控制策略在不同线路工况下的运行特性,表明所提控制策略不受线路工况约束。并根据所提新型控制策略框图设计了适用于同步定频微电网的下垂控制器。最后为验证所提理论的有效性,本文以该控制理论为基础利用Matlab/Simulink仿真软件搭建了包含三台DG的微电网仿真模型。仿真结果表明,所提出的控制策略能够有效实现有功无功解耦控制,使负荷在不同容量DG间合理分配,且保证了DG单元的即插即用性,提高了电能质量。为进一步验证所提理论的正确性,利用微电网实验平台对本文所提基于U-I下垂的同步定频微电网控制策略试验验证。实验结果表明本文所提控制理论在实际工程应用中的可行性,为进一步的工程应用奠定了坚实的基础。

关键词： U-I下垂功率分配即插即用逆变器同步定频

基于无差调压U-I下垂的同步定频微网控制策略研究

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基于无差调压U-I下垂的同步定频微网控制策略研究

作者：杨梦宁山东理工大学

学位级别：硕士

随着社会经济的发展能源需求问题愈发突出,化石能源的短缺与电力需求的增长之间矛盾重重,而基于分布式发电的微电网技术则是当前电力系统中最具发展前景的应用之一。下垂控制是并联微网逆变器最常见的控制手段之一,能够在无通信的情况... 详细信息

随着社会经济的发展能源需求问题愈发突出,化石能源的短缺与电力需求的增长之间矛盾重重,而基于分布式发电的微电网技术则是当前电力系统中最具发展前景的应用之一。下垂控制是并联微网逆变器最常见的控制手段之一,能够在无通信的情况下实现合理分配功率的目的,可是传统下垂控制是建立在线路为感性的高压微电网前提下的,若为低压微电网,并联逆变器很难实现输出功率的合理分配。本文结合同步相量测量(PMU)在配电网中的发展应用,针对传统微电网控制中存在的电压偏差以及功率分配不均衡问题,提出了一种基于无差调压U-I下垂的同步定频控制策略。将PMU得到的同步时钟以及相位信息,作用于系统内全部逆变器的全局同步参考信号,以此来确保微电网中的并联逆变器能够同步运行;借助于U-I下垂关系来完成不同逆变器间的输出功率合理分配,从而简化功率与电压频率的对应关系,降低微电网控制难度。本文以PMU装置秒脉冲为同步参考信号,利用PMU将所有分布式电源(Distributed Generation,DG)进行同步调节,使逆变器产生工频且同相的同步电压相量,从而减轻功率振荡、并联环流等问题。考虑到传统下垂控制策略的不足,最终选取基于U-I下垂的全逆变器型微电网控制策略。通过U-I下垂控制关系来实现对逆变器输出功率的有效控制,让微电网中的并联逆变器都能够接近于单台逆变器的形式来运行,这将使得功率和电压频率之间的关系得到简化,并易于微电网的控制。在基本U-I下垂控制的基础上,设计了电压恢复补偿控制单元进行二次无差调压,以弥补U-I下垂控制的不足。为了协调系统中无差调压与功率分配的关系,利用并网点上的PMU量测信息,实时计算出受控逆变器出口到并网点间的线路阻抗参数,进而通过在控制策略中设置虚拟阻抗对线路阻抗进行补偿,实现功率的精确分配。在Matlab/Simulink仿真软件中搭建了微电网仿真模型,利用仿真实验来对基于无差调压U-I下垂的同步定频微网孤岛运行控制策略是否有效进行了验证,其验证结果为有效性成立。

关键词：微电网 U-I下垂无差调压同步定频功率分配

基于无差调压U-I下垂的同步定频微网控制策略研究

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现代电子技术 2021年第21期44卷 144-148页

作者：杨梦宁赵艳雷王蕾赵亭亭王呈阳吴昊宇山东理工大学电气与电子工程学院山东淄博255000

针对微网孤岛运行时传统电压-电流(U-I)下垂控制中存在的电压偏差以及功率分配不均衡问题,提出一种基于无差调压U-I下垂的同步定频控制策略。该策略利用同步相量测量装置(PMU)为微网内分布式电源逆变器提供全局同步参考信号,实现同步定... 详细信息

针对微网孤岛运行时传统电压-电流(U-I)下垂控制中存在的电压偏差以及功率分配不均衡问题,提出一种基于无差调压U-I下垂的同步定频控制策略。该策略利用同步相量测量装置(PMU)为微网内分布式电源逆变器提供全局同步参考信号,实现同步定频运行;在U-I下垂控制的基础上,通过电压偏差调节环节,将下垂曲线平移实现二次调压;根据PMU的量测信息,实时计算受控逆变器出口到并网点间线路阻抗,通过设置虚拟阻抗对线路进行补偿,减小线路阻抗不一致时因二次调压对功率分配造成的不利影响,实现高精度的功率分配。最后,通过Matlab/Simulink仿真模型验证了所提出控制策略的有效性。

关键词：微电网孤岛运行 PMU U-I下垂控制无差调压同步定频功率分配虚拟阻抗