线路阻抗不等的微网改进下垂控制策略
【摘要】 微网孤岛运行时通常采用下垂控制策略，负荷有功及无功功率可根据下垂系数在各个逆变器之间按比逆变器输出无功功率会因线路阻抗影响而存在较大偏差。为使逆变器输出无功功率按规定比例分配，提出一种无功功率按需分配的下垂系数计算方法，利用线路阻抗、额定电压等参数计例分配。但当线路阻抗不一致时，算得到下垂系数，使无功功率按设计比例分配同时进行小信号稳定性分析及仿真、实验验证分析及实验结，;果验证了下垂系数选择方法的准确性。关键词:微网;下垂控制;线路阻抗;无功功率分配中图分类号:V242.3文献标识码:A文章编号:1000-100X（2019）01-0069-03ImprovedDroopControlStrategyofMicrogridConsideringUnequalLineImpedanceLUSi-chen1，PANZai-ping2，ZHANGMing1-li，SHIZhe1（1.StateGridLiaoningElectricPowerCompanyLimitedEconomicResearchInstitute，Shenyang110017，China）AbstractDroop:controlisusedwhenmicrogridoperatesinislandmode.Theoututreactivepowersofdistributedpgenerationunitswillbeallocatedinaccuratelybecauseofunequallineimpedance.Inordertoalleviateunevensharingofreactivepower，aselectionmethodofdroopcontrolparametersisproposed.Somefixedparameterssuchaslineimpedancenominalvol，tageisusedtocalculatethedroocontrolparametersoastomakereactivepowersharepaccurately.Simulationandexperimentalresultsdemonstratetheaccuracyoftheselectionmethod.Keywords;microridg;droopcontrol;lineimpedance;reactivep>owerdistributionl引言而分配不均[51。对此，文献[6-8]给出一些方法，但节能环保与安全运行是现代电网面临两个重要挑战，而分布式清洁能源技术的发展为解决这两个问题带来希望1。作为分布式清洁能源接入电网的主要形式之一，微网研究受到各国重视＇11微网可视为一个小型电力系统，能实现局部的功率平衡及能量优化;同时，微网还可视为大电网中的一个可控单元。正常运行时，可与大电网互联，实现并网运行;大电网故障时，微网能孤岛运行，独立为本地负荷供电，提升供电可靠性和灵活。微网孤岛运行时，逆变器通常采用下垂控性m制。在高压系统或考虑变压器电抗的低压系统中，线路阻抗主要呈感性器可以采用其阻性分量可以忽略。但对于线路阻抗下垂控制w，逆变，均存在不足。在上述研究基础上，从下垂控制传输功率计算公式入手，证明了线路阻抗不一致造成的无功功率误差可通过调节下垂系数一次性完全补偿，并给出线路阻抗与下垂系数之间的计算公式。该方法仅需线路阻抗、线路额定电压等固定参数，无需实时通信，更加简单可靠。2无功功率均分的下垂系数选择方法以含有两个分布式发电单元的微网为例，其简化模型如图1所示。r/?.fiQiZ\=R\VyX）hh不一致的微网，系统有功功率能按照下垂系数合1理分配，而无功功率却受线路阻抗不一致的影响图1微网简化模型Fig.1Simplfiedmodelofmicrogridi定稿日期:2018-03-28作者简介:芦思晨（1989-），男，辽宁抚颀人，硕士研究生，由此可得逆变器2）输出三相有功及无研究方向为微电网控制技术。功功率分别为69第53卷第1期2019年1月电力电子技凇PowerElectronicsVol.53，No.lJanuary2019P^UJZ^mU-Ecoscpd+X^smcp]Q^UJZ^i-RMncpMUrEcoscpd]CAPQ=HAU（9）式中:A/*g=A[p丨厶9丨Ap2AuqiAuroAuqJW为式中:P，为逆变器i输出有功功率为逆变器i输出无功系数矩阵，设其第i行第/个元素为功率;M为逆变器i输出相电压;式为线路阻抗，^尺+彳足，以逆变器1输出电压矢量为公共坐标rf轴，艮为线路电阻，不为线路电抗;￡为公共节点电压冰为逆可得逆变器1下垂控制小信号公式:变器i输出电压与公共节点电压夹角。在高压系统或考虑变压器电抗的低压系统中，线路阻抗主要呈感性，忽略足后可得:~feAjPjpj，Aup]=-10（）考虑实际功率经低通滤波后才参与计算，可得:AP^K/Ci+wJJAp，，（11）3[/f:sin^）PF（由式（2）可得逆变器1/Z?Q^U，（UrEcoscpdIZ，（，2在线路上的压降:，2）式中:峡为低通滤波器截止频率。将式（11）代入式（10）得逆变器1小信号模型:U-Ecoscpii=QiZJ（3Ui），U2-Eeos（p2=Q2Z2^U2）（3）/（Aft）-HwiAcAj31，A^+w^ud^-A^qiA^i（c12）考虑网络中各点电压相位差很小可近似下垂控制造成的压降有限，可认为coapfcos^fl;认为，队为线路额定相电压有效值。故有:Ux-U，={QxZy-Q^）l〇U^（4）设逆变器输出相电压幅值为1，额定相电压幅值t/w，无功功率下垂系数b，下垂特性公式:Q2^2（（jiQi，f/=^Nm=Ujb，V\m-k-^2m5对于逆变器2，设其输出相电压幅值为%，电压矢量与公共坐标d轴夹角为52，则有:U2=y/uIa+UQ2，S2=I（〇2-<〇=iaictan（ulum）（（f213）由式（13）可得其小信号模型如下:Au=nmAuD17_+nAu（}1（^，AS^mmAuat+m^Au^（14））式中:n^UvJVUni+Uqi;ra〇2=U2Q/V“K2+it2（/:改进下垂系数Fig.4Experimentalwaveformsofoutputpower表3负载变化时间表Table3Loadchangetimetable时间/s30-8080-130130-180180-230230-300负载500W500W750W750W1kW250var250var500var500var比较图4ab可知，采用传统下垂系数时，有，功功率能按照要求合理分配，但无功功率由于线路阻抗不等而偏差较大。逆变器1线路阻抗小，输出无功功率大。利用所述方法调整下垂系数后，无率基本相等。即使在有功、无功负载变化时，无功功功率能按照设计要求在两个逆变器之间合理分功率仍能按要求合理分配。配，分配效果不受负载变化影响。负载1kW时两个逆变器输出a相电流波形如图5所示。〇0.5I1.522.5300.511r/st.522.53/sa）传统下垂系数（b（）改进下垂系数图2功率仿真波形Fig.2Simulationwaveformsofoutputpower5实验（坨/VCN）//"（10ms/格）图5负载lkW时稳态电流Fig.5Outputcurrentunder1kWload为进一步验证下垂系数选择方法的准确性，逆变器1输出电流幅值为逆变器2的两倍，搭建如图3所示实验平台。电抗器乙，之2模拟线路。图4a为采用传统下垂两个逆变器无阻抗。参数同仿真，见表1控制参数时功率随负载变化波形，功率分配符合要求，电流波形良好。所述无功功率下垂系数选择方法并不影响有功功率的分配，也不影响电流波形质量。功功率下垂系数均为0.025;为使两个逆变器输出无功功率相等，利用所述方法调整下垂系数，实验波形如图4b，^=0.035AfO.Ol，。负载变化如表3。综合以上实验结果可以得到结论:所述无功功率均分的下垂系数选择方法能准确地计算下垂系数，使无功功率按照设计要求合理（下转第79贾）71基于双脉冲实验的Sic与IGBT特性对比研究收电路。测试结果如图12所示，将加入缓冲电路前后的测试结果进行对比，可以发现，未加入吸收电路时以1R栅极电阻关断，涌浪电压为600V，平台的搭建，采用CPLD进行双脉冲信号触发，对设计的驱动电路以及SiC功率器件进行了双脉冲测试，并与某公司一款耐压值相同的IGBT模块的纯C吸收电路可抑制59V涌浪电压，RCD吸收双脉冲测试结果进行对比分析。对比结果显示，电路可抑制42V涌浪电压。综上所述，加入缓冲SiC功率器件与IGBT器件相比，开关响应更快，电路能有效地抑制电压涌浪，改善关断时的电压损耗约是IGBT的1/3。同时，SiC功率器件可以选谐振，纯C吸收电路的效果更好（寄生参数最用更低的栅极开关电阻，大幅降低功率器件的开小）。通过计算，1R栅极电阻下，外加纯C吸收电关损耗。针对SiC功率器件关断时涌浪电压过高路可降低SiC功率器件的关断损耗0.3mj，但增加器件的开启损耗0.1mj，总体上降低了系统的开关损耗。700600500>40013003200100图12电压涌浪抑制效果图Fig.12Voltaesui^esugppressioneffectdiagram5结论双脉冲测试是检测功能功率模块以及驱动电路性能的重要手段。所述方法实现了双脉冲测试的问题，通过分析涌浪电压的抑制措施，实验验证无源纯C及RCD吸收电路可有效抑制涌浪电压，降低开关损耗。总而言之，相比较于IGBT模块，SiC功率模块在高频幵关及大功率逆变应用领域中有更好的开关性能优势。参考文献]王辉1[琚伟伟，刘香茹，等.半导体SiC材料研究进，展及其应用[J].科技创新导报，20085（丨）:，8-9.[2]贾晨曦杨东，蒲新征，等.基于SiC功率器件的单，相APF开关损耗分析及应用技术研究[J].电网技术，2017，41（12）:4030-4037，[3]金祝锋李威辰，，胡斯登，等?大容量电力电子装置中母排杂散电感提取方法的优化研究[J].电工技术学报，2017，32（14）:1-7.（上接第71页）分配，分配效果不受负载变化的影响;下垂系数一经设定，无需修改，系统不需要实时通讯，可靠性更高。电流波形良好，功率分配准确。crogrids[A].IEEEPowerEngineeringSocietyGeneralMe-etinC]g[.2006:l-8.[4]肖朝霞.微网控制及运行特性分析[D].天津;天津大6结论针对采用下垂控制的微网孤岛运行时，由于线路阻抗不等造成无功功率分配不均的问题，提出一种无功功率均分的下垂系数选择方法。该方法能使无功功率按要求合理分配，分配效果不受负载功率变化影响。计算公式只需线路额定电压、学，2008.5]李婷，马皓，刘秦维，等.兼顾连线阻抗差异的逆[变器无线并联[J]?电力电子技术，2013，47（4）:30-32.[6]陈晓棋，贾宏杰陈硕興，，等.基于线路阻抗辨识的微电网无功均分改进F垂控制策略丨几高电压技术，2017，43（4）:1271-1279.P]郭倩，林燎源，武宏彦，等.一种改进的分布式电源无功功率精确分配下垂控制策略丨J].电力系统自动化，线路阻抗及基准逆变器下垂系数等固定参数，计2015，39（15）:30-34，算方便，无需实时计算，无需通信线路，系统更加[8]杨淑英张兴张崇巍.基于下垂特性的逆变器并联，，可靠。仿真及实验表明该方法计算准确，功率分配技术研究.电工电能新技术，2006，25（2）:7-J[]10.效果良好。参考文献[9]KarelDeBrabandere，BrunoBolsens，JeroenVanDenKe-busy，etal.AVoltaeandFrequencyDroogpControlMe?thodforParallelInverters[J].IEEETrans，onPowerEl?ectronics2007，，22（4）:1107-1115.]陈秉乾1[庄圣贤.基于虚拟同步机的微网逆变器并网，[10]韩祯祥.电力系统分析[M].杭州:浙江大学出版社，技术研究[J].电力电子技术，2017，51（3）:39-42.2011.21[薛慧杰王昊软，，杨子龙，等.基于动态规划的水光互11]CiobotaruM，TeodorescuR，RodriguezP，[etal.OnlineGr?补微网逆变器调度策略研究[J].太阳能学报，2013，34（10）:idImpedanceEstimationforSingle-phaseGrid-connect?1724-1728.edSystemsUsingPQVariations[A].IEEEElectricalPo?[3]PaoloPiagi，RobertHLasseter.AutonomousControlofMi?wer&EnergyConference[C].2007:2306-2308.79
