交直流混合微电网中多并联互联变流器功率控制策略研究

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随着电动汽车等直流负荷的兴起以及电网中分布式电源渗透率的增加,交直流混合微电网因其具有供电形式灵活,可靠性高等优势,受到了国内外学者的广泛重视。为满足微电网的规模需求,互联变流器多采用并联运行的方式实现大功率传输,然而其在运行的过程中存在传输功率无法精确分配的问题,容易导致互联变流器的寿命、利用效率降低以及引起变流器间的环流。此外,多互联变流器的稳定运行需要保证控制策略能够满足通信标准中对时限的要求。为解决以上问题,本文对多并联运行的互联变流器控制方式开展深入分析研究。为建立混合微电网的仿真模型,总结分析了典型拓扑结构及运行形式,在典型拓扑的基础上建立了不同运行方式下的功率平衡方程,并详细介绍了交、直流子网中多分布式电源的下垂控制以及等效下垂控制。为保证多并联互联变流器传输功率按照额定容量成比例分配以及避免变流器间产生环流,通过详细分析传统标幺化下垂控制中子网的运行状态,以交、直流子网负荷的相对轻重载(状态)确定互联变流器的控制目标,提出了一种基于分区控制的多互联变流器分布式控制策略,避免了互联变流器误动作及过多传输功率。在该控制策略中,为降低通信压力,选定容量最大的互联变流器为主控互联变流器,并从两侧子网间分别获取频率、电压信息以保证系统功率平衡。互联变流器之间则通过通信网络交换各自的功率参考值,以达到功率精确分配的效果。针对通信标准IEC61850中对时延的要求,建立互联变流器通信网络的拉普拉斯矩阵,以此为基础建立含三台互联变流器的微电网小信号模型,通过求解特征矩阵得出系统能有效收敛的最大通信延时时间。基于上述理论分析,在MATLAB和硬件在环平台上搭建仿真模型进行验证。仿真和实验结果表明:基于分区控制的多并联互联变流器分布式控制策略不仅能够有效降低功率波动对传输功率的影响,减少不必要的功率传输,而且能够实现多台互联变流器功率的精确分配。在该控制策略下,系统可容忍的最大通信延时满足通信标准的要求。
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