基于改进下垂控制的并联逆变器控制策略研究

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随着传统化石能源短缺和环境恶化等问题日益突出,分布式发电技术逐渐进入人们的视野,并得以不断发展。生物质能、风能、太阳能等这样的可再生能源由于自身的间歇性和难以预测的特点,难以稳定、持续、高效地输出电能。微电网是协调分布式发电(Distributed Generation,DG)与主电网之间矛盾的有效方式,对推进能源可持续发展具有重要意义,作为微电网中不可或缺的电力电子接口单元,能否实现微电网逆变器高效合理地控制将会对微网性能及其运行成效产生较为显著的影响。本文将目光聚焦于低压微网系统,在借鉴前人研究成果的基础上,针对三相逆变器闭环控制策略以及微网控制模式之间平滑切换问题展开研究。针对传统下垂控制的微电网三相逆变器展开分析和研究,选取合适的数学模型构建功率环及电压外环电流内环的三环小信号模型。基于此分别从动态性、稳定性这两方面入手对有功-频率(P-f)、无功-幅值(Q-v)两种不同情况的下垂系数进行分析,通过研究分析可知,上述性能主要取决于LC滤波器的设计,并介绍功率滤波器的设计方法。采用比例谐振控制以提高逆变器闭环控制系统稳定性,改善系统性能。此外,通过将两台逆变器并联的方式搭建一个实验平台,对其进行仿真验证。考虑到低压微电网线路阻抗的阻感性会在一定程度上影响并联逆变器的性能,导致并联逆变器无法实现功率均分,使得逆变器之间形成环流,导致电能质量变差。故本文采用虚拟阻抗环,对有功功率、无功功率实现解耦控制,引入虚拟阻抗环会使得输出电压受到谐波影响,加上下垂控制无法及时可靠地抑制环流。综合考虑,采用一种改进型分段函数下垂控制取代传统线性下垂控制,通过提高下垂控制的精度和缩短补偿时间,更好地提升环流抑制的效果并基于仿真分析对本文提出的控制策略进行验证。对于引入基于虚拟阻抗环的分段型下垂控制的微网逆变器,将分别对其在孤岛、并网两种模式下分析其运行特性,在此基础上,增设并网预同步控制策略,达到微网在双模式之间平滑切换的目的。在Matlab/Simulink仿真平台中构建微网仿真模型,验证所提控制策略的可行性和有效性。
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