發(fā)布時(shí)間：2018-01-22 15:54

  本文關(guān)鍵詞： 分布式發(fā)電 微電網(wǎng) 逆變器并網(wǎng)控制 功率控制 逆變器并聯(lián) 環(huán)流 功率分配 下垂控制 虛擬阻抗 快速無(wú)功支撐　出處：《湖南大學(xué)》2014年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：微電網(wǎng)是在新能源分布式發(fā)電基礎(chǔ)上新興的前沿技術(shù),與大電網(wǎng)互為支撐,是提高分布式發(fā)電供能效益的有效方式。微電網(wǎng)具有并網(wǎng)和離網(wǎng)(孤島)兩種運(yùn)行模式。在并網(wǎng)工作模式下,微電網(wǎng)與中低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,互為支撐,實(shí)現(xiàn)能量的雙向交換。在外部電網(wǎng)故障或計(jì)劃孤島情況下,微電網(wǎng)可轉(zhuǎn)為離網(wǎng)運(yùn)行模式為微電網(wǎng)內(nèi)部重要負(fù)荷供電。由于光伏、風(fēng)力、燃料電池等分布式微源和儲(chǔ)能裝置大多通過(guò)逆變器在公共連接點(diǎn)并聯(lián)接入微電網(wǎng),因此,微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)普遍存在。但由于逆變器的輸出阻抗差異、連接阻抗不同、負(fù)載的非線性、控制方式不同以及微電網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的多元化,在微電網(wǎng)逆變器并網(wǎng)控制、多逆變器并聯(lián)控制和微電網(wǎng)電能質(zhì)量主動(dòng)控制等方面仍存在諸多技術(shù)難題,亟待突破。 本文在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)及電能質(zhì)量控制方法研究”、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(973計(jì)劃)“分布式發(fā)電供能系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)研究”等資助下,在并網(wǎng)運(yùn)行模式下微電網(wǎng)逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)、孤島模式下微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)環(huán)流分析與均流控制技術(shù)、微電網(wǎng)逆變器的電能質(zhì)量主動(dòng)控制技術(shù)方面開(kāi)展研究,解決了微電網(wǎng)中逆變器并網(wǎng)與多逆變器并聯(lián)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)難題,為微電網(wǎng)示范與推廣提供理論依據(jù)與實(shí)踐指導(dǎo)。主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1、在光伏并網(wǎng)控制中,延時(shí)和濾波電感量變化會(huì)影響系統(tǒng)響應(yīng)速度、穩(wěn)定性及并網(wǎng)電流畸變率。對(duì)此,本文提出一種功率前饋的魯棒預(yù)測(cè)無(wú)差拍并網(wǎng)控制方法。通過(guò)引入功率前饋控制加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。魯棒預(yù)測(cè)無(wú)差拍控制方法被提出用于并網(wǎng)電流控制,以增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性,降低因控制延時(shí)和電感量偏差對(duì)并網(wǎng)電流造成的畸變。分析了帶延遲環(huán)節(jié)的z域無(wú)差拍控制模型,并討論了延時(shí)和電感量取值對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。給出了魯棒預(yù)測(cè)無(wú)差拍控制的設(shè)計(jì)方法,并根據(jù)z域內(nèi)的傳遞函數(shù)對(duì)其進(jìn)行了穩(wěn)定性分析,確定了控制參數(shù)的選取范圍。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提控制方法的有效性。 2、通過(guò)改進(jìn)逆變器并網(wǎng)控制策略,使微電網(wǎng)和分布式發(fā)電DG具備一定的無(wú)功補(bǔ)償和電壓頻率調(diào)整功能是一種解決微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題的有效途徑,可進(jìn)一步降低分布式發(fā)電并網(wǎng)門(mén)檻。對(duì)此,本文針對(duì)分布于電網(wǎng)末梢的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),提出了兼具無(wú)功補(bǔ)償功能的并網(wǎng)功率控制方法,使系統(tǒng)在向電網(wǎng)和本地負(fù)載快速提供有功電能的同時(shí),也能提供負(fù)載所需的無(wú)功電能。在分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,通過(guò)構(gòu)建兩相正交電流和利用瞬時(shí)無(wú)功電流ip-iq算法,檢測(cè)出單相負(fù)載的無(wú)功電流的直流分量,通過(guò)直流側(cè)電壓外環(huán)PI控制輸出得到有功電流的直流分量,從而獲取并網(wǎng)指令電流。結(jié)合魯棒預(yù)測(cè)無(wú)差拍控制,該系統(tǒng)無(wú)需增加額外的功率器件,可并接于電網(wǎng)末梢,在實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了對(duì)本地負(fù)載的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償,提高了供電質(zhì)量。為了解決構(gòu)造單相無(wú)功電流帶來(lái)的延時(shí)問(wèn)題,進(jìn)一步提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和電流控制精度,提出了一種無(wú)延時(shí)的兼具無(wú)功補(bǔ)償功能的并網(wǎng)功率控制方法,該方法由無(wú)功電流檢測(cè)、電壓電流雙環(huán)控制、功率前饋及電網(wǎng)電壓前饋構(gòu)成。提出了對(duì)負(fù)載電流求導(dǎo)來(lái)構(gòu)建兩相正交電流的方法,實(shí)現(xiàn)了無(wú)延時(shí)單相無(wú)功電流檢測(cè),與傳統(tǒng)延時(shí)方法相比,解決了傳統(tǒng)單相無(wú)功電流檢測(cè)因采樣數(shù)據(jù)不具備同時(shí)性以及負(fù)載電流跟蹤存在滯后造成的較大延時(shí)問(wèn)題,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。電流內(nèi)環(huán)采用準(zhǔn)諧振PR控制實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流的零穩(wěn)態(tài)誤差控制,并降低電網(wǎng)頻率偏移對(duì)電流的影響；引入電網(wǎng)電壓前饋降低電壓畸變或擾動(dòng)造成的電流畸變。給出了并網(wǎng)功率控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),分析了準(zhǔn)諧振PR控制中不同控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響,并選取了合適的設(shè)計(jì)參數(shù)。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的有效性。 3、微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器的等效輸出阻抗和線路阻抗差異對(duì)功率分配和環(huán)流抑制存在較大影響。本文從逆變器并聯(lián)的功率傳輸特性出發(fā),分析了現(xiàn)有下垂控制對(duì)阻性逆變器并聯(lián)功率分配的影響,并在分析阻性逆變器環(huán)流特性的基礎(chǔ)上,提出了一種魯棒下垂多環(huán)控制方法,包括功率外環(huán)和電壓電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成。提出功率外環(huán)魯棒下垂控制來(lái)減少阻抗差異對(duì)功率精確分配的影響；通過(guò)引入含阻性分量和感性分量的虛擬復(fù)阻抗,將逆變器的等效輸出阻抗設(shè)計(jì)呈阻性；采用準(zhǔn)諧振PR控制實(shí)現(xiàn)在較寬頻帶內(nèi)逆變器輸出電壓的零穩(wěn)態(tài)誤差控制,進(jìn)而減少逆變器間輸出電壓偏差并抑制環(huán)流。采用輸出電壓前饋和電容電流比例控制提高系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)和電流抗擾動(dòng)能力。深入對(duì)比分析了控制方式和控制參數(shù)對(duì)等效輸出阻抗的影響,并擇優(yōu)選取了控制參數(shù)。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的可行性與有效性。 4、在低壓微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中,負(fù)荷突變會(huì)導(dǎo)致微電網(wǎng)電壓波動(dòng),逆變器具備快速無(wú)功支撐能力是維持電壓穩(wěn)定的必要途徑。本文通過(guò)將阻容性虛擬復(fù)阻抗引入到逆變器輸出電流反饋中,提出了一種快速無(wú)功支撐的阻容性逆變器(RC型逆變器)及其并聯(lián)功率分配方法。該逆變器將其等效輸出阻抗設(shè)計(jì)成阻容性,可實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在公共連接點(diǎn)處的無(wú)功功率快速支撐,從而保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定,并可抑制逆變器輸出阻抗和電網(wǎng)阻抗間的諧振,進(jìn)一步降低電壓畸變。在對(duì)阻容性逆變器進(jìn)行等效建模基礎(chǔ)上,通過(guò)設(shè)計(jì)阻容性虛擬復(fù)阻抗,給出了該類(lèi)逆變器并聯(lián)的多環(huán)功率精確分配方法,包括功率下垂控制外環(huán),虛擬阻抗中間環(huán)及輸出電壓控制內(nèi)環(huán)。分析了虛擬復(fù)阻抗參數(shù)對(duì)并聯(lián)環(huán)流的影響,并選取了合適的控制參數(shù)。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制方法的有效性。
[Abstract]:The micro - grid is a new forward technology on the basis of the new energy distributed power generation , and is supported by the large power grid . The micro - grid has two operating modes of grid - grid and off - grid ( island ) . In the grid operation mode , the micro - grid can be switched to the off - grid operation mode to supply power to the internal important load of the micro - grid . In this paper , under the support of the national natural science fund key project " Micro - grid multi - inverter parallel and electric energy quality control method research " , the national key basic research development plan project ( 973 plan ) " distributed power supply system related basic research " and so on , in the grid operation mode , the micro - grid inverter grid - connected control technology , the micro - grid multi - inverter parallel circulation analysis and the current - sharing control technology , the micro - grid inverter ' s energy quality active control technology has been studied , which solves the key technical problem of parallel operation of the inverter grid and the multi - inverter in the micro - grid , and provides theoretical basis and practical guidance for the demonstration and popularization of the micro - grid . 1 . In photovoltaic grid - connected control , the delay and filter inductance change will affect the system response speed , stability and grid current distortion ratio . In this paper , a robust prediction non - difference beat control method for power feedforward control is proposed . In order to solve the delay problem caused by single - phase reactive current , this paper presents a method for controlling the reactive current of a single - phase photovoltaic grid by constructing two - phase orthogonal current and using instantaneous reactive current ip - iq algorithm . 3 . The equivalent output impedance and line impedance difference of parallel inverters in micro - grid have great influence on power distribution and circulation suppression . Based on analyzing the power transmission characteristics of the inverter , this paper presents a robust droop multi - loop control method , which includes the power outer ring and the voltage current inner loop . By introducing the dummy complex impedance with resistive component and inductive component , the effect of the control mode and the control parameter on the equivalent output impedance is improved . The control parameters are selected . The simulation and experimental results verify the feasibility and effectiveness of the proposed method . 4 . In the multi - inverter parallel system of low voltage microgrid , the load mutation can cause the voltage fluctuation of the micro - grid , and the inverter has the necessary means to maintain voltage stability . By designing the equivalent output impedance of the inverter , this paper presents a fast reactive power - supporting resistance inverter ( RC - type inverter ) and its parallel power distribution method .

【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM464

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1455103