孤岛微电网并联逆变器功率控制策略研究

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目前,微电网为了向大功率方向发展,多模块逆变器并联运行是一个重要的方法,同时,并联运行技术是逆变电源从传统的集中式发配电向分布式发配电模式转变的一项关键技术。但是,由于多模块逆变器并联与多模块直流电源并联运行相比更加的难以实现。在理想的条件下,多模块逆变器并联输出的电压幅值、频率、相位等参数都是相等的,即不存在逆变器输出的电压差。可是,实际的并联逆变器系统中,由于各种参数的差异导致并联逆变器的输出电压存在差值,这种电压的差值造成了微网并联逆变器输出的功率也存在偏差。为了消除电压差带来的功率偏差,达到功率均分的效果,本文以两台并联逆变器为研究对象,对传统下垂控制和传统电压电流双闭环控制进行改进,并将此改进方法应用到孤岛微网功率控制策略中。仿真结果表明该方法消除了功率分配的偏差且达到了功率均分的效果。主要研究内容如下:(1)建立单台逆变器下垂控制和等效的两台并联逆变器拓扑结构和数学模型,利用瞬时功率理论计算出逆变器实时的有功和无功功率,并根据微网线路阻抗特性的不同得出了传统下垂控制和反下垂控制方法。(2)以传统的下垂控制方法为基础,建立逆变器电压电流双闭环控制拓扑结构,分析传统的双环控制策略;针对采用恒定参数的比例积分控制很难达到理想的效果,改进了一种以BP算法进行参数整定的分数阶比例积分控制器。通过仿真验证,新改进的控制策略不仅能够很好的达到电压、电流的跟随效果,而且还能进一步提高微网系统电压和频率的稳定性。(3)分析传统的下垂控制方法,建立并联逆变器等效电路的拓扑结构,由于线路阻抗的不同,两台并联逆变器输出的电压和电流不相等,通过功率计算和终值定理等方法证明了在传统下垂控制方法下,有功功率可按比例分配,而无功功率无法按比例分配,存在无功分配的偏差。针对这一问题,在传统下垂控制中加入了两个PI控制环节,PI控制环节保证了两个逆变器输出电压相同,从而达到无功按比例分配的效果。仿真验证表明,所采用控制策略能很好地消除两台并联逆变器的无功功率分配的偏差。(4)通过分析传统反下垂控制方法,得出无功功率可以按下垂系数反比例进行精确地分配,有功功率由于线路阻抗的差异致使其存在分配的偏差。针对这一问题,采用了增大下垂系数、改变空载电压和虚拟电阻相结合的反下垂控制方法,分别对增大下垂系数和降低空载电压的下垂控制方程进行了数学公式的推导及公式的证明,并根据推导的数学公式画出了增大下垂系数和降低空载电压的反下垂曲线图;仿真验证表明,改进的反下垂控制方法可以有效地消除两台并联逆变器有功功率分配的偏差。
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