独立微网中逆变器与发电机并联控制策略仿真文献综述

 2022-10-27 16:55:09
  1. 文献综述(或调研报告):

根据并联对象的不同,逆变器并联控制可分为逆变器之间相互并联、逆变器并入电网、逆变器与发电机并联三种类型。截至目前,国内外学者在前两种并联系统控制方面已取得了丰硕的研究成果。其中,逆变器之间相互并联的控制策略主要有主从控制法[1-3]在分析多逆变器并联系统中传统下垂控制法及逆变器输出阻抗对系统性能的影响基础上,通过引入感性虚拟阻抗,提出一种适合微网多逆变器并联的电压电流双环下垂控制策略。虚拟阻抗的引入使输出阻抗仅由滤波电感值决定,减少了逆变器输出电阻的影响;考虑线路阻抗的影响,提出一种新型改进下垂控制算法,通过对下垂系数进行修正,减弱了线路阻抗差异对并联均流的影响,提高多逆变器并联性能。下垂控制法[4-8]逆变器并联系统采用有功-电压频率(P-f)和无功-电压幅值(Q-U)下垂控制方法实现功率均分、分布控制法[9,10]针对不同容量逆变电源的并联,提出了一种双外环分布式并联控制方案,使得系统由负载电流的大小决定所需并联模块数以及并入系统的各并联逆变模块按自身容量比例分担负载电流,并能有效抑制系统环流,实现系统的冗余并联。

逆变器并网已经实现了电压源并网和电流源并网控制[11-15]。并网逆变器的输出控制模式主要有两种:电压型控制模式和电流型控制模式。电压型控制模式以输出电压作为被控量,并网逆变器的输出是和电网电压同频同相的电压源,并检测电感上的谐波电压对输出电压进行谐波补偿。整个系统相当于一个内阻很小的受控电压源。电流型控制模式以输出并网电感电流作为受控目标,逆变器的系统输出是与电网电压同频同相的电流信号,整个系统等效于一个内阻较大的受控电流源。两套系统都是以母线电压作为外环控制,前端DC-DC控制变换器进行最大功率跟踪,不断调整占空比,输出直流母线电压不受控,因此后端的逆变器将母线电压稳定在恒值,实际上就保证了功率输出的平衡。如果光伏并网逆变器的输出采用电压控制,则实际上就是一个电压源与电压源并联运行的系统,这种情况下要保证系统稳定运行,必须采用锁相控制技术以实现与市电同步,在稳定运行的基础上,可通过调整逆变器输出电压的大小及相移以控制系统的有功输出与无功输出。并网电流和输出电源的质量完全取决于电网电压,只有当电网电压质量很高时,才能得到高质量的并网电流和输出电源。如果电网电压受到扰动或出现不平衡,则由于并网逆变器对电网呈现出低阻特性,可能会影响逆变器的运行。如果逆变器的输出采用电流控制,则只需控制逆变器的输出电流以跟踪电压,再通过输出电感连接到电网,即可达到并联运行的目的。通过调整输出电流的给定值可以改变输出功率的大小,其控制方法相对简单。但如果要实现并网,则在独立运行模式下,逆变器要改为电压源输出的模式。

文献[16-17]提出逆变器在并网运行时采用电流控制模式,独立运行时则采用电压控制模式,运行模式切换时主控制器应能够满足在2种控制模式间快速切换的要求。文献[18]采用上层控制器及控制器局域网络(controller area network,CAN)。总线通信对微网内主电源与从电源进行协调控制, 且主电源必须满足在电压控制模式及电流控制模式间的快速切换。文献[19]指出控制器在电压控制和电流控制2种模式间切换时,会导致输出结果出现 偏差,容易造成暂态冲击,因此提出一种采用内环电流滞环控制,外环为电容电压及并网电流并行控制的控制算法。控制模式切换时不需要改变控制结构,但滞环电流控制下器件开关频率较高,会增加系统损耗。文献[20]在电压电流双闭环控制基础上引入虚拟阻抗,并网运行时通过改变虚拟阻抗来相应控制其输出电流或功率,属于间接电流控制,且模式切换过程中仍存在电流和功率冲击。然而上述文献所提出的方法均为存在大电网时微网内主电源在双运行模式之间的无缝切换。该场景与孤立 网系统中双主电源的无缝切换并不相同。

在逆变器与发电机并联控制方面,对于发电机在电网运行、逆变器投入并联运行的情况与逆变器并网的情况类似,相关研究已比较成熟。因此只讨论逆变器在电网运行,发电机投入并联运行的控制策略。在这方面的研究中,文献[21]提出 了一种柴油发电机和由逆变器接入的电池储能装置的无缝切换控制方法。但是,该文献中除了两种设备的本地控制器外,还需要增设上层控制单元,以实现两者的协调控制,这增加了系统控制的复杂性。

参考文献:

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