基于小信號模型的分布式發(fā)電交流微網穩(wěn)定性與運行控制研究.pdf

1、新能源分布式發(fā)電作為傳統(tǒng)能源短缺與環(huán)境問題的有效解決方案之一，近年來在學術與實際工程中得到了廣泛的研究與應用。交流微網通過將分布式新能源發(fā)電單元與儲能元件結合組織成一個微型電力網絡，滿足本地負荷調度需求，并實現與傳統(tǒng)剛性電網的無縫連接與交互。本文聚焦于分布式發(fā)電交流微網的穩(wěn)定性與運行控制技術，建立了基于輸入-輸出穩(wěn)定性判據的多能源混合發(fā)電交流微網模型，并以此小信號模型為基礎，提出了并網功率潮流優(yōu)化與有源阻尼控制策略，分析與拓展了基于逆變

2、器自身輸出阻抗特性的電能質量調節(jié)與穩(wěn)定性解決方案，并且完成了對低頻有源阻尼控制方法的分類、性能評估比較與功能拓展。
　　本研究主要內容包括：⑴通過對微網中不同發(fā)電單元的接口變換器輸出外特性進行分析，將其總結分類為電壓源控制型與電流源控制型兩種。進而將電壓源控制型逆變器建模為戴維南等效電路，電流源控制型逆變器表示為諾頓等效電路，并且利用基爾霍夫電流定律與電壓定律可以獲取整個交流微網的系統(tǒng)特性方程。其中，電壓源控制中包含功率下垂環(huán)路和

3、電壓電流控制環(huán)路，電流源控制中包括功率控制環(huán)路與電流控制環(huán)路。根據不同控制環(huán)路的控制對象與帶寬范圍，結合系統(tǒng)工作模式的不同，進一步將系統(tǒng)特性方程劃分為功率控制方程與電壓電流控制方程，利用輸入-輸出穩(wěn)定性準則進行系統(tǒng)穩(wěn)定性判定，闡明了不同控制環(huán)路的穩(wěn)定性頻域，所得到的小信號模型可推廣應用于系統(tǒng)參數優(yōu)化配置與穩(wěn)定性分析。⑵探究了傳統(tǒng)下垂電壓源控制型逆變器并網模式下的功率潮流控制特性，闡明其對于實際非理想電網的電壓幅值與頻率波動會出現跟隨性波

4、動，并且無功潮流的精確調度無法保證。提出了利用公共耦合點(Power Coupling Point，PCC)電壓引入電網電壓幅值與頻率前饋，可以有效跟蹤電網波動特性，獲取良好的功率潮流調度。另外考慮實際應用可行性，提出了利用濾波電容電壓引入電網電壓幅值與頻率前饋以跟蹤電網特性，抑制了功率潮流的波動，避免分布式發(fā)電中電網電壓或者PCC電壓的實際測量。采用輸出電壓幅度控制的方式引入積分項至無功下垂環(huán)路中，實現無功閉環(huán)精確控制。通過引入前饋與

5、電壓幅度控制，保證了并網有功潮流與無功潮流的精確跟蹤，下垂控制的無縫模式切換特性仍然得到了有效發(fā)揮。修改下垂控制器提高了控制自由度，實現了低頻有源阻尼，抑制了低頻振蕩的引入，提升了穩(wěn)定裕度。⑶將逆變器的等效輸出阻抗劃分為虛擬阻抗、逆變器自身輸出阻抗與輸出側阻抗三部分，揭示了各自的主導頻域，重點論述了逆變器自身輸出阻抗對于電壓不平衡、諧波以及負載切換動態(tài)響應的影響，闡明了低頻諧振與逆變器自身輸出阻抗的對應關系，驗證了逆變器自身輸出阻抗對于

6、穩(wěn)定性與動態(tài)性能的影響。提出了逆變器側電流前饋控制策略，改變了輸出阻抗特性，引入了等效負阻抗效應抵消逆變器自身輸出阻抗的影響，避免引入輸出側電流測量。所引入的負阻抗與逆變器自身輸出阻抗成近似線性關系，通過改變前饋系數即可調節(jié)阻抗大小，無需精確測量線路阻抗，簡化了負阻抗設計。提出的前饋控制策略，提高了穩(wěn)定性與動態(tài)性能，改善了逆變器在孤島模式下的負載適應能力。⑷從下垂電壓源控制型逆變器的戴維南等效模型出發(fā)，提出將低頻有源阻尼控制方法總結分類