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解決方案

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解決方案

SOLUTION

多臺雙向變流器并聯(lián)下垂控制策略研究

關鍵詞：

多臺雙向變流器并聯(lián)下垂控制策略研究

所屬分類：

新型電力系統(tǒng)實驗平臺

多臺雙向變流器并聯(lián)下垂控制策略研究

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方案介紹

一、背景

由分布式發(fā)電單元(DG)所構成的清潔環(huán)保,靈活可靠的微電網(wǎng)系統(tǒng)逐漸成為各國大力研究的熱點。微電網(wǎng)系統(tǒng)可以工作在兩種不同的模式,分別為并網(wǎng)運行模式與孤島運行模式。其孤島運行模式相當于一個自給自足的系統(tǒng),不需要大電網(wǎng)支撐便能維持一定規(guī)模的系統(tǒng)穩(wěn)定運行。然而,當微電網(wǎng)工作在孤島模式時,由于系統(tǒng)存在很大的隨機性,例如分布式發(fā)電源功率的波動性、線路阻抗和負載屬性的不一致性,母線電壓不理想等問題,失去大電網(wǎng)支撐的微電網(wǎng)逆變器必須具備很強的適應能力來維持孤島系統(tǒng)的安全可靠運行。較為簡單的微電網(wǎng)孤島運行控制策略會采用主從方式，即某個設備采用V/F控制，來穩(wěn)定母線電壓，而其他設備采用P/Q模式運行，此時若工作在V/F模式下的設備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)中所有設備都會自動退出運行，導致系統(tǒng)癱瘓，除此之外系統(tǒng)中而且很難實現(xiàn)設備的即插即用功能。為了解決這個問題，可以采用下垂控制策略，這樣系統(tǒng)中各個設備不再分主從模式，各個設備會根據(jù)各自的下垂特性自行出力，這樣系統(tǒng)不會因為某個設備出現(xiàn)故障而癱瘓，同時也很容易實現(xiàn)設備的即插即用功能。

二、硬件簡述

實驗系統(tǒng)中功率模塊采用四臺研旭YXPVD015K高壓可編程直流電源和四臺三相三電平變流模塊YXPHM-TP310b，控制器采用研旭成熟的BOX1000。其整體控制系統(tǒng)搭建拓撲如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)拓撲圖

圖2：儲能變流器搭配高壓

直流可編程電源

表1 YXPHM-TP310主要參數(shù)表

表2 YXPHD電源主要參數(shù)

三、功能簡述

設備可以設定為PQ模式以及下垂模式，其中PQ模式只能運行在并網(wǎng)條件下，而下垂模式既可以工作在并網(wǎng)條件下也可以工作在離網(wǎng)模式下。

并網(wǎng)運行：當設備與主網(wǎng)連接時，此時設備工作在PQ模式下時，只需要設置P或者Q值，設備即可完成對應功率的運行，設定的功率正負值來決定設備能量的流動方向。在并網(wǎng)運行時，可以切換設備為下垂工作模式，在下垂模式下，用戶只能通過設定頻率值來決定能量的流動方向，只有頻率設定值高于當前電網(wǎng)頻率值時，設備才可以將能量饋入主網(wǎng)。兩臺設備都可以同時設置為下垂模式運行，互不干擾。

離網(wǎng)運行：當設備與主網(wǎng)斷開時，設備必須工作在下垂模式下，一旦設備工作在下垂模式下時，兩個設備都可以為負載供電，此時可以通過設定下垂系數(shù)決定各自的出力比例。若兩臺設備下垂系數(shù)設定一致時，此時兩臺設備平分負載功率，若某一臺的下垂系數(shù)設定大時，此時該臺設備會出力增加，另外一臺會對應減小。在離網(wǎng)運行模式下，可以先啟動一臺設備帶載，然后在啟動另外一臺設備，完成即插即用功能的測試。

四、算法簡述

PQ控制算法在此不多做介紹，此章節(jié)主要介紹下垂控制算法。下垂控制就是選擇與傳統(tǒng)發(fā)電機相似的頻率一次下垂特性曲線作為DG的控制方式，即分別通過P/f下垂控制和Q/V下垂控制來獲取穩(wěn)定的頻率和電壓，這種控制方法對微源輸出的有功功率和無功功率分別進行控制。下面方程表示微源電壓頻率和幅值的下垂關系：

其中ωo為額定角頻率，Uo為額定電壓，kp和kq為逆變器的下垂系數(shù)，P和Q為逆變器實際輸出的有功和無功功率，Po和Qo為逆變器的額定有功和額定無功功率值。下算法框圖為下垂控制的主拓撲圖。

圖3 下垂算法拓撲圖

4.1 有功-頻率控制

有功-頻率控制實際上用于表征有功功率與系統(tǒng)頻率的下垂特性。下圖為有功功率與頻率的特性曲線圖：由此可知，隨著P的增加，ω值會有所下降，而隨著P的減小，ω值會有所上升，圖中的曲線斜率即為下垂頻率特性系數(shù)。所以多臺設備并聯(lián)為負載供電時，各個設備的出力多少由此特性系數(shù)決定。