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解決方案

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解決方案

SOLUTION

多臺(tái)雙向變流器并聯(lián)下垂控制策略研究

關(guān)鍵詞：

多臺(tái)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)

多臺(tái)雙向變流器并聯(lián)下垂控制策略研究

聯(lián)系我們

方案介紹

一、背景

由分布式發(fā)電單元(DG)所構(gòu)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(guó)大力研究的熱點(diǎn)。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(yùn)行模式與孤島運(yùn)行模式。其孤島運(yùn)行模式相當(dāng)于一個(gè)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(yùn)行。然而,當(dāng)微電網(wǎng)工作在孤島模式時(shí),由于系統(tǒng)存在很大的隨機(jī)性,例如分布式發(fā)電源功率的波動(dòng)性、線路阻抗和負(fù)載屬性的不一致性,母線電壓不理想等問(wèn)題,失去大電網(wǎng)支撐的微電網(wǎng)逆變器必須具備很強(qiáng)的適應(yīng)能力來(lái)維持孤島系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。較為簡(jiǎn)單的微電網(wǎng)孤島運(yùn)行控制策略會(huì)采用主從方式，即某個(gè)設(shè)備采用V/F控制，來(lái)穩(wěn)定母線電壓，而其他設(shè)備采用P/Q模式運(yùn)行，此時(shí)若工作在V/F模式下的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)中所有設(shè)備都會(huì)自動(dòng)退出運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，除此之外系統(tǒng)中而且很難實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即插即用功能。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用下垂控制策略，這樣系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備不再分主從模式，各個(gè)設(shè)備會(huì)根據(jù)各自的下垂特性自行出力，這樣系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障而癱瘓，同時(shí)也很容易實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即插即用功能。

二、硬件簡(jiǎn)述

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中功率模塊采用四臺(tái)研旭YXPVD015K高壓可編程直流電源和四臺(tái)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?fù)淙缦聢D1所示。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖2：儲(chǔ)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(jiǎn)述

設(shè)備可以設(shè)定為PQ模式以及下垂模式，其中PQ模式只能運(yùn)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(yùn)行：當(dāng)設(shè)備與主網(wǎng)連接時(shí)，此時(shí)設(shè)備工作在PQ模式下時(shí)，只需要設(shè)置P或者Q值，設(shè)備即可完成對(duì)應(yīng)功率的運(yùn)行，設(shè)定的功率正負(fù)值來(lái)決定設(shè)備能量的流動(dòng)方向。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可以切換設(shè)備為下垂工作模式，在下垂模式下，用戶只能通過(guò)設(shè)定頻率值來(lái)決定能量的流動(dòng)方向，只有頻率設(shè)定值高于當(dāng)前電網(wǎng)頻率值時(shí)，設(shè)備才可以將能量饋入主網(wǎng)。兩臺(tái)設(shè)備都可以同時(shí)設(shè)置為下垂模式運(yùn)行，互不干擾。

離網(wǎng)運(yùn)行：當(dāng)設(shè)備與主網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)，設(shè)備必須工作在下垂模式下，一旦設(shè)備工作在下垂模式下時(shí)，兩個(gè)設(shè)備都可以為負(fù)載供電，此時(shí)可以通過(guò)設(shè)定下垂系數(shù)決定各自的出力比例。若兩臺(tái)設(shè)備下垂系數(shù)設(shè)定一致時(shí)，此時(shí)兩臺(tái)設(shè)備平分負(fù)載功率，若某一臺(tái)的下垂系數(shù)設(shè)定大時(shí)，此時(shí)該臺(tái)設(shè)備會(huì)出力增加，另外一臺(tái)會(huì)對(duì)應(yīng)減小。在離網(wǎng)運(yùn)行模式下，可以先啟動(dòng)一臺(tái)設(shè)備帶載，然后在啟動(dòng)另外一臺(tái)設(shè)備，完成即插即用功能的測(cè)試。

四、算法簡(jiǎn)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(jī)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(guò)P/f下垂控制和Q/V下垂控制來(lái)獲取穩(wěn)定的頻率和電壓，這種控制方法對(duì)微源輸出的有功功率和無(wú)功功率分別進(jìn)行控制。下面方程表示微源電壓頻率和幅值的下垂關(guān)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(shí)際輸出的有功和無(wú)功功率，Po和Qo為逆變器的額定有功和額定無(wú)功功率值。下算法框圖為下垂控制的主拓?fù)鋱D。

圖3 下垂算法拓?fù)鋱D

4.1 有功-頻率控制

有功-頻率控制實(shí)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(huì)有所下降，而隨著P的減小，ω值會(huì)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(tái)設(shè)備并聯(lián)為負(fù)載供電時(shí)，各個(gè)設(shè)備的出力多少由此特性系數(shù)決定。

圖4 P/f特性曲線

4.2 無(wú)功-電壓控制

無(wú)功-電壓控制用以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率和電壓幅值的下垂特性。無(wú)功-電壓控制主要根據(jù)微源輸出電壓幅值偏差與無(wú)功功率調(diào)整輸出電壓。其特性曲線如圖5所示：隨著Q增大，電壓U會(huì)下降，反之U會(huì)上升。圖中曲線的斜率即為下垂電壓特性系數(shù)。

圖5 Q/V特性曲線

五、測(cè)試實(shí)驗(yàn)

兩臺(tái)儲(chǔ)能變流器并機(jī)運(yùn)行實(shí)測(cè)

1、并網(wǎng)PQ模式，兩臺(tái)變流器工作在傳統(tǒng)的并網(wǎng)PQ模式下，分別設(shè)定兩臺(tái)DCAC的有功功率分別是5kw和8kw。變流器會(huì)根據(jù)設(shè)定功率穩(wěn)定輸出。

2、并網(wǎng)下垂模式，分別設(shè)定兩臺(tái)變流器的頻率值高過(guò)50Hz,設(shè)置50.15和50.25兩組數(shù)據(jù)。此時(shí)變流器工作功率與設(shè)備的頻率設(shè)定值呈線性關(guān)系，可以看到同樣的工作狀態(tài)下，兩臺(tái)變流器的出力不同。