改进的空间状态模型与含逆变器的微网孤岛运行分析.pdfVIP

中国电源学会第二十届学术年会论文集 改进的空间状态模型和含逆变器的微网孤岛运行分析 1 1，2 1 1 2 祝明华 王先为 熊连松 卓放 张海龙 （1.西安交通大学电气工程学院 陕西西安710049，2.许继集团 河南许昌 461000） Email:andyzmhxjtu@ 摘要 本文的研究对象是含逆变器的微型电网，对其传统状态空间模型做了改进，已使其更准确的描述微 网。本文中的逆变器不可以简化为一个独立的部分，其通过公共旋转坐标系，把耦合项和公共旋转坐标系的 角度都考虑在内。基于对微网改进后状态空间系统模型的特征根进行稳定性分析， 可以表明振荡元件在暂态 过程中的频率和阻尼。本文引进了参与矩阵，其可以用于识别特征值和状态变量之间的关系，并找出影响最 大的状态变量的参与因子大的特征值，这将有助于提高微电网系统的稳定并降低系统阶数。本次仿真和实验 对象是以三个容量为100kW 逆变器为基础的微电网，用以证实模型改进的效果。 关键词 微网，模型改进，公共旋转坐标系 1. 引言 [4] 小信号稳定性是微网可靠运行的重要的问题之一 。微网中，许多可再生能源是通过逆变器来 连接到电网的，由于其惯量较低，它们的动态响应比传统的旋转电机的要快得多。因此，研究关于 含逆变器的微电网的全阶模型的稳定性是非常必要的，这将不仅包括线路阻抗和负载模型，也包含 逆变器的控制模型。 单机系统的动态稳定性以前就一直有研究，但是所有的建模过程都集中于逆变器独立运行于不 [1-3] 同的微电网模式下，并没有考虑逆变器的相互作用以及与动态网络的联系 。系统方法来建立基 [4][5] 于逆变器的微电网孤岛状态空间建模 利用不同的电流共享的方法，状态空间模型的建立利用下 [6] [7][8] 垂控制平均电流共享。许多现代控制器设计技术，如极点配置 或特征值灵敏性 ，都可以被用 来优化系统的稳定性。 在本文中，按照文献[4]中的方法建立的状态空间模型，通过考虑耦合因素以使模型更加精确。 然后在不同的负载和控制参数情况下，用特征值来评价系统的稳定性。最后通过仿真和实验来验证 改进后的模型。 2. 建模整体思路 · 440 · 中国电源学会第二十届学术年会论文集 图1 基于逆变器的微型电网结构示意图 微网有两种典型的运行模式：并网运行模式和孤岛运行模式。正常并网运行模式下，母线电压 和频率由电网支撑，微型电网内部各个分布式新能源作为恒功率源或以最大功率输出状态运行，向 负载和电网注入功率。而由于主动或被动的原因，微型电网系统通过断开 PCC ，使得微型电网运 行在孤岛模式下，微型电网内部的各个能量单元将独立负责给负载提供所需能量，并支撑微型电网 的母线电压和频率，使其在额定范围内。本文主要研究基于三相逆变器的微型电网系统，如图 1 所示。 863 计划项目 （编号：2012AA050206 和2008AA05Z215 ） 下垂控制的基本结构如图 2 所示，采用功率下垂控制+ 电容电压外环控制+逆变器侧电感电流 内环控制。功率环通过下垂控制特性调节逆变器输出基波部分的电压和频率，达到对功率的控制。 电压电流控制环是为了防止高频干扰，时的输出电压和电流快速有效的跟随给定。 图2 下垂控制逆变器控制框图 3. 改进的状态空间模型 整个微电网系统被分成三个部分来建模：逆变器网络部分，母线网络部分和负载网络部分。鉴 于微型电网在系统级建模过程中，不同接入点的逆变器及母线和负载网络所对应的旋转坐标系均不 相同，存在相位甚至于角频率之差。故本文用一个共同的旋转坐标系，如图2 所示，可以将整个系 统的