微電網(wǎng)改進下垂控制策略研究

田越　高強

摘 要：傳統(tǒng)下垂控制在包含多個并聯(lián)逆變器的微電網(wǎng)中會造成功率分配不均，而且當(dāng)負載突變時，無法維持微電網(wǎng)的穩(wěn)定性。針對上述問題，提出了一種動態(tài)自適應(yīng)下垂控制策略：在傳統(tǒng)下垂控制的基礎(chǔ)上，加入動態(tài)環(huán)節(jié)和自適應(yīng)環(huán)節(jié)，解決微源功率分配不平衡的問題，并且提高了微電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。搭建了基于MATLAB微電網(wǎng)仿真模型，仿真結(jié)果表明本文所提動態(tài)自適應(yīng)下垂控制策略的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);下垂控制;功率均分;系統(tǒng)穩(wěn)定

中圖分類號：TM727文獻標(biāo)識碼：A

Abstract：Traditional droop control in a microgrid containing multiple parallel inverters will result in uneven power distribution and the stability of the microgrid cannot be maintained when the load is suddenly changed.In view of the above problems，a dynamic adaptive droop control strategy is proposed：on the basis of traditional droop control，dynamic and adaptive links are added to solve the problem of unbalanced power distribution of micro-sources，and improve the stability of micro-grid operation.The simulation model based on MATLAB is built.The simulation results show the feasibility and effectiveness of the dynamic adaptive droop control strategy proposed in this paper.

Key words：microgrid;droop control;power sharing;system stability

隨著能源需求擴大和全球變暖日益加深，分布式發(fā)電設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用[1-5]。文獻[2，3]給出了微電網(wǎng)的定義：由分布在配電網(wǎng)一側(cè)的分布式發(fā)電單元組成的網(wǎng)絡(luò)群，為負載提供能量。當(dāng)微電網(wǎng)在孤島模式運行時，通常采用下垂控制[5]，而傳統(tǒng)下垂控制存在著分布式電源功率分配不均、頻率電壓無法穩(wěn)定等問題。

為了保證微電網(wǎng)功率均分并且維持微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。文獻[6]提出了一種基于虛擬阻抗和補償電壓的改進下垂控制策略方法，可以實現(xiàn)均衡的功率共享。文獻[7]在反向下垂控制的控制回路中增加虛擬阻抗以改善功率共享并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在文獻[8]設(shè)計了一種考慮復(fù)數(shù)阻抗影響的新型下垂控制器，該控制器可以實現(xiàn)精準(zhǔn)的功率共享。文獻[9]對傳統(tǒng)的魯棒下垂控制器進行了改進，增加了模糊邏輯控制器和頻率降頻方法。

本文提出了的動態(tài)自適應(yīng)的下垂控制策略，在傳統(tǒng)下垂控制的基礎(chǔ)上，引入PI控制環(huán)節(jié)和動態(tài)控制環(huán)節(jié)，保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

1 傳統(tǒng)下垂控制策略

如圖1所示兩個并聯(lián)的分布式電源的傳統(tǒng)下垂控制等效電路[16]。

2.2 動態(tài)自適應(yīng)下垂控制策略的實現(xiàn)

動態(tài)自適應(yīng)下垂控制的結(jié)構(gòu)由功率外環(huán)和電壓電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成[10]。動態(tài)自適應(yīng)下垂控制，動態(tài)環(huán)節(jié)通過加入與功率相關(guān)的項，使下垂控制動態(tài)變化。自適應(yīng)環(huán)節(jié)通過PI控制實現(xiàn)[11]。當(dāng)微電網(wǎng)運行時通過判斷輸出頻率電壓和額定頻率電壓的差值，當(dāng)電壓幅值超過額定電壓的±5%，頻率變化超過額定頻率的±0.2Hz時，通過動態(tài)自適應(yīng)下垂控制策略的進行調(diào)整。

3 仿真與實驗

仿真實驗分為兩個部分。第一部分驗證當(dāng)系統(tǒng)單電源時接入大負載時改進下垂控制能否穩(wěn)定微電網(wǎng)的運行的頻率和電壓;第二部分對比傳統(tǒng)下垂控制和動態(tài)自適應(yīng)下垂控制策略的功率均分效果，對比兩個分布式電源輸出的有功功率和無功功率。逆變器輸入電壓為直流800V，輸出電壓為交流311V。開關(guān)頻率20kHz，LC濾波器，L=5mH和C=40μF。線路阻抗Z=（0.02+j0.0013）Ω。頻率等級為50Hz。

3.1 單電源穩(wěn)定性測試

負載2的功率設(shè)定為15kW供過載使用。開關(guān)K在04s關(guān)閉，在0.7s斷開，如圖4單電源穩(wěn)定性測試結(jié)構(gòu)圖。

由圖5可知，與傳統(tǒng)下垂控制相比采用動態(tài)自適應(yīng)下垂控制后，頻率變化遠小于額定頻率±0.2Hz，電壓變化小于額定電壓±5%。

3.2 雙電源功率均分測試

實驗在0.5s，1s時增加負載，1.5s，2s時減少負載，仿真時間為2.5s。如圖6雙電源功率均分測試結(jié)構(gòu)圖。

由圖7可知，兩種下垂控制策略都可以實現(xiàn)功率平衡。當(dāng)負載發(fā)生變化時，功率輸出曲線也隨之變化。動態(tài)自適應(yīng)下垂控制響應(yīng)速度快而且波動范圍小。

4 結(jié)語

本文針對傳統(tǒng)的下垂控制的局限性，提出了動態(tài)自適應(yīng)下垂控制策略，并分析了動態(tài)自適應(yīng)下垂控制的原理，在仿真實驗中，比較了傳統(tǒng)下垂控制、動態(tài)自適應(yīng)下垂控制在大負載連接、切斷時頻率和電壓的變化特性以及微源的功率均分情況，仿真結(jié)果表明動態(tài)自適應(yīng)下垂控制策略控制效果良好，并且可以維持微電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。

參考文獻：

[1]魯宗相，王彩霞，閔勇.微電網(wǎng)研究綜述[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31（19）：100-107.

[2]鄭漳華，艾芊.微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀及在我國的應(yīng)用前景[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（16）：27-31.

[3]王成山，武震，李鵬.微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電工技術(shù)學(xué)報，2014，29（2）：1-12.

[4]Jong-Yul Kim，Jin-Hong Jeon，Seul-Ki Kim，et al.Cooperative Control Strategy of Energy Storage System and Microsources for Stabilizing the Microgrid during Islanded Operation[J].Power Electronics，IEEE Transactions on，2010，25（12）：3037-3048.

[5]L Zhenyu，WU Zaijun，DOU Xiaobo，et al.A Distributed Droop Control Scheme for Islanded DC Microgrid Considering Operation Costs[J].proceedings of the csee，2016.

[6]Zeng，Zhirong，Yi，Hao，Zhai，Hao，et al.Harmonic Power Sharing and PCC Voltage Harmonics Compensation in Islanded Microgrids by Adopting Virtual Harmonic Impedance Method[C].2017.

[7]Allal El Moubarek Bouzid，Pierre Sicard，Amine Yamane，et al.Simulation of droop control strategy for parallel inverters in autonomous AC microgrids[C].International Conference on Modelling.IEEE，2016.

[8]Yao W，Chen M，Matas J，et al.Design and Analysis of the Droop Control Method for Parallel Inverters Considering the Impact of the Complex Impedance on the Power Sharing[J].Industrial Electronics，IEEE Transactions on，2011，58（2）：576-588.

[9]A.W.N.Husna，M.A.Roslan，M.H.Mat.Droop control technique for equal power sharing in islanded microgrid[J].International Journal of Power Electronics and Drive System（IJPEDS）.Vol.10，No.1，March 2019：530-537.

[10]De Brabandere K，Bolsens B，V D K J，et al.A Voltage and Frequency Droop Control Method for Parallel Inverters[C].2007：1107-1115.

[11]Li，Han，Eseye，Abinet Tesfaye，Zhang，Jianhua，et al.Optimal energy management for industrial microgrids with high-penetration renewables[J].Protection & Control of Modern Power Systems，2017，2（1）：12.