ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ
．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．０５．００６使用电压—相角下垂控制的微电网控制策略设计
郜登科，姜建国，张宇华
（电力传输与功率变换控制教育部重点实验室，上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海市２００２４０
）摘要：根据微电网的特点，对微电网２种运行模式采取的不同控制策略进行设计。微电网孤岛运
行时，分布式发电单元采用电压源逆变器控制，使用电压—相角下垂控制实现按预定比例分配负荷功率，该下垂控制较电压—频率下垂控制可以提供更好的频率支撑。微电网并网运行时，分布式发电单元采用ＰＱ控制，
按照功率设定值输出功率。通过设计对应电压—相角下垂控制的同步控制器实现了微电网运行模式的无缝转换。利用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对微电网运行模式转换和微电网孤岛运行时使用的２种下垂控制进行对比仿真分析，
验证了电压—相角下垂控制策略的可行性和有效性。
关键词：微电网；分布式发电；孤岛运行；并网运行；下垂控制；电压源逆变器控制；ＰＱ控制
收稿日期：２０１１－０５－１２；修回日期：２０１１－０９－
０７。国家重点基础研究发展计划（“九七三”计划）资助项目（２００９ＣＢ２１９７０６
）。０ 引言
微电网将微电源、负荷和电力电子装置等整合成一个独立可控的小型发电系统，在充分发挥分布式发电（ＤＧ）
优势的同时又能克服其给配电网带来的不利影响，
利于新能源和可再生能源发电的大规模应用，成为近年来的研究热点［
１－
３］。微电源主要包括光伏电池、燃料电池、微型燃气轮机和风力发电机
等分布式电源，以及蓄电池、超级电容器和飞轮等储
能装置。微电网既可以并网运行，
也可以孤岛运行，还可以在２种运行模式之间进行无缝转换［
４－
５］。微电源通过直流变换器或整流器产生直流电
后，再通过逆变器产生交流电，从而形成一个接入微电网的ＤＧ单元。对于其中的逆变器一般采用ＰＱ
控制或电压源逆变器（ＶＳＩ）控制，这２种控制方法只需逆变器的当地信息即可实现。采用ＰＱ控制的
逆变器可以等效成电流源，其输出功率由功率设定值决定，不受微电网内部功率变化的影响，适用于所有的分布式电源。采用ＶＳＩ控制的逆变器可以等效成电压源，其输出功率随微电网内部功率的变化而改变，起到调节功率的作用，适用于配备有储能装置的分布式电源。微电网并网运行时，可由配电网为其提供电压和频率支撑；孤岛运行时，由于微电网已经与配电网解列，必需有一定数量的采用ＶＳＩ控制的ＤＧ单元为其提供电压和频率支撑，
以保证微电网的正常运行［６－
８］。本文主要考虑由这类ＤＧ单
元组成的微电网控制策略。
在ＶＳＩ控制中通常使用电压—频率下垂控制产
生参考电压，该方法又称为Ｖ／ｆ控制［９－
１１］。如果用电压—相角下垂控制取代电压—频率下垂控制，可以
使微电网孤岛运行时拥有更好的运行频率，因而为文献［１２－１５］所采用。但是文献［１２－
１３］只考虑了微电网孤岛运行的情况，没有研究微电网并网运行及微电网运行模式的转换；文献［１４］在微电网运行模式转换时没有采用同步控制器，因此存在较大冲击电流的可能，无法实现无缝转换；文献［１５］只研究了分布式电源运行模式的转换，而非微电网运行模式的转换。
本文对微电网的２种运行模式采取不同的控制策略。微电网孤岛运行时，ＤＧ单元采用ＶＳＩ控制，使用电压—相角下垂控制产生参考电压，为微电网提供电压和频率支撑。微电网并网运行时，ＤＧ单元采用ＰＱ控制，
输出指定功率。同时，设计了适用于微电网同步运行过程的同步控制器，
以实现微电网运行模式的无缝转换。通过比较微电网孤岛运行
时使用的２种下垂控制的差异，体现了使用电压—相角下垂控制的优势。
１ 微电网结构
本文研究的微电网结构如图１所示。该微电网将３个分散的ＤＧ单元和１个负荷通过线路和开关
并联于母线１，在公共连接点（ＰＣＣ）通过开关Ｋ５和升压变压器连接到１０ｋＶ配电网。
—
９２—第３６卷 第５期２０１２年３月１０
日Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．５
Ｍａｒ．１０，２０１２
图１ 微电网结构
Ｆｉｇ．１ Ｍｉｃｒｏｇ
ｒｉｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ２ 控制器设计
ＤＧ单元结构如图２所示
。
图２ ＤＧ单元结构
Ｆｉｇ
．２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＤＧ ｕｎｉｔ图２中：Ｕｄｃ为直流侧电压；ｕｉ和ｕｏ分别为逆变
桥电压和ＤＧ单元输出电压；ｉＬ，ｉＣ和ｉｏ分别为电感电流、电容电流和ＤＧ单元输出电流。由图２可以看出，直流侧电压由分布式电源和储能装置经过电力电子变换器后提供，通过使用电压空间矢量脉宽
调制［１６］
的逆变器输出三相交流电，由微电网运行模式决定逆变器采用ＰＱ控制或ＶＳＩ控制。２．１ ＰＱ控制器设计
本文设计的ＰＱ控制器结构如图３所示
。
图３ ＰＱ控制器结构
Ｆｉｇ
．３ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＰＱｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ图３中：Ｐｏ和Ｑｏ分别为ＤＧ单元的输出有功
功率和无功功率，Ｐ＊ｏ和Ｑ＊
ｏ为相应的功率参考值；ｕｏｄｑ，ｉＬｄｑ和ｉｏｄｑ分别为ｕｏ，ｉＬ和ｉｏ的ｄｑ轴分量；ｕ＊
ｄｑ和ｕ＊
αβ
分别为控制器产生的逆变桥调制电压信号的ｄｑ轴分量和αβ轴分量；
ω为角频率；θ为坐标变换角。由图３可以看出，ＰＱ控制器主要由功率计算、
锁相环、电流环控制和坐标变换组成，对ｕｏ利用锁相环技术得到ω和θ。
电流环控制器结构如图４所示
。
图４ 电流环控制器结构
Ｆｉｇ．４ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｏｏｐ
ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ图４中：ｕｏｄ和ｕｏｑ分别为ｕ
ｏ的ｄ轴和ｑ轴分量；ｉＬｄ和ｉＬｑ分别为ｉＬ的ｄ轴和ｑ轴分量；ｉ＊Ｌｄ和ｉ＊
Ｌｑ分别
为电感电流参考值的ｄ轴和ｑ轴分量；ｕ＊ｄ和ｕ＊ｑ分别为逆变桥调制电压信号的ｄ轴和ｑ轴分量。由
图４可以看出，
通过对Ｐ＊ｏ和Ｑ＊
ｏ进行解耦得到电感电流参考值，其与电感电流实际值的差值经过前馈
解耦和电流环比例—积分控制器之后，产生调制
信号［
１７－１８］
。２．２ ＶＳＩ控制器设计本文设计的ＶＳＩ控制器结构如图５所示
。
图５ ＶＳＩ控制器结构
Ｆｉｇ
．５ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＶＳＩ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ图５中：ｕ＊
ｏｄｑ为Ｄ
Ｇ单元输出电压参考值的ｄｑ轴分量。由图５可以看出，ＶＳＩ控制器主要由功率
计算、功率控制、电压电流双环控制和坐标变换等部分组成，其中ω，θ和参考电压都由功率控制器产生。
结合图２可以得到ＤＧ单元的输出功率为：Ｐｏ＝３２｜Ｚ（｜ＵｏｍＥｍｃｏｓ（δ－δｅ－φ）－Ｅ２ｍｃｏｓφ）Ｑｏ＝３２｜Ｚ｜（－ＵｏｍＥｍｓｉｎ（δ－δｅ－φ）－Ｅ２ｍｓｉｎ）烅
烄烆
φ（１
）式中：Ｕｏｍ和Ｅｍ分别为ＤＧ单元输出电压幅值和母线电压幅值；δ和δｅ分别为ＤＧ单元输出电压相角和母线电压相角；Ｚ和φ分别为线路阻抗和相角。
由于微电网线路阻抗呈现阻性［１９］
，可以近似认
为Ｚ≈Ｒ，φ≈０，
当相角差δ－δｅ很小时，由式（１）可以得到以下关系：
—
０３—２０１２，３６（５
）
Ｕｏｍ＝Ｅｍ＋
２ＲＰｏ３Ｅｍ
δ＝δｅ－
２ＲＱｏ
３ＵｏｍＥ烅
烄
烆
ｍ（２）由式（２）可以看出，Ｕｏｍ和δ分别受Ｐｏ和Ｑｏ的
影响。采用电压定向控制［２０］
且引入负反馈，可以得到ＤＧ单元的电压—相角下垂控制的规律为：ｕ＊ｏｄ＝Ｕｏｄｒｅｆ－ｍ
Ｐｏδ＊
＝δｒｅｆ＋ｎＱ｛
ｏ
（３
）式中：ｕ＊ｏｄ和δ＊
分别为Ｄ
Ｇ单元输出电压参考值的ｄ轴分量和相角参考值（电压参考值的ｑ轴分量ｕ＊
ｏｑ＝０）；Ｕｏｄｒｅｆ和δｒｅｆ分别为空载时ＤＧ单元输出电压参考值的ｄ轴分量和相角参考值；ｍ和ｎ分别为电压幅值下垂系数和相角下垂系数。
为使ＤＧ单元１至ＤＧ单元３在微电网孤岛运行时依照其额定容量的比值按比例分配负荷功率，下垂系数应满足ｍ１ＳＮ１＝ｍ２ＳＮ２＝ｍ３ＳＮ３，ｎ１
ＳＮ１＝ｎ２ＳＮ２＝ｎ３ＳＮ３，其中ＳＮ为ＤＧ单元的额定容量［２１］
。根据上述分析，本文设计的功率控制器结构如
图６所示，
其中参考频率ｆ＊在微电网孤岛运行时为工频，在微电网并网运行时为配电网频率
。
图６ 功率控制器结构
Ｆｉｇ
．６ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ电压电流双环控制器结构［２２］
如图７所示
。
图７ 电压电流双环控制器结构
Ｆｉｇ．７ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ－ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｕａｌ ｌｏｏｐ
ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ图７中：ｉｏｄ和ｉｏｑ分别为ｉｏ的ｄ轴分量和ｑ轴分量。由图７可以看出，功率控制器产生的输出电压参考值与输出电压实际值的差值经过前馈解耦和电
压环比例—积分控制器之后，
得到电感电流参考值作为电压外环；电感电流参考值与实际值的差值经过前馈解耦和电流环比例—积分控制器之后，产生调制信号作为电流内环。
２．３ 同步控制器设计
微电网由孤岛运行转入并网运行之前要先经过
同步运行过程，使得微电网和配电网的电压实现同步，即电压幅值、相角和频率能够达到一致，这需要
使用同步控制器［
２３］
。本文设计的同步控制器结构如图８所示
。
图８ 同步控制器结构
Ｆｉｇ．８ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｙ
ｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ图８中：ω＊为配电网角频率；ΔＵｍ和Δδ分别
为图１中开关Ｋ５两侧的电压幅值差和相角差，
二者分别通过包含限幅功能的比例—积分控制器和比例控制器作用，使图６中的Ｕｏｄｒｅｆ，δｒｅｆ和ω变成Ｕｏｄｒｅｆ′，δｒｅｆ′和ω＊
，完成电压同步。在此之后，开关Ｋ５可以闭合，
微电网由孤岛运行转入并网运行，同时同步控制器退出工作。
３ 仿真分析
３．１ 仿真参数
ＤＧ单元的参数如表１所示。
表１ ＤＧ单元参数
Ｔａｂｌｅ １ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＤＧ
ｕｎｉｔｓＤＧ单元
Ｌ／ｍＨ ｒＬ／ΩＣ／μ
Ｆ ＳＮ／ｋＶＡ
ＤＧ单元１ ０．５０ ０．０５ ２００ ２０ＤＧ单元２ ０．６５ ０．０６ １５０ １５ＤＧ单元３
１．００
０．１０
１００
１０
直流侧电压Ｕｄｃ均为７
００Ｖ。微电网线路参数为Ｒ＝０．６４２Ω／ｋｍ，Ｘ＝０．０８３Ω／ｋｍ。配电网线路参数为Ｒ＝０．１６１Ω／ｋｍ，Ｘ＝０．１９０Ω／ｋｍ。负荷是
额定有功功率为３０ｋＷ、额定无功功率为２０ｋｖａｒ的具有时变性的负荷。在下垂控制中，Ｕｏｄｒｅｆ＝
３９０Ｖ，δｒｅｆ＝
０ｒａｄ；ｍ１＝３×１０－４ Ｖ／Ｗ，ｍ２＝４×１０－４
Ｖ／Ｗ，ｍ３＝６×１０－４ Ｖ／Ｗ，ｎ１＝６×１０－７
ｒａｄ／ｖａｒ，ｎ２＝
８×１０－７ ｒａｄ／ｖａｒ，ｎ３＝
１．２×１０－６
ｒａｄ／ｖａｒ。微电网孤岛运行时，ＤＧ单元１，２，３按４∶３∶２的预定比例分配负荷功率。
３．２ 仿真结果
算例１：微电网１．０ｓ前孤岛运行，０．６ｓ时开始同步运行，１．０ｓ时连接到配电网并转入并网运行模式，１．５ｓ时与配电网断开并转入孤岛运行模式，
仿真结果如图９所示。图９（ａ）和图９（ｂ）表明ＤＧ单元在微电网孤岛运行时能够跟踪负荷功率的变化，
按预定比例分配负荷功率，实现微电网内部功率平衡。在微电网转入并网运行之后，不受负荷功率变化的影响而按照功率设定值输出功率。
—
１３—·绿色电力自动化· 郜登科，等 使用电压－相角下垂控制的微电网控制策略设计
图９ 微电网运行模式转换仿真结果
Ｆｉｇ．９ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｇ
ｒｉｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
ｍｏｄｅｓ图９（ｃ）表明在微电网孤岛运行时由ＤＧ单元为
母线１提供电压支撑，其电压幅值与ＤＧ单元输出的有功功率有关。图９（ｄ
）表明由于同步控制器的作用，在微电网同步运行过程中，母线１首先降低频率以实现电压相角的同步，然后升至配电网频率以实现电压频率的同步。
图９（ｅ
）表明在微电网同步运行过程中，由于同步控制器的作用，开关Ｋ５两侧的电压差逐渐减小直至为０，实现微电网和配电网的电压同步。
图９（ｆ）表明在微电网运行模式发生转换时，开关Ｋ５处没有冲击电流，
微电网能实现无缝转换。在微电网并网运行时，流经Ｋ５的电流即为配电网注入微电网的电流，由配电网跟踪负荷功率的变化。
算例２：微电网孤岛运行时，分别使用电压—相角下垂控制及电压—频率下垂控制，仿真结果如图１０和图１１所示
。
图１０ 微电网孤岛运行时的电压－相角下垂
控制仿真结果
Ｆｉｇ．１０ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ｉｓｌａｎｄｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ ａｍｐ
ｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅａｎｇｌｅ ｄｒｏｏｐ
ｃｏｎｔｒｏｌ—
２３—２０１２，３６（５
）
图１１ 微电网孤岛运行时的电压－频率下垂
控制仿真结果
Ｆｉｇ．１１ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ｉｓｌａｎｄｅｄ
ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｒｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ
图１０（ａ）、图１０（ｃ）和图１１（ａ）、图１１（ｃ）表明，由于电压幅值下垂控制的作用，母线１的电压幅值随ＤＧ单元输出有功功率的变化而变化，在有功功率减小（增大）时略微升高（降低），在变化过程中实现ＤＧ单元按预定比例分配负荷有功功率。
图１０（ｂ）和图１０（ｄ）表明，由于电压—相角下垂控制的作用，母线１的电压频率虽然随ＤＧ单元输出无功功率的变化而变化，但是只需在工频附近进行微小的变化就可实现ＤＧ单元按预定比例分配负荷无功功率。图１１（ｂ）和图１１（ｄ）表明，由于电压—频率下垂控制的作用，母线１的电压频率同样随ＤＧ单元输出无功功率的变化而变化，在无功功率增大（减小）时略微升高（降低），但是却需较多地偏离工频才能实现ＤＧ单元按预定比例分配负荷无功
功率。通过对比可以发现，在相同的负荷无功功率分配条件下，用电压—相角下垂控制代替电压—频率下垂控制，可以使微电网孤岛运行时拥有更接近于工频的运行频率。
４ 结语
采用ＶＳＩ控制的ＤＧ单元在微电网孤岛运行时使用电压—相角下垂控制产生参考电压。该下垂控制可以跟踪负荷功率的变化，实现微电网内部功率平衡。其在微电网并网运行之后转为采用ＰＱ控制，可以不受负荷功率变化的影响而按照功率设定值输出功率，此时由微电网和配电网共同为负荷提供功率。利用设计好的同步控制器可以实现微电网运行模式的无缝转换。仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。该控制策略主要适用于并联结构的微电网，其他结构微电网的控制策略有待进一步的研究。
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·绿色电力自动化· 郜登科，等 使用电压－相角下垂控制的微电网控制策略设计
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ｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄＥｘｐｏｓｉｔｉｏｎ：Ｖｏｌ １，Ｏｃｔｏｂｅｒ １０－１３，２００４，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ，ＵＳＡ：３６０－３６５．［１８］ＢＬＡＡＢＪＥＲＧ Ｆ，ＴＥＯＤＯＲＥＳＣＵ Ｒ，ＬＩＳＥＲＲＥ Ｍ，ｅｔ
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ｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ ｒｅａｌ－
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１２０４．郜登科（１９８４—）
，男，通信作者，博士研究生，主要研究方向：微电网运行控制。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｄｅｎｇ
ｋｅ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ姜建国（１９５６—），男，教授，博士生导师，主要研究方向：新能源发电、微电网与智能电网。张宇华（１９７５—），男，博士研究生，主要研究方向：智能电网控制技术。
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ Ｕｓｉｎｇ Ｖｏｌｔａｇｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ Ｐｈａｓｅ Ａｎｇｌｅ Ｄｒｏｏｐ
ＣｏｎｔｒｏｌＧＡＯ Ｄｅｎｇｋｅ，ＪＩＡＮＧ Ｊｉａｎｇ
ｕｏ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｈｕａ（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ
ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｔｗｏ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｇ
ｒｉｄ．Ｗｈｅｎｔｈｅ ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ｉｓ ｏｎ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｉｓｌａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｕｎｉｔｓ ａｄｏｐｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｕｓｉｎｇｖｏｌｔａｇｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ａｎｇｌｅ ｄｒｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｏ ｓｈａｒｅ ｌｏａｄ ｐｏｗｅｒ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｄｒｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｂｅｔｔｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｈａｎ ｖｏｌｔａｇｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｒｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ｉｓ ｏｎ ｇｒｉｄ－
ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｕｎｉｔｓ ａｄｏｐｔ ＰＱｃｏｎｔｒｏｌ ｓｏ ａｓ ｔｏ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｇｉｖｅｎ ｖａｌｕｅｓ．Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｅａｍｌｅｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ｖｏｌｔａｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ａｎｇｌｅ ｄｒｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆｄｒｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｈｅｎ ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ｏｐｅｒａｔｅｓ ｏｎ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｉｓｌａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓｔｈａｔ ｖｏｌｔａｇｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ａｎｇｌｅ ｄｒｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ
ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．Ｔｈｉｓ ｗ ｏｒｋ ｉｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｆｕｎｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｎ ａｔｉｏｎａｌ Ｂａｓｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（ ９７３＂Ｐｒｏｇｒａｍ）（Ｎｏ．２００９ＣＢ２１９７０６）．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｉｓｏｌａｔｅｄ ｉｓｌａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｄｒｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ
ｃｏｎｔｒｏｌ；ＰＱｃｏｎｔｒｏｌ—
４３—２０１２，３６（５
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微电网并离网控制策略研究及实现 任洛卿，唐成虹，王劲松，黄琦 南瑞集团公司（国网电力科学研究院）, 江苏省南京市211106 The Research and Implementation of Micro-grid's Grid-connected & Off-Grid Control Strategy Ren Luoqing, Tang Chenghong, Wang Jinsong, Huang Qi NARI Group(SGEPRI), Nanjing, Jiangsu 210003 ABSTRACT: This paper analyzes the network structure and operation modes of micro-grid and proposes a method of grid-connected & off-grid control strategy, which is based on fast fault detection and pattern recognition. Improved half-wave Fourier algorithm is used to carry out fast protection computation of the characteristic value so as to implement fast fault detection. The characteristic value is described by logical expressions and its real-time value is used to identify the current running mode and as the criterion to implement smooth switching control between the grid-connected mode and off-grid mode. So far, this method has been successfully applied in Luxi island micro-grid demonstration project. KEY WORD: micro-grid; fast fault detection; pattern recognition; coordinated control strategy 摘要: 本文对微电网组成结构及运行模式进行分析研究，提出了故障快速检测和运行模式识别的微电网并离网控制策略方案。故障快速检测以改进的半波傅里叶计算为基础，通过对微电网特征量的快速保护运算，实现故障的快速检测。微电网并离网平滑切换控制实现方法，将微电网特征量以逻辑表达式的形式进行描述，通过读取微电网特征变量实时值，识别出微电网当前运行模式，实现微电网并离网平滑切换。目前该方法已经成功应用于鹿西岛微电网示范工程。 关键词: 微电网；故障快速检测；模式识别；协调控制策略 1 引言 微电网由分布式发电、负荷、储能等部分组成，一般与中低压配电网相连，是一种可以运行在并网模式或离网模式的小型配电网系统。随着分布式发电技术的发展，分布式电源数量快速增长。智能微源、节能降耗、提高供电质量的目的[1]，因此微电网是处理大规模分布式发电接入电网的必然选择，微电网技术的发展对未来坚强电网的发展起着至关重要的作用[2-3]。 微电网有并网和离网两种状态。当电网发生故障时，微电网可离网运行，进入独立的孤岛状态。然而在微电网的发展中，微电网的运行控制尤其是并离网切换控制具有一定的难度。当电网发生故障时，分布式发电和储能设备的电力输出与实际负荷的电力需求很可能不平衡，造成大量电能缺额或电能过剩。此时需要迅速进行判断并进行相应的调节控制，使微电网能够平滑切换至离网状态运行。 现有的微电网并离网切换控制装置一般是针对特定并网方式设计，而离网控制操作过程需要人工参与[4-6]，无法自动适应微电网运行方式，很难做到并离网平滑切换控制。因此，研究微电网并离网平滑切换控制策略实现方法[7-12]是保证微电网安全高效运行的迫切需求。 本文对智能微电网的并离网控制策略进行了研究，提出了包括基于快速保护运算的故障检测技术和基于模式自识别的协调控制方法。这些新技术组成的微电网并离网控制策略，使微电网可以在并网和离网模式间实现平滑切换，同时保证重要负荷的持续供电。 2 快速故障检测技术 快速的故障判断是微电网的并离网切换控制的重要基础，而更快速的故障判断需要在更短时间内完成保护量的运算。 传统的全波傅里叶变换是电力系统中经常使用的保护计算方法。 传统计算方法公式如下： N -1 电网作为智能电网的重要部分，能灵活有效地运用分布式发电和储能设备，达到最大化接纳分布式电 2 a n =x n N =0 sin(nπ 2π ) N 4∑ N
基于DOE方法的转速传感器输出电压的精确控制 目前，我厂转速传感器输出电压的控制较为粗放，一致性较差，实际测量结果与设计指标误差较大，设计存在反复，影响研发周期。文章基于实验设计（DOE）方法，运用Minitab软件，对输出电压进行流程分析及降噪处理，通过实验方案设计、实施、分析，构建合理模型，给出拟合公式，并经预测、验证，提出有效的控制手段。 标签：DOE；Minitab；转速传感器；输出电压；精确控制 1 概述 磁电式传感器运用电磁感应原理，将输入的运动速度转换成感应电动势输出，具有不需要供电电源、电路简单、性能稳定、输出阻抗小等优点[1]。磁电式转速传感器广泛应用于发动机转速测量，在监控发动机状态过程中发挥着重要作用。当发动机工作时，具有导磁性的音轮旋转，通过传感器线圈的磁通量发生周期性变化，传感器线圈中产生周期性电压，通过对输出电压处理计数，测出齿轮转速[2]。 根据磁场回路的大小，磁电式传感器可分为开放式磁电转速传感器和半封闭式磁电转速传感器。开放式磁电转速传感器外壳是不导磁的，线圈在磁钢和音轮组成的大回路的磁场下工作，音轮旋转时产生交变的磁场，使线圈产生感应电势。开放式磁电转速传感器对磁钢的要求不高，一般采用普通的铝镍钴永磁材料。虽然在使用过程中磁性能容易下降，但可以在外部用重新充磁来调整，容易返修。半封闭式磁电转速传感器是由铁芯、磁钢、导磁体、外壳组成的E形磁导体和音轮构成小回路的磁场，當音轮旋转时，磁场变化，在线圈内产生感应电动势。半封闭式磁电转速传感器要求磁钢的磁性能强，一般采用钐钴磁钢。半封闭式磁电转速传感器在使用中如果磁性能下降，很难再重新充磁。由于易调整的特点，目前我厂的磁电式传感器以开放式磁电转速传感器为主。下文论述均以开放式磁电转速传感器为基础。 目前，我厂转速传感器输出电压的控制较为粗放，一致性较差，实际测量结果与设计指标误差较大，设计存在反复，影响研发周期。本文基于实验设计（DOE）方法，对输出电压进行流程分析及降噪处理，运用Minitab软件，通过实验方案设计、实施、分析，构建合理模型，给出拟合公式，并经预测、验证，提出有效的控制手段。 2 流程分析 转速传感器是根据电磁感应原理设计的，完整的测量系统由传感器及音轮两部分组成。音轮按齿形不同可分为端面齿音轮与径向齿音轮，如图1所示。以径向齿音轮为例，传感器的测量端正对音轮的齿，传感器的测量端与音轮的齿之间存在间隙，音轮转动时，间隙交替变化周期性地改变磁路中的磁阻，磁阻周期性
基于PQ控制方法的微电网并网运行 摘要： 0引言 随着环境问题和能源问题的日益突出,世界各国开始纷纷为寻求更加环保节能的新能源发电方式而努力。近年来,具有环境污染少、能源利用率高及安装地点灵活等优点的分布式发电开始受到世界各国的关注,然而,随着分布式发电的迅速发展及其在大电网中的大量接入,其对大电网的影响也是显而易见的因此,急需另外一种发电方式来解决以上问题,随着新型技术的应用,特别是现代控制理论及电力电子技术的发展,本世纪初微电网的概念被提出。 微电网中的大多数微电源通过逆变器接入系统,因此对微电源的控制即为对其逆变器的控制。无论是并网运行还是独立运行,都需要对微电网的各个逆变器进行有效地控制,以维持电压和频率在允许变化的围之,从而满足负荷对电能质量的要求。PQ控制一般用于发电具有间歇性的微电源,如光伏发电、风力发电等,并用于并网发电,此时微电网的电压由大电网或其他微电源提供稳定支撑时,则此微电源逆变器控制的主要目标就是保证逆变器输出的有功电流和无功电流跟踪参考电流以及电流的频率和相位与微电网电压保持一致。 1 微电网的结构 微电网将分布式电源、负荷、储能装置、控制装置等汇集而成一个小型发配电系统，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统，图1-1给出了一种典型的微电网系统示意图。 图1-1典型的微电网系统 图 1-1 中微电网通过公共耦合点(Point of Common Coupling，PCC)处的静态开关(Static Transfer Switch，STS)与配电网相连，整体呈辐射状结构，共有2条馈线 A、B。重要或敏感负荷接在馈线A上，不重要的负荷接在馈线B上。这样，当微电网与主网解列时，可以切去不重要的负荷，保证网重要负荷和发电平衡。另外，微电网中还配置有潮流控制器和能量管理器等控制设备，帮助实现微电网有效的控制和管理。当负荷发生变化时，潮流控
下垂控制的原理是什么。？ 下垂控制是并网逆变器的常用控制原理，但是具体下垂控制的深层原理和物理含义是什么啊？查到的几乎所有的文献对此都是基于下垂控制XXXX、仿照同步发电机下垂特性XXXX，却没有一个真正说清楚仿照哪了，电机书上对同步发电机的下垂特性也没讲清楚其物理原理。向各位知乎大神求教，我看网上也有很多问这个的却没有一个回答说清楚的。 添加评论 分享 简单来说，所谓下垂控制就是选择与传统发电机相似的频率一次下垂特性曲线（Droop Character）作为微源的控制方式，即分别通过P/f下垂控制和Q/V下垂控制来获取稳定的频率和电压，这种控制方法对微源输出的有功功率和无功功率分别进行控制，无需机组间的通信协调，实现了微源即插即用和对等控制的目标，保证了孤岛下微电网内电力平衡和频率的统一，具有简单可靠的特点。—————————————————————————————————————————— 补充说一说。 学过电机学都知道，发电机有个功角特性曲线，其中凸极同步发电机的 无功功率表达式是： 有功 功率表达式： 我们可以看出，通过控制U和功角来控制有功功率P和无功功率Q。那么反过来， 可以通过控制有功功率P和无功功率Q来控制U和功角 所以， 微电网中的常规下垂控制是通过模拟传统发电机的下垂特性，实现微电网中微电源的并联运行。其实质为：各逆变单元检测自身输出功率，通过下垂特性得到输出电压频率和幅值的指令值，然后各自反相微调其输出电压幅值和频率以达到系统有功和无功功率的合理分配。 逆变器输出电压频率和幅值的下垂特性为：
其中w0，U0分别为逆变器输出的额定角频率，额定电压。kp，kq为逆变器下垂系数。P,Q 分别为逆变器实际输出的有功功率和无功功率。P0，Q0分别为逆变器额定有功和无功功率。 由上式我们可以得到三相逆变器常规的P-f 和Q-U 下垂控制框图。 注：常规下垂控制是在系统并联逆变器的输出端等效阻抗为大电感的条件下推导得到的。然而不同电压等级的连接线路对应不同的阻感比。 在电压等级较低的线路中，阻感比相对较高。 加之每个逆变器到交流母线的距离不同，线路越长，线路电阻越大，可能会导致线路电阻相对线路感抗较大，常规下垂控制已经不能满足低压微电网控制的需求。 所以就有了一种改进型功率耦合下垂控制策略。 因为低压微电网中线路阻抗的影响已经不能完全忽视，有功功率和无功功率对电压和频率的调节存在耦合关系。 逆变电源输出的有功功率P和无功功率Q可以写为： 单台逆变器到交流母线的功率传输示意图：
微电网是什么_微电网的概念及技术特点 微电网的概念微电网（Micro-Grid）也称为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。 微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统，它作为完整的电力系统，依靠自身的控制及管理供能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等方面的功能。 微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。 微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置。它们接在用户侧，具有成本低、电压低以及污染小等特点。 由于环境保护和能源枯竭的双重压力，迫使我们大力发展清洁的可再生能源。高效分布式能源工业（热电联供）的发展潜力和利益空间巨大。提高供电可靠性和供电质量的要求以及远距离输电带来的种种约束都在推动着在靠近负荷中心设立相应电源。通过微电网控制器可以实现对整个电网的集中控制，不需要分布式的就地控制器，而仅采用常规的量测装置，量测装置与就地控制器之间采用快速通讯通道。采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制，微电网集中能量管理系统实现稳态安全、经济运行分析。微电网集中能量管理系统与就地控制器采用弱通讯连接。 微电网的特点微电网系统结构图微电网系统由于包含有数量众多、特性各异的多种分布式电源而成为一个大规模、非线性、多约束和多时间的多维度复杂系统，具有复杂性、非线性、适应性、开放性、空间层次性、组织性和自组织性、动态演化性等复杂系统特征，属于一类变量众多、运行机制复杂、不确定性因素作用显著的特殊的复杂巨系统。因此，微
基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略 作者：丁明， 杨向真， 苏建徽， DING Ming， YANG Xiangzhen， SU Jianhui 作者单位：合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心,安徽省合肥市,230009 刊名： 电力系统自动化 英文刊名：AUTOMATION OF ELECTRIC POWER SYSTEMS 年，卷(期)：2009,33(8) 被引用次数：12次 参考文献(14条) https://www.doczj.com/doc/bb3279581.html,SSETTER R;AKHIL A;MARNAY C Integration of distributed energy resources.,the CERTS microgrid concept 2008 2.FIRESTONE R;MARNAY C Energy manager design for microgrids 2008 3.WANG Zhutian;HUANG Xinhong;JIANG Jin Design and implementation of a control system for a microgrid involving a fuel cell power module 2007 4.KATIRAEI F;IRAVANI R;HATZIARGYRIOU N Microgrids management 2008(03) 5.KROPOSKI B;LASSETER R;ISE T Making microgrids work 2008(03) 6.BARSALI S;CERAOLO M;PELACCHI P Control techniques of dispersed generators to improve the continuity of electricity 2002 7.LOPES J A P;MOREIRA C L;MADUREIRA A G Defining control strategies for microgrids islanded operation[外文期刊] 2006(02) 8.CONTI S;GRECO A M;MESSINA N Generators control systems in intentionally islanded MV microgrids 2008 9.LOPES J A P;MOREIRA C L;MADUREIRA A G Control strategies for microgrids emergency operation 2005 10.何仰赞;温增银电力系统分析 2002 11.李光琦电力系统暂态分析 1995 12.王兆安;黄俊电力电子技术 2005 13.刘维烈电力系统调频与自动发电控制 2006 14.孙莹;王葵电力系统自动化 2004 引证文献(12条) 1.时珊珊.鲁宗相.闵勇.王阳无差调频过程中微电源功率分配策略设计[期刊论文]-电力系统自动化 2011(19) 2.杨浩.牛强.吴迎霞.罗建.张磊.江宇飞负荷中心含微电网的小干扰电压稳定性分析[期刊论文]-电力系统保护与控制 2010(18) 3.郑竞宏.王燕廷.李兴旺.王忠军.王小宇.朱守真微电网平滑切换控制方法及策略[期刊论文]-电力系统自动化2011(18) 4.余宏桥.陈水明微电网中合闸空载电缆时的过电压[期刊论文]-电力系统自动化 2010(6) 5.陈卫民.汪伟.蔡慧一种智能型光伏发电逆变器设计[期刊论文]-中国计量学院学报 2009(4) 6.时珊珊.鲁宗相.闵勇.王阳微电网孤网运行时的频率特性分析[期刊论文]-电力系统自动化 2011(9) 7.苏建徽.汪长亮基于虚拟同步发电机的微电网逆变器[期刊论文]-电工电能新技术 2010(3) 8.彭铖.刘建华.潘莉丽基于虚拟同步电机原理的微网逆变器控制及其仿真分析[期刊论文]-电力科学与技术学报
多端柔性直流输电(VSC—HVD)系统直流 电压下垂控制 学院： 姓名： 学号： 组员： 指导老师： 日期：
摘要： 多端柔性直流输电系统(voltage sourcedconverter based multi-terminal high voltage direct current transmission，VSC-MTDC)与传统的电网换相换流器构成的多端直流输电系统相比，具有控制灵活、能够与短路容量较小的弱交流系统甚至无源交流系统相连、扩建容易等诸多优点直流电压的稳定直接影响到直流潮流的稳定，因此直流电压控制是多端柔性直流输电系统稳定运行的重要因素之一。下垂控制策略具有无需通讯、可靠性较高等优点，但存在直流电压质量较差、功率分配不独立、参数设计困难等问题。本文首先介绍了多端柔性直流输电系统控制方法的分类比较，然后重点介绍了下垂控制数学模型，分析MTDC 系统中下垂控制参数对直流电压与电流(功率)的影响机理，研究满足MTDC 系统功率平衡和直流电压稳定的V-I(V-P)下垂特性曲线。 关键词：VSC-MTDC 下垂控制模块化多电平换流器
一、引言 基于电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC）的高压直流输电（High Voltage Direct Current，HVDC）技术（HVDC based on VSC，VSC-HVDC，也称柔性直流输电技术）系统以其灵活性、经济性和可靠性，在新能源并网、城市直流配电网、孤岛供电等领域有着广泛的应用前景。MTDC 系统接线方式分为串联、并联和混联等，目前主要采用并联式[1]。并联接线的MTDC 系统中所有VSC 工作于相同直流母线电压下，因此直流电压控制是系统稳定运行的关键，类似于交流系统中的频率控制。 多端柔性直流输电系统级直流电压控制策略可以分为三大类，分别是单点直流电压控制策略、多点直流电压控制策略以及直流电压斜率控制策略。单点直流电压控制策略将一个换流站作为直流电压控制站，其余换流站负责控制其他的变量，例如交流功率、交流频率、交流电压等，系统中仅有一个换流站对直流电压进行控制，如果这个换流站失去了直流电压的控制能力，整个柔性直流输电系统的潮流将失稳，因此单点直流电压控制策略的适用性较差。多点直流电压控制策略是使直流输电系统中的多个换流站具备直流电压控制能力。按照是否需要换流站间通信设备进行分类，多点直流电压控制策略又可分为主从控制策略和直流电压偏差控制策略。主从控制策略是一种需要换流站间通信的控制策略，这种控制方式利用换流站间的通信系统实现了直流电压的稳定，具有控制特性好、直流电压质量高等优点，但系统可靠性依赖于换流器控制器与系统控制器之间的高速通讯，这严重制约了多端直流输电尤其是长距离输电系统可靠性的提高。直流电压偏差控制策略是一种无需站问通信的控制策略，这种控制策略的实质是在定直流电压站故障退出运行后，后备定直流电压站能够检测到直流电压的较大偏移并转入定直流电压运行模式，保证了直流电压的稳定性；同时其设计简单、可靠性强。 下垂控制策略为多点控制，控制器通过测量本地直流母线电压对功率分配进行调节，因而不依赖于换流站间的高速通讯，系统可靠性较高。 二、多端柔性直流输电系统的直流电压控制策略 2.1柔性直流输电系统概述 总体上来看，目前的多端直流输电系统接线方式主要有串联型、并联型和混联型 3 种类型。由于并联型多端系统具有调节范围宽、扩建灵活、易于控制和可靠性高等突出优点，成为研究的热点和应用的重点。本文设计的直流电压混合控制策略主要是针对并联型多端系统。多端柔性直流输电系统控制是一个庞大复杂且相互耦合的多输入、多输出系统，为满足系统控制的快速性和高可靠性，一
双向可控硅控制角与输出电压关系
众所周知，使用双向可控硅的通与断可以实现交流电输出电压的调节。输出电 压的控制采用控制可控管的导通角来实现。 控制角是指可控硅断开的正弦波角度。 输出电压与输入电压、及控制角的关系表： 正弦波半周（90度角）面积 2 交流电输入电压（V）230 1角度对应的弧度0.0174 弧度与角度对应关系：2 n = 360度 控制角角度控制角弧度 Sin（x）积分积分百分率输出电压 0 0.0000 0.0000 0.00% 230.00 1 0.0174 0.000 2 0.01% 229.98 2 0.0349 0.0006 0.03% 229.93 3 0.0523 0.001 4 0.07% 229.84 4 0.0698 0.0024 0.12% 229.72 5 0.0872 0.0038 0.19% 229.56 6 0.104 7 0.0055 0.27% 229.37 7 0.1221 0.0074 0.37% 229.14 8 0.1396 0.0097 0.49% 228.88 9 0.1570 0.0123 0.61% 228.59 10 0.1744 0.0152 0.76% 228.25 11 0.1919 0.0184 0.92% 227.89 12 0.2093 0.0218 1.09% 227.49 13 0.2268 0.0256 1.28% 227.06 14 0.2442 0.0297 1.48% 226.59 15 0.2617 0.0340 1.70% 226.09 16 0.2791 0.0387 1.93% 225.55 17 0.2966 0.0437 2.18% 224.98 18 0.3140 0.0489 2.44% 224.38 19 0.3314 0.0544 2.72% 223.74 20 0.3489 0.0602 3.01% 223.07 21 0.3663 0.0664 3.32% 222.37 22 0.3838 0.0727 3.64% 221.63 23 0.4012 0.0794 3.97% 220.87 24 0.4187 0.0864 4.32% 220.07 25 0.4361 0.0936 4.68% 219.24 26 0.4536 0.1011 5.06% 218.37
同步发电机输出电压的控制系统工作原理 同步发电机输出电压的调控 调控的目的就是实现在同步发电机额定负荷范围内稳住输出电压。调控技术的理念是实时地从主发电机电枢取得电压和电流,经整流和负反馈调理后供给励磁机的定子线圈,使其产生变化规律与主发电机输出电压变化规律相反的直流电磁场,这个磁场也必然使励磁机转子电枢的输出电压及旋转整流器供给主发电机转子线圈的直流电流按同样的规律而变化。从而起到实时调节主发电机转子磁场大小,使主发电机在额定负荷范围内保持良好输出特性的作用。 对发电机输出电压的调节过程,可以用以下的流程表示; 由于负荷增加使主发电机电枢电压↓(降) →经负反馈调理后励磁机定子电流及磁场↑→励磁机转子电枢输出电压↑→旋转整流器输出电流↑→主发电机转子磁场↑→使主发电机电枢电压↑ 若主发电机电压升高,则其反馈调控使以上各环节作用降低,导致电压回到额定值。 可见通过励磁机实时调控主发电机转子磁场的大小,就可以稳住输出电压。这其中起重要作用的是负反馈调节单元,通常称其为恒压励磁装置和自动电压调节器。 (3)自动电压调节器 现代交流同步发电机常用自动电压调节器A VR这种电子部件调节励磁机定子磁场的强弱。虽然A VR的种类很多,但性能大同小异;都是实时采样主发电机的输出电压值与预先设定的值相比较,用比较的结果去调节脉冲宽度调制器PWM;输出电压值高则调制器输出脉冲宽度窄,反之则宽。然后再用这些脉冲去调控大功率开关器件即三极管或场效应管控制送入励磁机定子线圈的电流的时间。从而使它的磁场强弱随着主发电机输出电压的变化而相反变化;即输出电压升高则励磁机定子磁场减小,输出电压降低励磁机定子磁场增强。从而达到负反馈调控的目的。 图2 自动电压调节器电路原理方框图 图2是常用的一种A VR类型。取样自主发电机输出电压的信号从8、9两端输入到电压测量比较单元,与内部预先设定的电压值(例如380V)相比较。比较结果以输出电压UA送入脉冲宽度调制单元PWM,输出电压UC送入低频保护单元。电压测量比较单元的L、S、H是连接主发电机输出电压幅值调节电位器的三个端子。 脉冲宽度调制器由稳压器输出的直流电压UCC作为工作电源,以确保其性能稳定。它的输出电压UB控制调制管VT3。若由电压测量比较单元送来的UA大,表明主发电机输出电压升高,则大的UA就会使脉冲宽度调制器输出的脉冲UB 的宽度变窄。窄的脉冲就会使VT3导通时间短,通过的电流少。反之,主发电机电压降低UA变小,脉冲宽度调制器输出的脉冲UB的宽度随之变宽,从而使VT3导通时间变长,通过的电流增多。 励磁机定子线圈一端接在端子X1上,另一端接在XX1端子上。由主发电机电枢送来的EA、EB、Ec三相电压,经过三个二极管VD10、VD11、VD12整流后,电流从X1端流入励磁机的定子线圈,由XX1流出,再经过调制管VT3和XN 端子流回主发电机电枢,形成励磁机定子线圈的励磁电流通路。VT3是这个通路上的开关,它导通时间长,则定子线圈流过电流时间长,定子磁场强度大;VT3导通时间短,定子线圈电流少,定子磁场强度小。 A VR就是这样调控主发电机的电压的;主发电机由于负荷原因输出电压升高,电压测量比较单元输出的UA随着升高,受UA控制的脉宽调制器输出脉冲UB宽度变窄,开关管VT3导通时间短,励磁机定子磁场减弱,转子电枢电压及旋转整流器输出电流随之减小,导致供给主发电机转子的励磁电流变小,则主发电机因其转子磁场的减小而使输出电压降低。反之,A VR的负反馈调控功能就会使主发电机的输出电压升高。 在主发电机因负荷超出额定值而输出极大电流时,柴油发动机也需随之输出巨大的动力以致导致其转速低于额定值。低频保护单元的作用就是在这种情况下限制励磁机定子线圈里电流的超额增大。它以电阻和电容构成的充放电支路预先设定一个低频保护点,当主发电机负荷正常时,从电压测量单元来的UC小于低频保护点,则低频保护单元输出的电压Ud高,二极管VD8被截止,Ud到不了脉宽调制器,起不了作用。若主发电机超载则Ud变低,VD8导通,Ud和UA就可同时作用于脉宽调制器,使其输出的脉冲UB随Ud的下降而变窄,调制管VT3导通时间随之变短,励磁电流减小励磁机定子磁场变弱,从而导致主发电机转子磁场减小。发电机输出电压下降、电流减小。低频保护单元起到了保护励磁机和主发电机的作用。 3 同步发电机的维护 同步发电机是柴油发电机组的关键部分。为柴油发电机组建立一个合适的工作环境,做好日常维护是十分必要的。
电流控制实际上一般是控制电感的电流.此时电感相当于一个内阻很大的电流源.由于要很快的跟踪直流电流,所以电流环速度很快.电压环控制的是输出电容上的电压,是外环.响应速度一般较慢. 在实际应用过程中,由于直接检测电感电流有时比较困难而且成本较高,所以检测开关管的峰值电流作为变通的方法.不过需要加入谐波补偿才能稳定. 电流模式DC-DC会有两个反馈回路控制输出电压稳定-- 内环即电流反馈回路,外环即电压反馈回路. 斜坡补偿是为了消除PWM占空比大于50%的条件下,电流环 出现的压谐波振荡现象,而在电流环反馈回路叠加一个正斜率 的补偿信号,或是在电压环反馈回路叠加一个负斜率的补偿信号.... 电流环的带宽一定要大于电压环的带宽. 1,他们的区别主要是采样电流比较的对象不同 2,电压控制模式采样电流是与振荡电路产生的固定三角波状电压斜坡比较 3,电流控制模式采样电流是一个变化的其峰值代表输出电感电流峰值的三角状波形或梯形尖角状合成波形信号比较,然后得到PWM脉冲关断时刻.因此(峰值)电流模式控制不是用电压误差信号直接控制PWM脉冲宽度,而是直接控制峰值输出侧的电感电流大小,然后间接地控制PWM脉冲宽度.(其实电流控制模式又分为峰值电流模式和平均电流模式) 关于电流型(峰值)控制,它的斜率补偿从某种程度上说,是引入了一些电压型控制特点.所以加了斜率补偿的电流型控制方法(峰值)实际上是一种混合体.加入斜率补偿注入的三角波完全遮蔽了采样电流,那么就是电压型控制了.如果在电压型控制芯片的三角波里边注入了电流信号,那就带有电流型控制的特点了,不过由于电压型控制的三角波还兼具CLK的共用,所以那样会改变频率…… 电压模式 误差电压同三角波比较,结果控制占空比. 电流模式 电流同误差电压比较,控制占空比.电流模式对振荡器斜率没有要求,振荡器主要是产生CLK 复位芯片内部的触发器用的. 电压模式的振荡器除了产生CLK外,还要产生波形质量很好的三角波供PWM单元使用. 所谓的电流型或者电压型问题实质上是讨论的PWM 的调制策略.此时还没有反馈还存在,所以是讨论的开环特性.并且这种控制策略可以和不同的拓扑结合,比如电流型正激,电压型反激(尽管几乎见不到,但是理论上是存在的.)电流型半桥(峰值电流是不适合半桥拓扑的,所以这里用的是平均电流型拓扑).
第7章电压控制信号的输出 7.1电压控制信号输出系统7.1.1电压信号输出系统硬件电路的组成 图7.1 LF2407A电压输出接口电路 7.1.2电压信号的输出过程 7.2 MAX5121 7.2.1 MAX5121芯片功能介绍 图7.2 MAX5121引脚排列
7.2.2 MAX5121的SPI接口指令 7.2.3 MAX5121的SPI接口工作时序图 图7.3 MAX5121的SPI时序图 7.3 TMS320LF2407串行外设接口模块7.3.1串行外设接口概述 SPI模块共有4个相关的I/O引脚： ?SPISOMI（SPI主动输入/从动输出引脚） ?SPISIMO（SPI从动输入/主动输出引脚） ?SPICLK（SPI时钟引脚） ?SPISTE（SPI从动发送使能引脚） 7.3.2串行外设接口操作 1.主动方式
图7.4 串行外设接口主控制器/从控制器的连接 2.从动方式 3.串行外设接口波特率设置 (1)当SPIBRR=3~127时： SPI波特率=SYSCLK/(SPIBRR+1)，SPIBRR=(SYSCLK/SPI波特率)-1 (2)当SPIBRR=0，1或2时： SPI波特率=SYSCLK/4 7.3.3 串行外设接口控制寄存器 1.串行外设接口配置控制寄存器（SPICCR） 2.串行外设接口操作控制寄存器（SPICTL） 3.串行外设接口状态寄存器（SPISTS） 4.串行外设接口波特率设置寄存器（SPIBRR） 5.串行外设接口仿真接收缓冲器寄存器（SPIRXEMU）
6.串行外设接口接收缓冲器寄存器（SPIRXBUF） 7.串行外设接口发送缓冲器寄存器（SPITXBUF） 8.串行外设接口发送/接收缓冲器寄存器（SPIDAT） 9.串行外设接口中断优先级控制寄存器（SPIPRI） 7.4 TMS320C240xDSP开发工具CCS 7.4.1 CCS概述 7.4.2 CCS的安装和使用 7.4.3 CCS的使用 1.创建项目 2.新文件导入新项目 3.编译、汇编、链接新工程 7.5 CCS工程文件中的命令文件 7.5.1 CCS工程文件中的命令文件 MEMORY { PAGE 0: ROM: origin=2000H，length=1000H PAGE 1: RAM: origin=200H，length=1000H }
多端柔性直流输电（VSC—HVD系统直 流 电压下垂控制 学院： 姓名： 学号： 组员： 指导老师： 日期： 摘要： 多端柔性直流输电系统（voltage sourcedconverter based multi-terminal high voltage direct current transmission ， VSC-MTD（与 传 统的电网换相换流器构成的多端直流输电系统相比，具有控制灵活、能够与短路容量较 小的弱交流系统甚至无源交流系统相连、扩建容易等诸多优点直流电压的稳定直接影响 到直流潮流的稳定，因此直流电压控制是多端柔性直流输电系统稳定运行的重要因素之一。下垂控制策略具有无需通讯、可靠性较高等优点，但存在直流电压质量较差、功率 分配不独立、参数设计困难等问题。本文首先介绍了多端柔性直流输电系统控制方法的 分类比较，然后重点介绍了下垂控制数学模型，分析MTDC系统中下垂控制参数对直流电压与电流（功率）的影响机理，研究满足MTDC系统功率平衡和直流电压稳定的V-I （V-P）下垂特性曲线。 关键词：VSC-MTDC下垂控制模块化多电平换流器 一、引言 基于电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC的高压直流输电（High Voltage Direct Current ，HVDC 技术（HVDC based on VSC VSC-HVD，也称柔性直流输电技术）系统以其灵活性、经济性和可靠性，在新能源并网、城市直流配电网、孤岛供电等领域有着广泛的应用前景。MTDC系统接线方式分为串联、并联和混联等，目前主要采用并联式［1］。并联接线的MTDC系统中所有VSC工作于相同直流母
微电网下垂控制的稳定性、功率分配与分布式二级控制 摘要 出于对智能电网技术最近的和不断增长的兴趣，我们研究了微电网中的下垂控制DC/AC 逆变器运算。我们提供一个存在唯一的和局部指数稳定的同步解决方案的必要和充分条件。 我们提出了一个选择控制器在逆变器之间有理想的电源共享，并且指定该组的负载，它可以不违反给的的驱动约束下实现。此外，我们提出了一个分布式的基础上平均积分控制器算法，动态调节系统频率一个随时间变化的负载的存在。值得注意的是，这分布平均积分控制器有额外的性质保持功率共享特性的主要下垂调节器。最后，我们目前的实验结果验证我们的控制器设计。我们的研究结果在没有假设有相同的线性调节和电压幅值也成立。 引言 微电网是低压配电网络，不均匀组成的分布式发电，存储，负载，和从更大的主要网络中自主管理的网络。微电网是能够连接到广域电力系统通过一个共通点联轴器（PCC），但也“孤岛”自己和独立运作[1]。在微网能源发电可以是高度异质性，包括光伏发电，风能，地热能，微型涡轮机等许多这些来源产生或者可变频率的交流电源或直流电源，具有同步交流电网通过电力电子接口DC/ AC逆变器。它在孤岛的操作，是通过这些逆变器，必须采取措施以确保同步，安全性，动力平衡性和负载均衡在网络中[2]。 所谓的下垂控制器已成功地用于实现这些任务，请参见[2] - [7]。尽管形成的基础并联逆变器的操作（图2），下垂控制从未逆变器和负载网络受非线性分析[8]。小信号稳定性分析两个逆变器并联运行的下[9] - [12]和参考文献中的各种假设。所呈现的稳定性结果依赖于线性约已知的操作点，两个逆变器的特殊情况下，有时会打包带无关的假设[5]。 图1微电网的示意图，与四个逆变器（节点VI）提供负载（节点VL），通过非循环互连。之间的逆变器的虚线代表的通信链路，这将是专门用于第六部分。 在这项工作中，我们调查我们最近的理论结果同步，共享，和次级控制的微电网[13]。经检讨后的下垂控制方法和次级控制（第二部分），我们提供必要的稳定的工作存在的充分
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/bb3279581.html, 三相UPS输出电压不平衡控制的研究与实现 作者：廖慧张波陈艳峰 来源：《湖南大学学报·自然科学版》2012年第09期 摘要：三相电压的对称输出是衡量交流电源性能的一个重要指标.为了在不平衡负载和非线性负载等条件下获得高质量的输出电压波形,分析了三相UPS输出电压不平衡的机理,提出了在正/负序同步参考坐标系下,应用基于DSP的重复控制与PI控制的复合控制方案,功率开关管采用空间矢量调制(SVPWM)方式,基本消除了负序电压分量,有效地抑制了零序电压分量和谐波分量.研制了30～500 kVA UPS样机,实验结果验证了控制方案的有效性. 关键词：三相UPS; 不平衡负载; 重复控制 中图分类号： TM762 文献标识码：A 输出电压的对称性是衡量三相交流电源性能的一个重要指标,三相输出电压不平衡的抑制对大功率UPS的控制尤为重要.UPS逆变器若采用半桥式结构,在直流母线上的两个串联电容的中点和交流输出的中性点相连,三相可独立控制［1］,但电容在单相负载时必须承受全负载相电流,所需电容量较大,直流电压利用率低.若采用三相四桥臂结构,则具有固有的不平衡消除能力,但开关频率低,限制了调节带宽,也不适用于输入输出隔离的逆变器［2］.对于大功率UPS,应用最多的还是三相四线式结构,在三桥臂逆变器和负载间有隔离变压器,变压器次级绕组的Y0接法给负载不平衡所产生的中线电流提供一个通路,Δ形连接的初级绕组让三相不平衡所产生的零序电流在变压器初级绕组线圈内形成环流［3］. UPS带平衡负载运行时,基于同步旋转坐标系的PI控制器能使输出电压很好地跟踪参考正弦信号［3-4］,但是这种控制器在不平衡负载下的补偿作用是有限的.为此,文献［5］提出了使用两组PI控制器,一组在同步旋转坐标系下的PI控制器用于正序分量的调节,另一组在 反向旋转坐标系下的PI控制器补偿负序分量的影响.这种方法改善了逆变器输出在不平衡线性负载下运行的性能,但对于非线性负载来说起不到很好的谐波抑制作用.文献［6］加入了谐波补偿器,针对5次、7次谐波进行了补偿,在输出电压不平衡和谐波抑制方面都取得了很好的效果.但控制系统复杂,且只能对特定阶次谐波进行补偿. 文中分析了三相UPS输出电压不平衡产生的机理,结合重复控制和PI控制的优点,分别使用两组重复控制与PI复合控制器控制正序和负序电压,有效地抑制了UPS三相输出电压的不平衡和谐波分量,样机验证了理论分析结果的有效性.
微电网改进下垂控制的无功分配研究姜耀鹏 摘要：微电网中传统下垂控制方法在平衡功率和稳定电压方面存在不足，且微 网中各电源等效的阻抗不同使系统无功无法均匀分配，产生环流导致损耗增高、 电压质量降低。因而提出了一种基于传统下垂控制改进无功分配和系统电压稳定 的控制策略，通过引入虚拟阻抗环节和电压补偿环节实现微电网有效控制。最后，在Matlab／Simulink软件中仿真验证了该改进的下垂控制在系统功率稳定输出的 前提下实现系统的无功合理分配和电压稳定。 关键词：微电网；改进下垂控制；无功均匀分配；电压稳定 0引言 微电网是由分布式电源(distributed generation，DG)、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统[1]。微电网有孤岛运行和并 网运行两种运行模式，本文针对微电网运行模式切换过程中无需进行信号传输采 用下垂控制，避免了控制的复杂化以及出现信号的偏差和系统的震荡[2]。 传统的下垂控制模仿同步发电机的外特性进行调节，低压微电网中线路呈高 阻抗比影响各DG之间的无功功率合理分配。文中提出了一种在传统下垂控制中 加入虚拟阻抗和电压补偿环节的改进方法，实现了在系统有功功率稳定的输出的 前提下，不同DG之间无功合理分配和电压的稳定。 1下垂特性分析 微电网中的各DG通过逆变器和LC滤波器连接各自的馈线之后接入公共母线，LC滤波器滤除高次谐波并且不考虑非线性负载的约束，只对基波功率的平衡进行 调节。传统下垂控制结构如图1.1所示： c)系统电压 图3.3 离/并网改进下垂控制仿真图 图3.3 a)为改进后的分布式电源功率，可知加入补偿环节之后弥补了不同阻抗导致的功率 偏差，并且在模式切换时波动明显减小，在合理范围之中。电源的无功功率，加入虚拟阻抗 后使无功功率得到有效调节，并入电网的同时相比较与传统下垂有较大改善利于系统稳定。 图3.3 b)为电源频率，在改进的控制策略下频率虽然还存有些许波动，但波动幅值为0.02Hz 可忽略不计，有效的减少频率偏差。图3.3 c)为系统电压，系统运行模式的切换存有电压波动，加入补偿环节之后有效的解决了电压偏差的问题，并且电压波动比传统控制时的6V明显降低，其波动幅值为1.2V。综上，改进的控制策略有效的解决了无功分配的不合理性以及电压 偏差问题，同时减少了电网的损耗。 4总结 本文提出了一种基于改进下垂控制的微电网无功补偿技术，通过引入虚拟阻抗环节和电 压补偿环节在不影响系统原有功率输出的前提下实现了不同DG之间的无功功率合理分配。 同时，该策略在一定程度上减小了频率波动提高了稳定性，缩小了电压偏差量。利用系统仿 真模型验证了本文提出的改进下垂控制的正确性和有效性，具有一定的理论参考意义。 参考文献 [1]高坤,郑帅峰,辛宁怡, 等.基于改进下垂控制的微电网无功控制技术研究[J].电力电容器与 无功补偿,2018,39(5):149-154. [2]王凌云,周璇卿,李升, 等.基于改进功率环的微电网对等控制策略研究[J].中国电 力,2017,50(9):171-177. [3]朱一昕,卓放,王丰, 等.用于微电网无功均衡控制的虚拟阻抗优化方法[J].中国电机工程学报,2016,36(17):4552-4563. [4]陈燕东.微电网多逆变器控制关键技术研究[D].湖南:湖南大学,2014. [5]艾欣,金鹏,孙英云.一种改进的微电网无功控制策略[J].电力系统保护与控