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不平衡电网电压下直流微电网电压/并网电流综合控制策略
发布时间:2019年11月06日 22:33    作者:张子越    点击:[]

//研究背景//

 

此当电网发生严重的不对称故障时,电网电压和电流中会出现负序分量。在并网换流器传统控制策略下,并网电流将出现畸变,使得电网的电能质量无法满足运行要求。同时,电网侧的2倍频功率脉动还会通过并网换流器引入到直流侧,导致直流电压出现2倍频脉动,进而对直流微电网的供电质量和元件的正常运行造成严重影响。目前针对不平衡电网电压条件下的研究,大多是以电网的运行性能和输出电能质量为控制目标,通过改进并网换流器的控制策略,保证输出电流的正弦或输出有功/无功功率平稳,但是并不能同时实现这两个控制目标。因此,本文提出了直流微电网电压/并网电流综合控制策略,使得直流微电网和大电网同时具有较高的电能质量。


//重点内容//


为同时解决不平衡电网电压引起的并网电流畸变和直流微电网电压脉动问题,本文提出了直流微电网电压/并网电流综合控制策略。根据直流微电网并网运行的数学模型,利用并网逆变器控制策略消除并网电流负序分量,使并网电流正弦化;引入了基于非线性干扰观测器的电容器补偿装置来消除直流电压2倍频脉动分量,直流电压/并网电流综合控制系统结构图如图1所示


1 直流电压/并网电流综合控制系统结构图

1)并网换流器控制策略


并网换流器的控制目标是使并网电流正弦化,采用滑模控制,无需精确的系统模型,易于设计控制率,能够实现对交流量的无差调节。利用二阶滑模控制的超螺旋算法设计开关控制,可消除系统抖振,提高系统的控制性能。


2)电容器补偿装置控制策略


为了消除直流电压2倍频脉动分量,引入了电容器补偿装置。电容器补偿装置采用基于超螺旋算法的二阶滑模控制,在加入电容器补偿装置后,需要增加额外的电流互感器,这会增加系统的投资成本,以及不利于直流微电网的扩展和即插即用。为此通过DC/DC换流器的数学模型设计了非线性扰动观测器,利用虚拟测量的直流微电网输出电流和本地直流母线电压,实现对直流母线上脉动电流或功率的快速跟踪,可提高该装置的实用性,并对其收敛性进行了分析,合理地配置观测器参数。

Matlab/Simulink仿真平台上建立了直流微电网仿真模型,验证了本文所提不平衡电网电压下直流微电网电压/并网电流综合控制策略的正确性。在不平衡电网电压条件下,并网电流发生畸变,直流电压出现2倍频脉动,如图2所示;

2  不平衡电网电压下并网电流及直流电压波形

3  加入控制后并网电流及直流电压波形


4  非线性干扰观测器跟踪电流


//结论及后续研究//


1)基于双螺旋算法滑模控制的并网换流器控制策略能够消除并网电流中的负序分量,使并网电流正弦化。

2)电容器补偿装置能够吸收有功功率 2 倍频脉动,从而抑制直流电压的 2 倍频脉动。引入了非线性干扰观测器,改进后的装置无需采集直流微电网各单元的信息,利用与电网接口的 DC/AC 换流器直流侧电压和电容器输出信息,就能实现对直流微电网与交流电网之间扰动的快速跟踪,并且跟踪误差很小。3)仿真结果表明,所提方案能有效解决不平衡电网电压条件下直流电压和并网电流在控制目标上的矛盾问题,使得直流微电网和大电网同时获得较高电能质量。若能结合电力电子开关器件和功率变换技术的最新成果,进一步提高补偿装置的效率和功率密度,实现与直流微网储能装置融合,可在不增加系统成本和体积的基础上,快速、平滑抑制直流母线电压波动。



朱晓荣,女,华北电力大学副教授。长期从事新能源发电及并网技术、电力系统分析与控制领域的科研和教学工作。在IET、中国电机工程学报、电工技术学报等国内重要学术期刊和大型国际学术会议上发表论文30余篇。作者所在团队主要研究方向为电网友好新能源发电的协调控制技术、直流微电网控制策略以及新能源电力系统保护与控制等。




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