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  • 頭條一種應(yīng)用于直流微電網(wǎng)的改進(jìn)型下垂控制策略
    2020-05-09 作者:徐宏健、趙濤、朱愛華、季寧一  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院、南京工程學(xué)院自動化學(xué)院的研究人員徐宏健、趙濤、朱愛華、季寧一,在2019年第7期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出,在直流微電網(wǎng)中,下垂控制是解決多微源系統(tǒng)下負(fù)荷功率分配問題的基本控制方法之一。傳統(tǒng)下垂控制策略是基于定下垂系數(shù)的U-I下垂控制方法。該方法雖然可靠性和經(jīng)濟(jì)性較好,但由于系統(tǒng)中各微源到負(fù)載端的線路阻抗不完全相同,導(dǎo)致各微源對負(fù)載的輸出功率不能合理分配。 為此,本文提出一種基于電壓偏移補(bǔ)償控制和電流分配補(bǔ)償控制的改進(jìn)下垂控制方法。該方法利用變換器輸出電壓、電流平均值來校正各變換器的輸出電壓與電流,從而達(dá)到減小母線電壓降落和提高變換器電流分配精度的目的。本文對該控制方法分別在線路阻抗不一致和公共負(fù)載波動的工況下進(jìn)行了仿真,其結(jié)果驗(yàn)證了該控制策略的有效性。

    近年來,隨著不可再生能源的逐漸減少和環(huán)境污染問題的逐步加劇,以光伏、風(fēng)電等清潔能源為代表的新能源發(fā)電方式因其具備可再生特性,有助于推進(jìn)節(jié)能減排和實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展,使含可再生能源的微電網(wǎng)技術(shù)成為人們研究的熱點(diǎn)。

    微電網(wǎng)按其母線電壓性質(zhì)可被分為交流微電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)。相比于交流微電網(wǎng),直流微電網(wǎng)不存在諧波抑制、無功分布優(yōu)化等問題,而且直流微電網(wǎng)能夠更加高效可靠地接納分布式直流發(fā)電系統(tǒng)(光伏、燃料電池等)以及其他直流負(fù)載。

    在直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中,各分布式電源和負(fù)載必須通過DC-DC變換器接入各個(gè)電壓等級的直流母線。對于直流微電網(wǎng)而言,能否實(shí)現(xiàn)各分布式電源之間負(fù)荷功率的合理分配以及穩(wěn)定的直流母線電壓是衡量整個(gè)系統(tǒng)供電質(zhì)量的重要依據(jù)。因此,能夠準(zhǔn)確分配負(fù)荷功率,同時(shí)穩(wěn)定直流母線電壓的并聯(lián)變換器控制策略,對于直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行顯得至關(guān)重要。

    可將直流微電網(wǎng)中并聯(lián)變換器的控制策略主要分為集中式控制和分布式控制兩種。集中式控制由頂層的中央控制器發(fā)出各變換器輸出指令值,經(jīng)由通信線路送達(dá)底層各變換器控制器,從而實(shí)現(xiàn)控制器對各變換器輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。這種采用集中式控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性依賴于各模塊之間的通信鏈路,一般更適用于較大容量的直流微電網(wǎng)。

    分布式控制則是在系統(tǒng)的每個(gè)單元中都有獨(dú)立的本地控制器,各單元控制器基于本地信息完成自身的控制目標(biāo),無需依賴通信技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)功率分配和電壓調(diào)整,這種控制模式更適用于容量較小的直流微電網(wǎng)。下垂控制作為分布式控制的典型控制策略,因其結(jié)構(gòu)簡單、即插即用的特點(diǎn)成為了科研人員研究的熱點(diǎn)。在傳統(tǒng)的U-I下垂控制中,由于線路阻抗的存在,當(dāng)下垂系數(shù)取值較小時(shí),母線電壓偏差也較小,但電流分配精度低,使得功率分配誤差大,反之亦然,因此傳統(tǒng)下垂控制存在著電壓偏差和電流分配精度之間的矛盾。

    為了解決這兩個(gè)問題,文獻(xiàn)[8]采用動態(tài)虛擬電阻的改進(jìn)控制,使得下垂系數(shù)能夠自適應(yīng)調(diào)整取值,減小了線路電壓降落。文獻(xiàn)[9]中提出的改進(jìn)下垂控制利用了模糊算法對下垂曲線進(jìn)行調(diào)整,其中,下垂系數(shù)根據(jù)各單元的輸出功率來調(diào)整,模糊控制用于獲取母線電壓參考值。該方法可以實(shí)現(xiàn)母線電壓調(diào)整、功率分配調(diào)節(jié)的目標(biāo)。

    本文首先分析了傳統(tǒng)下垂控制策略的弊端,然后根據(jù)分析結(jié)果得到了可變下垂系數(shù)并提出電壓偏移補(bǔ)償控制和電流分配補(bǔ)償控制方法,使得控制具備較好的均流效果和較小的電壓降落。最后,通過仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的可行性與可靠性。

    學(xué)術(shù)簡報(bào)|一種應(yīng)用于直流微電網(wǎng)的改進(jìn)型下垂控制策略

    圖3 直流變換器下垂控制結(jié)構(gòu)圖

     

    學(xué)術(shù)簡報(bào)|一種應(yīng)用于直流微電網(wǎng)的改進(jìn)型下垂控制策略

    圖4 改進(jìn)下垂控制系統(tǒng)框圖

    結(jié)論

    本文對直流微電網(wǎng)中兩分布式電源并聯(lián)運(yùn)行存在的電壓降落和負(fù)荷功率分配問題進(jìn)行了分析,所提出的電壓偏移補(bǔ)償控制和電流分配補(bǔ)償控制根據(jù)各微源側(cè)直流變換器輸出電壓和電流信息計(jì)算得出補(bǔ)償電壓和下垂補(bǔ)償系數(shù),優(yōu)化了控制系統(tǒng)中下垂曲線的構(gòu)造,從而有效抑制了傳統(tǒng)下垂控制策略引起的電壓降落較大和功率分配精度較低的缺陷。最后基于Matlab仿真驗(yàn)證了所提改進(jìn)方法的優(yōu)越性,對中小容量的直流微電網(wǎng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

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