- 頭條實現孤島微電網無功均分的新策略2020-06-19 作者：米陽、蔡杭誼、宋元元、李振坤 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語上海電力學院電氣工程學院的研究人員米陽、蔡杭誼、宋元元、李振坤，在2019年第9期《電工技術學報》上撰文指出（論文標題為“基于同步補償的孤島微電網無功均分研究”），交流微電網孤島運行時，由于分布式電源（DG）的等效線路阻抗存在差異，導致傳統下垂控制無功均分精度較低，進而產生環流問題。為此，提出了一種基于同步補償的改進下垂控制策略。 當DG運行在無功均分模式時，同步補償下垂特性曲線的參考電壓，可以提高無功功率均分的精度。當有DG輸出電壓降至限定最小值時，各個DG均切換至電壓恢復模式，同步恢復電壓至參考電壓。同時設計控制策略協調無功均分模式和電壓恢復模式，使得系統穩定運行，最終實現DG輸出的無功功率均分且輸出電壓在額定值附近。 最后設計Matlab仿真和RTDS實驗方案，結果驗證了所設計的控制策略的有效性，且對通信帶寬要求較低，具有較強的魯棒性，仍保持了微電網各DG的“即插即用”的特點。
隨著新能源分布式發電的發展，微電網受到了各國學者廣泛的關注。微電網是由分布式電源、負荷、儲能裝置、電力電子變換器、監控和保護裝置等構成的中小型發配電單元，可以有效管理和實現分布式電源（Distributed Generation, DG）的靈活控制。
微電網的運行模式包括孤島模式和并網模式，并可在兩種模式間進行無縫切換。在孤島運行模式下，并聯運行的DG通常采用下垂控制來實現功率的合理分配。傳統下垂控制模擬電力系統發電機的行為，通過DG的頻率和電壓調整自身輸出功率。頻率是系統的全局變量，所以受控于系統頻率的有功功率可以實現均分。
而受控于系統電壓的無功功率由于各DG的線路阻抗不一致無法實現精確均分，導致系統內產生無功環流，影響電能輸送效率，嚴重時甚至引起系統穩定性問題。因此實現無功功率的精確均分，抑制無功環流是孤島交流微電網穩定運行的關鍵問題。
文獻[11-12]設計了一種主動線路觀測器，可基于本地信號較精確地辨識出線路阻抗的實際值，基于該線路辨識結果，可有效補償DG線路的不匹配電壓降，實現無功功率均分。但是該方法較為復雜，對微電網結構要求很高，不適用于網狀等復雜結構。
文獻[13-14]通過構造虛擬電抗，增加各DG的等效輸出阻抗，改進控制策略，提高了無功均分的精度，但是由于DG輸出阻抗的增加，會引起較大的電壓偏差。文獻[15-16]通過虛擬電容算法模擬逆變器輸出端的并聯電容特性，并根據線路阻抗差異自適應補償線路阻抗壓降。但該算法中對輸出電壓進行兩次微分，微分運算使得高頻噪聲放大和輸出電壓畸變，會降低系統穩定性。
文獻[17]提出了一種自適應調節下垂系數的方法，將基準逆變器的輸出功率與各DG的輸出功率相比較，并自適應地調節各逆變器的下垂系數，該方法有效地減小或消除了由線路阻抗不一致引起的系統環流，實現了功率均分，但是該方法在計算下垂系數時需要利用DG之間的信息，對于通信帶寬要求較高。
基于以上分析，本文提出了基于同步補償的改進下垂控制策略。根據DG的輸出電壓生成同步信號，通過該信號實現無功功率均分和電壓恢復，隨后設計兩種模式協調運行策略，最終實現無功功率均分且輸出電壓在額定值附近。本方法僅需低帶寬的通信，無需利用DG之間的信息，保證了微電網“即插即用”。
圖1 微電網的結構
圖4 結構控制框圖
圖11 基于RTDS的實驗框圖
結論
本文主要研究了交流微電網孤島運行時多DG并聯運行無功均分問題，具體工作如下：
1）基于微電網電壓-無功下垂特性，分析了同等容量DG間無功出力分配不均的原因，提出了一種利用基于同步補償的改進下垂控制策略。該方法在傳統下垂控制的基礎上，根據DG的輸出電壓生成同步信號S1、S2。
當DG工作在無功均分模式時，按采樣周期同步補償下垂特性的電壓偏置，使得無功功率均分精度逐漸提高；當DG工作在電壓恢復模式時，在不影響無功分配精度的同時同步補償電壓偏置。通過穩定性分析，探討關鍵參數對系統穩定性的影響。
2）設計無功均分模式和電壓恢復模式的協調控制策略，使得系統穩定運行時，DG輸出的無功功率實現均分，且輸出電壓保持在額定值附近。本方法對通信帶寬要求較低，具有較強的魯棒性，算法簡單，無需利用DG之間的信息，實現了微電網各DG的“即插即用”。
3）設計仿真和RTDS實驗，驗證了本文提出策略的正確性和有效性。
