一种多DG并联系统分布式控制策略
Distributed Control Strategy for Multi-DG Parallel System
中文关键词: 微网 下垂控制 电压跌落 小信号分析 逆变器
作者 单位 E-mail
刘勇 湘潭大学信息工程学院， 湘潭 411105
贺生国 湘潭大学信息工程学院， 湘潭 411105 1157899981@qq.com
盘宏斌 湘潭大学信息工程学院， 湘潭 411105
刘鹏 湘潭大学信息工程学院， 湘潭 411105
雷延科 湘潭大学信息工程学院， 湘潭 411105
中文摘要:
受线路物理属性、下垂特性等因素的影响，传统下垂控制无法精确调节功率分配以及会导致DG输出端电压跌落。提出一种基于分布式控制的自适应电压平移法，各DG通过自身与其相邻DG加权功率间的偏差调节各自的电压偏置值，可减小因线路阻抗差异而导致的无功功率无法均分的影响。在此基础上，进一步提出一种改进型下垂控制策略，通过引入DG输出电压幅值与电压偏置值的差值反馈，构建改进型下垂特性曲线，可有效改善逆变器无功下垂系数、无功负载和输出电压幅值跌落之间的内在矛盾，进一步提高系统性能。建立了基于改进型下垂控制的2台三相逆变器并联系统小信号数学模型，分析了各参数对系统受扰动后的动态以及稳定性影响。仿真以及实验结果验证了所提控制策略的有效性。
内容节选：
微网作为一种新型的电网形式，能协调不同种类的分布式电源 DG（distributed generation），有利于分布式能源有效利用[1-3]。 孤岛模式下，负荷的频率和电压均由微网中的 DG 支撑，同时要实现负荷在多个 DG 单元间的合理分配。 然而，由于变流器固有的特点，使得孤岛模式下电压、功率控制更为复杂[4-6]。 传统下垂控制通过 DG 的频率和电压调整自身的输出功率，是一种有效的调节方法[7-10]。然而，其控制精度受各 DG 输出阻抗特性、线路阻抗差异以及不同控制方式等因素的影响。
针对上述问题，许多学者在传统下垂控制的基础上，提出了多种改善方案，以提高 DG 单元功率分配精度[11-19]。 文献[11-12]提出自适应调节下垂系数的方法，有效改善了功率分配精度。 但下垂系数过大会导致较大的 DG 输出端电压跌落，甚至威胁系统稳定[4]；文献[13]通过修改无功下垂项，实现了功率合理分配，然而该方法需获取精确的线路阻抗参数；文献[14-16]通过引入合适的虚拟电感或虚拟电阻来增大系统的感性或阻性成分， 以削弱有功、无功之间的耦合程度，提高功率分配精度。 然而，固定式虚拟阻抗法无法随 DG 本地负荷以及线路阻抗改变而自适应调节。 针对这一问题，文献[17-18]提出自适应调节虚拟阻抗的方法，实现了负荷功率精确分配。 然而， 该方法依赖于微网中央控制器MGCC（microgrid central controller）。
结合通信技术和基于无互联线下垂控制也是一种研究思路。 文献[19]通过 MGCC 发出的低频同步信号触发来调节逆变器输出无功均衡和电压跌落补偿，但是该调节需同步控制信号，对同步性要求极高；文献[20]通过含虚拟领导者的一致性修正频率以及电压偏差，然而该方法实质仍是通过 MGCC向各 DG 单元发送信息，通信量很大；针对电压质量问题，文献[21-22]分别在考虑虚拟阻抗特性和传统下垂特性基础上，进一步分析了 DG 输出电压跌落问题；文献[23]通过 DG 输出端电压幅值粗调节逆变器电压参考值，获得了较为精确的功率分配效果以及优质的电压质量。 然而，上述文献方法均依赖于精确的线路阻抗参数。
综上所述，现有文献针对基于下垂控制的逆变器并联系统环流问题提出了一些解决方案，但仍存在一定的局限性。 为此，本文提出了一种基于电压平移的功率分配控制以及电压跌落补偿的改进型下垂控制。 该方法仅需交换各相邻 DG 的加权无功功率信息，无需依赖于 MGCC。 通过相邻 DG 加权功率间的偏差调节各自的电压偏置值，可消除因线路阻抗差异而导致的无功功率无法均分的影响。 而通过引入 DG 输出电压幅值与电压偏置值的差值反馈，构建改进型的下垂特性曲线，可有效改善逆变器下垂系数、无功负载和输出电压幅值跌落之间的内在矛盾，进一步提高电能质量。 在理论上证明了本文方法的可行性；建立了基于本文改进型下垂控制的 2 台三相逆变器并联系统小信号数学模型，分析了各参数对系统受扰动后的动态以及稳定性影响，在此基础上，以 DG 输出电压幅值和无功环流为指标，对参数进行了优化，为并联逆变器的动静态性能分析和参数选取提供依据；对含通信延时和负荷扰动下的工况进行了仿真分析，验证了所提控制策略的可行性和有效性。
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