下垂控制（共10篇）
下垂控制 篇1
0 引言
皮带机广泛应用于矿山、冶金、煤炭等领域, 是煤矿的关键设备, 它肩负着矿井上下输送松散物料或成件物品的重任。根据输送工艺要求, 可以单台输送, 也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统, 以满足不同布置型式的作业线需要。传统的液力耦合器 (液耦) 虽然能部分解决皮带机的软起动问题, 但还是存在维护工作量大、能耗高、对皮带强度要求高等弊端。随着高压变频技术的不断进步和完善, 高压变频器已经逐步取代传统液耦的位置。特别是对于大型长距离皮带机, 高压大功率变频器可以很好地解决多台电机之间的负载平衡, 具备优越的软启动性能, 可以做到无级调速, 同时控制简便, 所以大功率变频器将会越来越广泛地应用在大型长距离皮带机中。
1 高压大功率变频器技术
单元串联型是高压变频器领域广泛使用的拓扑结构, 其电路结构如图1所示。输入移相变压器是一种特殊的变压器, 原边只有一个绕组, 通常为星型连接, 副边有多个绕组, 为延边三角形连接。系统通过控制线圈匝数和延边长度使各副边绕组输出线电压相等但拥有一定的相位差, 副边绕组线电压输出为630VAC。输入隔离变压器T1的每一个次级仅供给一个功率单元。每个功率单元通过光纤接收调制信息以产生负载所需要的输出电压和频率。各单元二极管整流产生的大量奇次谐波在输入移相变压器的原边绕组内进行叠加后基本抵消, 原边电流近似为正弦波, 变频器每相有6个单元, 共需18个单元。每个单元为一个单相变频器, 输入三相630VAC, 50/60Hz电源, 提供单相最高电压为647VAC、最高频率为330Hz的可变输出。每相6个功率单元的输出进行串联, 串联后得到的三相高压电进行星型连接, 中性点浮空。
B相和C相输出端安装有两个霍尔传感器以检测输出电机电流。B相和C相输入端安装有两个电流互感器以检测变频器输入电流, 同时采用电阻分压原理来检测输入输出侧电压。这些收集来的电压电流信号被传到系统接口卡。系统接口卡上的电路将反馈信号进行量程转换、滤波和A/D转换, 转换后的数字信号传输给处理器。A/D转换时的采样速率为3~6k Hz, 是载波频率 (IGBT的开关频率) 和系统中“有效”单元数的函数。数字调制卡产生控制A/D转换开始采样的信号。一旦A/D转换采样结束, 系统接口卡产生一个中断请求传到CPU以开始计算周期。CPU完成电机控制的所有功能并产生数字调制器的三相电压指令。通过对电压电流的高速采样, 并运用现代计算机控制技术, 高压变频器实现了数字模式下的矢量控制。
2 大型皮带机采用高压大功率变频器的控制方案
对于多电机驱动的皮带机系统, 由于各电机的出力是通过皮带耦合在一起的, 因此需要有效的控制方式来实现各个电机之间的负载分配问题。根据电机学原理, 对于滑差0.01的电机, 变频器输出频率相差0.2%, 将会导致约20%的负载分配差异。轻载时, 变频器少量的输出频率差别, 会导致输出频率较低的变频器进入能量回馈状态, 从而发生过压故障;重载时, 输出频率的差别, 还有可能导致负载较大的变频器长期工作在电机过载状态, 从而引起电机过载保护故障。目前, 多台变频驱动的皮带机系统多采用主从控制模式或转速下垂控制模式来实现负载均分。
2.1 皮带机变频器系统的主从控制模式
传统的大型多驱动皮带机变频器控制系统大多采用主从控制模式, 即在皮带机系统的变频器中定义一台主机, 其他变频器定义为从机, 控制原理如图2所示。主机和从机均接收客户控制系统的转速指令, 主机需要将自身的转矩输出值送给从机, 从机将接收到的转矩输出值作为自己的转矩输出最大限幅, 除此之外, 从机还需要将收到的客户转速给定乘上一个放大系数, 这个放大系统通常为1.03~1.08。在整个皮带机工作时, 从机在达到转矩限幅之前, 只需按照设定的加速度和主机一起加速并驱动皮带机, 在达到转矩限幅之后, 因为从机的转速指令乘上了放大系数, 从机保持在转矩限幅模式下的最大输出转速模式, 即转速饱和模式。如果没有转矩限幅的作用, 从机应该输出比主机高的转速, 通过传输胶带耦合作用后, 应该输出更大的出力, 但由于转矩限幅的作用, 从机必须降低输出转速, 使输出转矩不超过限值。在转速饱和模式、转矩限幅模式下, 从机可在实现近似等于主机转矩输出的同时, 保证输出转速和主机同步。
主从控制系统很好地实现了皮带机的各驱动电机之间的转速同步和负载均分, 尤其在加速过程中从机可以很精确地跟踪主机的转矩变化, 但也存在如下缺点:
(1) 对于多台电机驱动的皮带机系统, 需要采用备用主机方案, 即在主机故障时, 备用主机需要从从机模式转换为主机模式, 在很多情况下, 这种转换不能在皮带机运行时完成, 所以主机故障时, 皮带机需要先停机才能进行主从机之间的切换。
(2) 当皮带机中电机台数过多时, 客户现场往往需要采用不少于一台备用主机的方案, 现场调试和编程工作均较为复杂。
(3) 对于不使用网络或现场总线控制的场合, 因主机和从机均需要外加的信号进行识别, 且主从机之间需要转矩数值及运行状态信号的传输, 需要额外铺设信号传输电缆。
2.2 基于转速下垂模式的皮带机变频控制
基于转速下垂模式的皮带机控制是根据电机转矩电流的变化来动态地实现各个电机之间负载平衡分配的控制方式。转速下垂模式的皮带机控制系统中, 把电机转矩电流作为反馈量, 加在变频器矢量控制系统的最外环, 即加在转速环之外, 从而形成以电机转矩电流为反馈量的闭环控制系统。当电机转矩电流增加时, 通过线性地减少变频器的转速给定来增加电机转速, 电机转速的增加, 通过皮带机机械耦合后, 反应为转矩电流的增加;当电机转矩电流减少时, 则线性地减少变频器的转速给定来降低电机转速, 电机转速的减少, 通过皮带机机械耦合后, 反应为转矩电流的减少。
转速下垂模式的皮带机控制系统结构及原理分别如图3、图4所示。在转速下垂模式的皮带机控制系统中, 应尽力减少电流采样环节及控制器计算环节的时间延迟, 以实现转速的快速控制, 快速地达到负载平衡分配。系统中各个驱动电机之间通过皮带机机械耦合并反应到电机电流上来实现负载平衡, 所以各个驱动环节相对独立, 因此允许各个驱动电机在初始选型时存在功率差异, 例如客户可以选择2台500k W和1台1000k W的电机来实现2000k W的皮带机传送, 也可以用两台1000k W的电机来实现。各个驱动环节之间的负载也是成比例分配的, 例如在50%负载的情况下, 2台500k W的电机会工作在250k W而不是满载500k W, 1000k W电机工作在500k W状态。
转速下垂控制模式不适用于高精度的转速跟随控制系统, 如果要求加速或减速过程中, 各个驱动设备之间保持精确的负载分配, 则不能使用转速下垂控制方式。此外, 在通过客户控制器实现这种控制方式时, 要求变频器实时向客户控制器提供电机转矩电流。尽管如此, 转速下垂控制模式已经广泛地应用在皮带机变频器控制系统中, 例如西门子PH系列变频器已经将此功能做成功能块, 用户使用时, 只需将此功能打开, 变频器通过自己的电流检测环节检测电机电流, 在变频器内部实现转速下垂控制功能。转速下垂控制模式使得客户可以像控制一台变频器那样来控制多台变频器从而实现控制皮带机。对于多台电机的皮带机驱动的系统, 即使出现一台变频器故障, 系统也可以及时将故障变频器切出, 而不影响皮带机系统的继续运行。
3 结语
基于转速下垂控制模式的皮带机变频器控制系统克服了皮带机主从控制系统的缺点, 具有控制简单、系统稳定、现场调试及日常操控简单、驱动器选型灵活等特点, 将会越来越广泛地用于大型皮带机变频器控制系统中。
身体下垂，心情上扬 篇2
著名心理学家，情商研究专家。美国乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)心理学博士。“张博士360情商系列课程”创办者&主持人。曾任东方卫视《幸福魔方》节目嘉宾，上海电视台《心灵花园》、央视《心理访谈》等节目特邀心理学嘉宾。
著有《幸福其实很简单》、《工作其实很简单》等书。
我喜欢在人群中笑闹，也享受远离人群独自思考。我发现，在一动一静，走近和远离间，有着透彻的生命在流淌。带着过去的记忆，拥抱当下的生活，看见明天的希望，灿烂美好。
忘记VS执着——对待过去的自己
梳理过去，正视过去，大概是走向明天的第一课。一个青涩的自己有时候难免让人不好意思，有朋友夸张地说：“回想起往事让我一阵恶心！”是啊，谁不怕翻出旧照时，看到过去那个胖胖的丑小鸭呢，谁不怕同学聚会时，提起曾经神魂颠倒地爱过一个“人渣”呢，谁不怕在众多的新人面前，被谈起初入职场时的幼稚与错误呢。
记得那个永远充满正能量的莉香说过这样的一句话：“有过去的我，才会有现在的我”。我们往往忘了，那个恨不得从记忆里抹去的过去，失败的过去，可能恰恰是自己的“成长点”，作为身体的一部分，奠定起今日的基石。理解自己的心路历程，接纳自己的成长和改变，应该包括所有留有遗憾的地方。如果我们能够原谅孩子的错误，又怎么不能对从前的自己有一种宽容和大度？试试，用莞尔一笑，去代替“谁提我跟谁急”。
预想VS未知——看到明天的自己
常有人说，我现在不幸福，等我结婚或有了孩子，就会幸福了。事实的真相是，幸福的人在哪儿都幸福，不幸福的人在哪儿都不幸福——在所谓的令人幸福的家庭、事业中，女人往往迷失了真正的“自我”。培养自己的幸福力，是不论发生什么，别人都动不了你我的自在开心。这，才是真正强大的气场及自信。而我可能比较特别，从小就会自我对话，问明天的自己会是什么样子。在我看来，生命的目标就是优化自我，每天活出一个更精彩的自己。记得自己二十多年前考大学，大家都说，应该读商科才赚钱，我填了“心理系”做第一志愿；十多年前在研究所教书，大家都说，暑假应该兼职才能买房，我推掉工作去世界旅行；几年前买新车，大家都说，应该买昂贵名车才有身份，我买了环保的平价车……有些“大家都认为的”应该，不是我的应该，从小我就决定走自己的路，特别喜欢那句话说的，“做一个明媚的女子，不倾国，不倾城，只倾其所有过自己要的生活。”我想明天的自己就是我想象的样子，就是最大的幸福。更具体来说，希望在我的心理学专业更上一层楼，希望有更多的时间来看尽天下有意思的人、事、物，希望自己对于外界的正面影响力能够持续发挥作用，如果能给予他人生命更多正能量我会非常开心。
等待VS寻找——走向明天的自己
不管愿不愿意，岁月还是会推着人往前走，连我身上的肉也已经开始往下走了。这些不可避免的时间在身上留下的痕迹，正因为已经身处其中，反而不如从前那么令人畏惧了。老去的是身体，年轻的却是心态，所以我很轻松地在享受这个过程：身体下垂，心情上扬。不过说到去追寻期待中的自己，大概还是需要“三步走”的策略：
位置 在迈步之前，你必须要知道自己所处的位置。在我看来，越是身兼数职，越是要弄明白这个问题。“我是否满足于现在的生活？”“我真正想要什么？”试着跟自己对话，对自己来段真情告白吧。科学家们发现，人类是我们所知唯一拥有自然语言能力的物种。也幸亏如此，我们才有能力在大脑中自问自答，对于察觉自我情绪状态有着重大贡献，而且世界上没有什么事，比了解自己更令人振奋的了！
方向 弄清自己的位置之后，接下来的问题自然是去向哪个方向。我说，向内，再向内。每天留一点专注于自我的时间，不是花了多少时间在逛街给自己置办新衣和去美容院享受一次按摩那样简单。我有一个朋友坚持在五点起床，那时世界尚未苏醒，她利用这些时间读读闲书，写写日记，收拾屋子里的旧物，把它们缝缝补补改成新的可利用的物什。我很羡慕这种在生活中可以随意沉下心达到自己内心深处的状态。
心态 位置与方向是不是错了，还因为经常要求完美，结果往往让自己倍受挫折，心情低迷？内心强大者会在过程中秉持“完美主义”全力以赴，期望做到最好。面对结果则采用“认同主义”立刻接受，拼搏过而无憾也，并给自己鼓励，下次再接再历。别人的言行常破坏你的心情，甚至毁掉一天的开心？走夜路要放声歌唱，走人生又何尝不是如此？唱出自己心里的歌，压过所有无关的嘈杂！
或许你可以从早起分给自己一点时间开始，一个三岁孩子的母亲，一个事业有成男人的妻子，剥开种种定义自我位置的社会关系吧！青天、浮光、雾气、鸟鸣，所有为清晨谱写的篇章，都是空无记忆负累的透彻圣歌。富足而强大的自我，才能迎接新一天的你，扮演各种角色都游刃有余的你。
任意阻抗比值下垂控制策略的研究 篇3
微电网的控制策略一般采用下垂控制。下垂控制策略的主要目的是实现功率控制、电压频率控制以及负荷的最优经济分布。其中, 频率的调节可以通过有功功率实现, 电压的调节可以通过无功功率的调节实现, 其是所有下垂控制策略中的理论基础, 即经典的P-f, Q-V下垂控制理论。但经典的下垂控制策略有一定的限制条件, 比如只有在纯电抗等网络中才能应用。
鉴于经典下垂微网控制策略存在的理论缺陷, 本文首先详细分析了经典下垂控制策略的理论基础, 并指出了其限制所在, 进而研究了一种通过功率变换矩阵实现的新的下垂控制策略, 其适用于任意微网场合, 为下垂控制在微网中的进一步使用打下了坚实的理论基础。
1 经典下垂控制策略
图1给出了简单的电路图, U1侧的功率表达式为:
则:
式 (3) 中:θ为线路的阻抗角, arg (X/R) 。
式 (3) 中右侧在复平面内可以分为实部和虚部, 相应的对应P和Q, 即:
将Z=R+j X代入得出 (4) :
在一般的高压系统当中, 存在电抗远大于电阻分量, 即X≫R, 因此R可以忽略。同时, 考虑到功角δ很小, 存在sinδ≈δ和cosδ≈1, 因此, 式 (6) 和 (7) 能被简化, 得到:
由此可见, 功角δ可以调节有功功率P, 而功角与频率紧密相关, 即频率f的控制可以通过调节P实现;电压与无功强相关, 因此, 电压的控制可以通过调节Q实现, 得到了经典的下垂控制方程:
其中, kp和kq为频率和电压控制下垂系数, 其曲线图如图2所示。
2 新的下垂控制策略的研究
通过上面分析可以看出, 经典的下垂控制策略的前提条件是X≫R.但在微网当中, 由于电网规模不大, 输电距离十分有限, 因此, 为了输电的更加可靠、缩小占用耕地面积, 有些微网采用电缆输电。低电压的电缆中电阻分量远大于电抗分量, 即R≫X.
当R≫X时, 则:
此时, 功角 (频率) 的调节需要通过无功来实现, 而电压的控制需要有功调节来实现, 这与经典的下垂控制策略完全相反。
2.1 功率变换矩阵的提出
通过上面的分析可以看出, 当R/X比值不同时, 其控制策略存在明显的不同。因此, 需要一个统一的控制策略来实现对任意比值的R/X的控制。因此, 提出了一种功率变换矩阵, 其目的在于经过变换的功率, 其变换的有功功率P′仍然控制频率f, 变换的无功功率Q′控制电压, 变换矩阵T如下式所示:
其中, sinθ=X/Z, cosθ=R/Z.
2.2 新的下垂控制方程
利用变换后的功率得到:
显然经过变换后的方程中无功Q'决定电压, 而功角δ (频率f) 依赖于P', 需要指出的是, 计算公式的推导并没有引入任何的条件, 因此, 新的推导方程对任意比值的R/X都适用。
图3给出了在不同的R/X比值下新、旧两种控制策略的比较解决。在新的控制方程下, 有功功率控制频率, 而无功功率控制电压。
进而可得到新的下垂控制方程:
新的下垂控制方程是表征了改进后有功功率和无功功率与频率、电压的关系, 与线路参数并无关系, 可以适用于任意微网场合。
3 结束语
本文借助功率变换矩阵, 在理论层面展开了关于对R/X任意比值的控制策略的研究, 新的控制理论有以下3个特点: (1) 为搭建微网控制模型带来了理论指导。通过研究可以看出, 不同的微网下垂控制策略需要不同的线路参数与之匹配, 否则, 微网的模型不够精准。 (2) 经过功率变换后的控制策略适用于任意比值的R/X. (3) 新的控制策略频率永远受变换后的有功功率控制, 而电压受变换后受无功功率控制。
由此可见, 新的控制策略适用范围更加广泛, 相比经典的控制策略更具有优势。
参考文献
[1]吴翔宇, 沈沉, 赵敏, 等.基于公共母线电压的微电网孤网运行下垂控制策略[J].电工技术学报, 2015, 30 (24) .
[2]苏海滨, 高孟泽, 常海松.基于粒子群算法的微电网有功无功下垂控制[J].电工技术学报, 2015 (30) .
[3]杜燕, 苏建辉, 张榴晨, 等.改进负荷分配的孤岛微网下垂控制方法[J].电力系统自动化, 2015, 39 (15) .
[4]张野, 郭力, 贾宏杰.基于附加阻尼的微网改进下垂控制方法[J].电力系统自动化, 2015, 39 (18) .
[5]吕振宇, 吴在军, 窦晓波, 等.基于离散一致性的孤立直流微网自适应下垂控制[J].中国电机工程学报, 2015, 35 (17) .
[6]陈杰, 钮博文, 张俊文, 等.微电网运行模式平滑转换的混合控制模式[J].中国电机工程学报, 2015, 35 (17) .
[7]陈燕东, 罗安, 龙际根, 等.阻性逆变器并联环流分析及鲁棒下垂多环控制[J].中国电机工程学报, 2013, 33 (18) .
节食，小心胃下垂 篇4
胃下垂，是指胃的小弯弧线最低点下降至两髂嵴连线以下的位置，并有一系列消化道症状。主要表现为人体消瘦、乏力，胃纳减少，腹部有胀痛，进食量多则胀痛时间长，平卧时症状减轻，弯腰时则感到疼痛，腹下坠感尤为明显，便秘或腹泻交替，便形失常等。
胃下垂患者平时宜少食多餐，忌食生冷、刺激性强及不易消化的食物，生活起居要有规律，保持情志舒畅，适当进行腹肌锻炼（如仰卧起坐），但不可过度疲劳。在此同时，也可配合中医食疗，能取得意想不到的良好效果。现介绍几种常用的食疗方以供选用:
猪肚黄芪汤
猪肚1只，黄芪20克，陈皮30克。将猪肚去脂膜，洗净，黄芪、陈皮用纱布包好放入猪肚中，麻线扎紧，加水，文火炖至猪肚熟，再加适量调味品，趁热食肚饮汤，分4次2天食完，5只猪肚为一疗程。方中黄芪为补气要药，善于益气升阳，治疗各种脏器下垂;陈皮理气健脾，和中消滞;猪肚能补胃益气。猪肚黄芪汤可补中气，健脾胃，行气滞，止疼痛，对于中气不足、脾胃虚弱之胃下垂，颇有效验。
猪脾枣米粥
猪脾2只，大枣10枚，粳米100克。将猪脾洗净切片，锅中微炒，加入大枣、粳米添水煮粥，可酌加白糖调味。空腹服之，每日一次，半个月为一疗程。方中猪脾可健脾胃，助消化;大枣和胃养脾，益气安中;粳米补胃气，充胃津，共煮为粥对胃下垂引起的形体消瘦、脘腹胀满、 食欲不振、倦怠乏力有明显的康复保健之效。
莲肉山药粥
猪肚1只，莲肉、山药各50克，糯米100克。将猪肚去除脂膜，洗净切碎，莲肉、山药捣碎，与糯米同放锅内，加水，文火煮粥，早晚两次食完，隔日1剂，10天为一疗程。方中猪肚为“补脾胃”之要品，山药、莲肉、糯米补中益气而养胃阴。脾胃得补，则中气健旺，胃下垂的症状可渐渐改善。
下垂控制 篇5
关键词：直流微电网,下垂控制,电流分配
1概述
近年来,由于气候变化和化石燃料枯竭,分布式发电(DG)已经引起人们的广泛关注。微电网(MG)是一种集成不同类型负载和DG单元的小型电力系统。其主要特点是灵活,高效,可靠和模块化。然而,微电网的可靠,高效运行取决于DG模块所采取控制策略。通常,微电网分为直流和交流,它们能同时在孤岛效应和并网下运行。由于现在电力系统大都是交流系统,故大多文献集中在交流微电网的研究。最近几年直流微电网获得了研究者的广泛关注。直流微电网与交流微电网相比,具有很多优势,包括更简单的控制方案(由于没有频率和无功功率控制),更高的效率和功率质量,更低的成本。如果采用合适的控制方法,所有这些特点都将实现。本文所述的下垂控制方法,下垂增益随负载电流自动改变,而无需使用与DG单元之间的任何通信连接。
2下垂控制分析
为了比较常规下垂控制方法和本文所述的方法,建立了一个基本的由两个参数相等的电源组成的直流微电网(图1)。其参数为额定电压(Vnom)为50V,负载电流(IL)为20A,额定电流(电源)为10A,线电阻1(r1)为0.1Ω,线电阻2(r2)为0.2Ω,线电感1(L1)为0.2m H,线电感2(L2)为0.4m H。由于两个电源的参数一致,故这两个DG单元的传统下垂控制系统的系数相等。为了进行稳态分析,电缆模型是电阻与电感串联。传统的下垂控制可以表示为
其中,I1是输出电流,n1是下垂增益,Vnom是额定电压,Vref,i是第i个源的参考电压。电流分配的准确性极大的受下垂增益的影响,随着下垂增益增加,电流分配误差增大。在下垂控制中,下垂增益模拟一个虚拟电阻。因此,较高值的增益模拟一个较高的虚拟电阻。这对CPLs的不稳定性影响将显著降低。
3控制方法
本节将提出一种新的自动下垂控制方法。在低负载电流时,由于功率损耗比DG模块的额定功率小得多,DG的输出电流远小于额定电流。另外,低负荷条件对CPLs的不稳定影响并较小。此外,对功率损失和电压调节而言,在低负载时最好选用小下垂增益,这能提高电压调节和系统效率。下垂增益是等效虚拟电阻,增加下垂增益将会增大由CPLs引起电压震荡的阻尼。下垂增益随负载电流的增加而增加。更重要的是增加下垂增益降低了电压调节作用。为了使大下垂增益来获得预想的电压调节性能,下垂特性必须用以补偿压降。下垂特性应在低(高)负载功率的小(大)下垂的增益。因此,该下垂曲线应根据负载电流自动改变其斜率。该下垂方程为
其中Vnom是额定电压,Ii是输出电流,Vref,i是参考电压,I-max,i是第i个电源的最大输出电流,Vmin是最小电压。mi和a分别是下垂曲线常数和系数。故可知等效下垂增益(RD,i)曲线在特定工作点的切线斜率随负载电流的增加而增加。由(2)和所述的电流得到
沿电压轴的等效电压偏移(ΔVi)式可通过等效下垂线与电压轴交点确定
4仿真
为了观察该方法的性能,在MATLAB/simulink中用三个DC-MG模拟三个DG单元。额定电流分别为(DG1;10A,DG2;10A,DG3;5A)。本文所提方法外部电压控制回路的电压作为参考电压。为实现轻负载,则令负载电阻Rload1=2Ω在t=0.2s时,再加一个为Rload2=4Ω的电阻来模拟更高的负载。为了与传统下垂方法作比较,令下垂增益n1=n2=0.2和n3=0.4作为小下垂增益,n1=n2=2和n3=4作为大下垂增益。输出电流如图3所示。在低负载电流时,DG单元的输出电流远小于最大限度值。由于电流分f配并不是特别重要,随着负载增大,DG的输出电流逐步接近最大限度值。本文所述方法,如图所示,通过增加负载,相当于下垂增益自动增大从而达到精确电流分配。
5结论
传统的下垂控制,小下垂增益能产生良好的电压调节,但电流分配不准确,而大下垂增益能做到电流分配准确,但电压调节由限。为了克服这个缺点,本文提出了一种新的控制方法,下垂增益随负载自动改变。仿真结果表明,通过改变负载大小自动的改变下垂增益,能同时实现精确的电流分配和电压调节。
参考文献
[1]郑永伟,陈民铀,李闯,徐瑞林,徐鑫.自适应调节下垂系数的微电网控制策略[J].电力系统自动化,2013.37(7),6-11.
[2]王成山,王守相.分布式发电供能系统若干问题研究[J].电力系统自动化.2008,32(20);1-4.
下垂控制 篇6
随着能源和环境保护问题的日益突出,基于中小型清洁能源的分布式发电(DG)已得到世界各国的高度重视和快速发展。而大量DG单元直接并网将给电网带来一系列的新问题,为充分利用可再生能源和对各种DG单元进行有效管理,一种由分布式电源、储能系统、负荷和保护装置汇集而成的微电网已成为DG单元与电网连接的有效模式。研究和实践表明,将DG单元以微电网的形式接入到大电网进行并网运行,与大电网互为支撑,是发挥DG单元效能的最有效方式[1]。
微电网有2种稳态运行模式,即孤岛运行模式和并网运行模式。采用传统下垂控制的微电网孤岛运行时,对于短周期、小幅度的负荷波动依据下垂特性进行一次调整;而对于大幅度、长周期负荷变化导致的电压和频率偏移,则需要增加适当的控制策略进行二次调整,以改善微电网电能质量。文献[2-4]基于传统下垂控制器对DG单元逆变器进行控制,在孤岛运行时,频率极易产生偏移;而在并网运行时,输出功率易受到电网频率和电压波动的影响,降低了分布式能源利用率。文献[5-6]利用平移下垂控制器的功频特性曲线进行二次调频。文献[7-8]在下垂控制中加入积分控制器,实现了逆变器的无差调频,维持了微电网稳态频率稳定,但控制器参数选取较繁琐。文献[9]归纳了4种典型的微电网综合控制策略,并指出基于V/f的主从微电网系统控制的系统稳定性对V/f控制的DG单元依赖度较高,且基于V/f的多主微电网系统控制的系统电能质量在微电网受到干扰或破坏时难以保证。
本文在传统下垂控制的基础上,设计了具有下垂系数自适应调节能力的自适应下垂控制器,以实现DG单元孤岛频率无静差、孤岛电压幅值小偏移量和并网恒功率输出。此外,针对基于V/f的主从微电网系统控制和基于V/f的多主微电网系统控制的缺陷,本文提出微电网多重主从控制策略,以提高分布式能源利用率和微电网稳定性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台对上述控制器和控制策略的有效性和可行性进行了验证。
1 微电网结构
微电网和低压配电网的连接结构如图1所示。
微电网由DG单元(DG1,DG2,DG3,且假定额定功率大小为PDG1>PDG2>PDG3,QDG1>QDG2>QDG3)、馈线、负荷、断路器等组成,每个DG单元由分布式电源、整流器、逆变器、储能装置、滤波器及控制器等构成。QF,QF1,QF2,QF3分别为各支路断路器,可由微电网集中控制系统(microgrid central control system,MGCCS)经控制信号线(虚线)控制其通断,也可受自身DG单元控制。当QF闭合时,微电网并网运行;当QF断开时,微电网孤岛运行。为稳定逆变器直流侧电压,在逆变器直流侧装有容量足够的储能装置,本文主要研究DG单元逆变器和微电网的控制策略,为简化研究对象,用理想直流电压源代替分布式电源和储能系统。
2 自适应下垂控制器设计
2.1 传统下垂控制
在计及LCL滤波器电感值较大和低压微电网中的传输线路较短的情况下,逆变桥输出端与负荷间的连接阻抗以感性为主(原因分析见附录A)。由文献[10-12]的功率传输公式可知:当连接阻抗以感性为主时,其传输的有功功率主要取决于两端的功角差,而无功功率主要取决于两端的电压幅值差。因此,通过调节DG单元逆变器功角和电压幅值,便能分别实现有功和无功功率控制,在实际应用中常用频率代替功角,采用的下垂控制方程[13]为:
式中:ω和V分别为DG单元逆变器的参考角频率和输出相电压参考幅值;m和n为下垂系数;ω0和V0分别为DG单元空载时的角频率和相电压幅值;P和Q分别为DG单元在t时刻输出的有功功率和无功功率。
2.2 孤岛频率和电压幅值下垂控制
微电网孤岛运行时,其电压和频率若由采用传统下垂控制的DG单元支撑,负荷增大或减小将会使电压幅值或频率偏离额定值,本文采用自适应调节下垂系数的方法实现孤岛频率无静差和电压幅值小偏移量。
2.2.1 孤岛频率无静差下垂控制
因一些电气设备对频率较为敏感,频率允许变化的范围极窄,拟采用自动调节P/ω下垂系数m的方法使微电网孤岛频率在稳态时维持在额定值处。
假设微电网孤岛运行且由DG2提供电压和频率支撑,现以图2为例阐述其频率下降后恢复到额定值的原理:当微电网的有功负荷增大时,DG2逆变器输出的有功功率将会增大以满足功率平衡,从而导致角频率由额定值ωn下降到ω(其运行工作点由A变化到B),适当调节下垂系数m,使得运行工作点由B平滑移动到C,此时角频率回到ωn。同理,也可分析频率升高后再恢复到额定值的原理。
当微电网孤岛运行时,为实现频率无静差下垂控制,需将下垂系数m切换为具有自适应调节能力的下垂系数mi,根据式(1)推导出:
式中:Pt-t0为DG单元在t-t0时刻输出的有功功率,由P延迟t0时间间隔得到;mi为自适应下垂系数,能够根据Pt-t0的变化进行自动调节。
为保证DG单元能稳定运行,在求解mi时,若Pt-t0<Pmin,则令Pt-t0=Pmin;若Pt-t0>Pmax,则令Pt-t0=Pmax,即仅当P∈[Pmin,Pmax]时,孤岛运行频率才能实现无静差。
孤岛频率无静差下垂控制的频率恢复过程为:有功负荷PL不变时,参考角频率ω=ωn,运行频率f为额定频率fn;当有功负荷PL在t时刻增大时,mi不变(因为mi由前t0时刻的Pt-t0计算得到),为满足功率平衡,DG单元输出的有功功率P增大,根据下垂控制方程可知ω降低,经过一个短暂的时间t0后,mi开始减小,因为P仍小于PL,使得P继续增大,ω继续降低,当mi减小较大时,ω在下降到最小值后开始缓慢回升,P继续增大,直到P=PL且经过t0时段后,mi将不再改变,其ω也不再变化。运行频率f始终跟随着ω的变化而变化,直至恢复到额定频率为止。
2.2.2 孤岛电压幅值小偏移量下垂控制
通常,电气设备对电压幅值变化的敏感性稍弱,只要电压幅值变化较小,均能正常工作。为保证电压幅值在较小范围内变化,本文采用的控制方法为:当相电压幅值在[Vmin,Vmax]内时,其下垂系数保持不变;当相电压幅值超出[Vmin,Vmax]时,自适应调节其下垂系数并根据下垂控制方程改变DG单元逆变器的输出相电压参考值,从而调节输出电压幅值。
由式(1)推导出孤岛相电压幅值超出[Vmin,Vmax]后的自适应下垂系数ni和下垂控制方程如下:
式中:Vn为相电压额定幅值;Qt-t0为DG单元在tt0时刻输出的无功功率,由Q延迟t0时间间隔得到;ni为孤岛电压幅值小偏移量下垂控制的下垂系数,能根据Qt-t0的变化而调节。
求解ni与求解mi类似,需先限制Qt-t0的值后再求解ni。为便于理解,孤岛电压幅值小偏移量下垂控制的流程如图3所示。
2.3 并网恒功率下垂控制
因微电网内DG单元容量较小,配电网及母线可视为无穷大系统,其电压幅值和频率不受微电网影响。假定微电网内所有DG单元均采用传统下垂控制,微电网与配电网(DG单元与微电网)并网运行时,微电网电压和频率由配电网(或DG单元)支撑,DG单元逆变器输出功率会因配电网(或其他DG单元)的电压或频率变化而偏离额定值。为提高分布式能源利用率,本文采用自动调节下垂系数m和n的方法实现其恒功率输出。其原理与孤岛频率无静差下垂控制原理类似,此处不再赘述。
根据式(1)可推导出并网恒功率下垂控制的自适应下垂系数mc和nc的计算公式及控制方程如下:
式中:ωMG和VMG分别为微电网的实时运行相电压角频率和幅值;Pn和Qn分别为DG单元的额定有功和无功功率,可由调度给定。
由式(5)可知:当ωMG减小时,mc自动增大,逆变器参考角频率ω减小,即功率角δ也减小,从而使P减小,当P≠Pn时,ω继续减小,直到P=Pn时,ω=ωMG,P就不再改变;反之亦然。同理,也可分析VMG变化时,无功功率Q恢复到额定值的过程。
2.4 自适应下垂控制器的系统控制结构
根据上述自适应调节下垂系数的控制原理,具有孤岛频率无静差、电压幅值小偏移量和并网恒功率输出功能的下垂控制器的系统控制框图见图4。
图4中:直流电压源Vdc代替分布式电源和储能系统;LCL滤波器由L1,L2和C构成;LPF为低通滤波器,以得到P和Q;自适应下垂控制器如点线框内所示。在自适应下垂控制器内,D为延时单元,延时t0时间间隔;Si和Sc为不能同时闭合的控制方式切换开关,Si闭合为采用孤岛频率和电压幅值下垂控制,Sc闭合为采用并网恒功率下垂控制,Si和Sc同时断开为传统下垂控制;m和n求解框表示根据孤岛频率无静差、电压幅值小偏移量和并网恒功率输出的下垂系数计算公式得到其相应的下垂系数;E为DG单元内LCL滤波器输出端口相电压幅值;PI为比例—积分控制器,用以提高电压幅值的动态响应性能;Es和δs分别为来自同步控制环的电压幅值和相位同步信号[14],以减小DG单元在并网合闸过程时的冲击;Vmr和δr分别为为了产生空间矢量脉宽调制(SVPWM)的逆变桥开关信号所需的三相输出相电压合成空间矢量幅值和相位的期望值。
3 微电网多重主从控制策略
当微电网并网运行时,微电网内的DG单元逆变器均采用恒功率下垂控制,由配电网支撑其电压和频率。
当配电网发生故障时,由MGCCS通过文献[15-16]提出的孤岛检测方法判定微电网发生非主动孤岛运行[9]后,命令QF断开且DG1逆变器切换为孤岛频率无静差和电压幅值小偏移量下垂控制,支撑微电网电压和频率,其余DG单元逆变器采用并网恒功率下垂控制;若DG1发生故障后,MGCCS发出指令切除DG1和适当的非重要负荷且将DG2逆变器切换为孤岛频率无静差和电压幅值小偏移量下垂控制,其余DG单元逆变器仍采用并网恒功率下垂控制;依次类推。当微电网孤岛运行且通信线路故障时,各DG单元控制器断开其出线断路器并切换为孤岛频率无静差和电压幅值小偏移量下垂控制。当配电网恢复供电后,微电网借助相应的同步控制策略平滑地切换到并网运行模式。
本文将上述控制策略称为多重主从控制策略。根据多重主从控制策略的控制流程可知:在采用多重主从控制策略的微电网系统中,所有DG单元控制器都具有自适应调节下垂系数的能力;在微电网孤岛运行时,每个DG单元在一定情况下,都可切换为孤岛频率无静差和电压幅值小偏移量下垂控制,给微电网提供电压和频率支撑,为重要负荷继续供电,弥补了基于V/f的主从微电网系统控制对网内某个V/f控制的DG单元的高依赖度和基于V/f的多主微电网系统控制在微电网孤岛运行时电能质量难以保证的缺点,改善了微电网的电能质量和供电可靠性;在微电网并网运行时,微电网内所有DG单元都采用并网恒功率下垂控制,使其输出功率不受配电网电压幅值或频率影响,弥补了基于V/f的多主微电网系统控制在并网运行时输出功率易受配电网影响的缺点,提高了分布式能源的利用率。
4 算例仿真分析
为了验证本文控制策略的有效性,基于MATLAB/Simulink软件搭建了如图1所示的微电网仿真平台,其仿真参数如下:配电网相电压幅值为311.1V,频率为50Hz;DG单元空载时的相电压幅值V0=325.3 V,空载角频率ω0=100.6πrad/s;DG单元内的LCL滤波器电感L1=L2=4mH,电容C=6μF;DG单元额定容量和负荷大小分别为SDG1=SLoad1=(15+j8)kVA,SDG2=SLoad2=(10+j5)kVA,SDG3=SLoad3=(5+j3)kVA,SLoad4=(4+j2)kVA;各条线路的阻抗分别为ZLine1=(0.26+j0.040 4)Ω,ZLine2=ZLine3=(0.32+j0.050 5)Ω;相电压幅值允许偏移范围[Vmin,Vmax]设置为[306,316]V;时间间隔t0=0.000 5s。DG2控制器采用传统下垂控制方式时的下垂系数分别为m2=2.828×10-3,n2=1.885×10-4。
4.1 孤岛频率和电压幅值下垂控制仿真分析
假定图1中的DG2与微电网解列,即单机孤岛运行。最初DG2控制器采用传统下垂控制,在3s后采用孤岛频率无静差和电压幅值小偏移量下垂控制。当t=1s时,负荷2由(15+j8)kVA下降到额定值(10+j5)kVA;当t=2s时,负荷2减小到(5+j2)kVA;当t=4s时,负荷2回到额定值;当t=5s时,负荷2增加到(15+j8)kVA;当t=6s时,仿真结束。其仿真结果如图5所示。
由图5可知:DG2在单机孤岛运行时,采用传统下垂控制器(t∈[0,3]s)时,负荷大于额定值,致使频率和电压幅值降低,负荷小于额定值导致频率和电压幅值偏高;当DG2采用孤岛频率无静差和电压幅值小偏移量下垂控制后(t∈[3,6]s),无论负荷增大或减小,DG2的频率都能经过短暂的过渡后稳定在额定值,而电压幅值能够维持在设定的小偏移量范围内,即在[306,316]V内。
4.2 并网恒功率运行仿真分析
假定DG2与配电网最初已并网运行。DG2在t∈[0,4]s时采用传统下垂控制,t∈[4,8]s时采用恒功率下垂控制。开始时,DG2工作于额定运行状态;当t=1s时,负荷2增大到(14+j7)kVA;当t=2s时,负荷2恢复到额定值;当t=3s时,配电网受到干扰后相电压幅值升高到318.4V(或频率升高到50.1Hz);当t=5s时,配电网相电压幅值降回到311.1V(或频率降回到50Hz);当t=6s时,负荷2又增大到(14+j7)kVA;当t=7s时,负荷2下降到(6+j3)kVA;当t=8s时,仿真结束。其仿真结果如图6所示(配电网频率变化时的DG2恒功率下垂控制的仿真结果见附录B图B1)。图中:Pd和Qd为DG2的输出功率;Pg和Qg为配电网提供的功率;Ud和Ug分别为DG2和配电网的相电压幅值。
从图6和附录B图B1可看出:当DG2处于并网运行时,采用传统下垂控制器(t∈[0,4]s)将使DG2的输出功率随负荷和配电网电压幅值或频率波动而偏离额定值,从而影响分布式能源的利用率;当采用恒功率下垂控制(t∈[4,8]s)后,DG2的输出功率不因负荷和配电网电压或频率的波动而改变,维持额定功率输出。
4.3 多重主从控制策略仿真分析
假定微电网与配电网开始时已并网运行。当t=1s时,配电网发生故障,微电网进入非主动孤岛运行模式;当t=1.2s时,MGCCS检测到微电网孤岛发生,根据微电网多重主从控制策略,DG1控制器切换为孤岛频率无静差和电压幅值小偏移量控制,其余DG控制器仍采用恒功率下垂控制;当t=2s时,负荷3增加(2+j1)kVA;当t=3s时,负荷3回到额定值,同时负荷1减小(3+j2)kVA;当t=4s时,DG1出现故障并迅速被切除,同时DG2切换到频率无静差和电压幅值小偏移量下垂控制,切除负荷4;当t=5s时,负荷2增大(2+j1)kVA;当t=6s时,负荷2减小(3+j2)kVA;当t=7s时,仿真结束,其仿真结果见图7(各单元输出的功率见附录B图B2)。
图7(a)中,配电网相电压在1s时因故障变为0,DG1端口相电压在4s时也因故障变为0。从图7和附录B图B2可以看出:DG2在4s前保持恒功率输出,而DG3始终保持恒功率输出;微电网采用多重主从控制策略后,当配电网和主控制DG1先后故障且在负荷变化时,微电网仍能够安全、稳定运行,且电压幅值维持在[306,316]V内变化,稳态时的频率能维持在50Hz,即频率无静差,从而证明微电网多重主从控制策略是有效、可行的。
5 结语
本文通过自适应调节下垂系数,实现了DG单元逆变器孤岛频率无静差、孤岛电压幅值小偏移量和并网恒功率输出控制。同时,微电网采用多重主从控制策略后,在配电网或主DG单元故障时仍能继续向重要负荷供应合格的电能,提高了分布式能源的利用率和微电网供电的可靠性。
下垂控制 篇7
近年来，社会经济的迅速发展导致人们对电能的需求日益提升，微电网以其污染少、效率高、可控性好等优点，受到越来越多的关注[1,2,3]。在实际运行中，微电网基于即插即用(plug and play)与对等(peer to peer)的控制思想和设计理念，不依赖通信，对每个微电源进行就地控制，以降低系统控制成本和增加控制的可靠性[4,5]。应用这种控制思想，下垂控制策略在微电网中得到了广泛的应用。
传统下垂控制方法是基于各并联逆变器的系统等效阻抗呈感性的，对线路的阻感比依赖性较大。然而实际中，微电网多位于低压配电侧，线路阻抗呈阻性或阻感性(R/X>>1)[6]，逆变器输出的有功功率、无功功率分别与频率、电压存在耦合关系，传统下垂控制方法不再适用[7]。目前，解决这一问题常用的方法是通过改变线路的阻感比[8]，使之满足传统下垂控制的要求，即在微电源的逆变器输出端口处串联一个大电感，但这必然会导致系统体积成本和损耗增加，总效率降低。
针对这一问题，文献[9,10,11]提出改变控制环节的网络参数使逆变器输出阻抗呈感性，使有功功率与无功功率解耦，以适应新的下垂控制策略，这导致了控制策略对网络参数的依赖性较大，而且实际上有功与无功也没有完全解耦。实际微电网的控制中，逆变器的控制处在微电源站内部，控制策略对网络参数的依赖以及对外部线路尤其是低压微电网的线路阻抗的忽略，往往会导致系统运行失稳与控制的不利。文献[12,13,14]引入了虚拟阻抗将逆变器的等效输出阻抗设计成阻性，能较好地适用于下垂控制策略，取得了较好的控制效果，但引入的虚拟阻抗会加大系统的等效阻抗，造成较大的电压降落，不利于供电质量的保证。文献[15]提出了“虚拟负电阻”的概念，增加负电阻以抵消系统阻抗中的阻性成分，降低功率耦合，同时也减少了电压降落，但其虚拟负阻抗的取值对计算要求较高，需要对微电网线路阻抗有较高的估算精度。
针对上述问题，本文将在低压微电网三相逆变器的控制策略中引入动态虚拟阻抗，以降低功率耦合，减小电压降落和环流，实现对低压微电网电能质量灵活而有效的控制。
1 下垂控制策略分析
传统下垂控制早期主要使用在高压微电网中，很小，可近似认为sin(28)，cos(28)1。即X>>R，θ≈90°，Z≈j X时，对应的功率表达式和下垂控制方程为
其中：Kp、Kq分别为有功/频率(P-f)下垂系数和无功/电压(Q-V)下垂系数；ωi*、Ui*、Pi*、Qi*分别为参考频率、参考电压、参考有功功率和参考无功功率。
上述控制只能适用于高压微电网中线路阻感比呈感性的状况，对线路的阻抗忽略不计，其上层控制管理系统给出的指令电压值固定不变，没有考虑线路阻抗及负荷的变动，而实际中微网尤其是低压微网的线路阻抗是较大的，负荷的接入和退出对电压波动影响较大，继续采用传统的下垂控制策略会导致系统不稳定，控制不精确，电压质量不高等问题。因此，对传统下垂控制策略进行改进是十分必要的。
为更好地提高低压微电网中分布式电源的利用率，目前对传统下垂控制策略进行改进多集中在通过选取合适的控制参数，减少系统阻性成分，降低系统功率耦合，减小系统阻抗对系统电能质量的不利影响[15]。
文献[16]在控制环节中引入了感性虚拟阻抗，改变了线路阻感比r(28)R X，但线路电阻仍客观存在，为减弱线路阻抗差异对并联均流的影响有一定效果，又提出对下垂控制策略进行改进。
因此，微电网多逆变器并联的改进下垂控制算法可以写为
通过调节下垂控制系数Kpω、Kqu和阻感比r，可分别实现对逆变器输出频率和电压幅值的瞬时控制。但由于不同逆变器的线路长度各异，不同电压等级连接线路对应不同的阻感比，线路阻抗在无法准确测量的情况下，存在很大的不确定性，而控制系统中设定的阻感比数值又需与实际匹配，且该控制策略下，线路电压降落的问题仍然存在。
2 动态虚拟阻抗控制策略
2.1 基本的虚拟阻抗控制策略
目前在微电网中接入虚拟阻抗的方法主要有两大类：一是通过改变逆变器的控制参数，控制调节逆变器的等效输出阻抗，改变微电网的系统阻感性以适应传统的下垂控制策略；二是在微电网逆变器中加入前馈控制环节，参照电压降落调节指令电压，达到模拟实际阻抗的作用。虚拟阻抗的接入，虽然改变了系统的阻感性，但其阻性成分的客观存在仍然会导致系统的功率耦合，忽略阻性成分的影响必然会减弱控制策略的控制效果。
目前对微电网逆变器控制策略的改进多在控制环节中加入虚拟阻抗(包括虚拟电阻和虚拟电感两部分)，改善线路阻感性，使Pf-QV下垂控制能够适用于阻性线路。
构造的虚拟阻抗表达式为
式中：Rv为虚拟电阻；Lv为虚拟电感。系统总阻抗包括逆变器的输出阻抗和线路的虚拟阻抗。在低压微电网中，有线路阻抗Zline=Rline+s Lline。
此时基于虚拟阻抗的阻感比表达式为
加入虚拟阻抗后逆变器等效输出阻抗向感性偏移，系统阻感比减小，降低了功率耦合，增加了控制策略的有效性，但虚拟阻抗会导致压降过大以及谐波放大，降低了电能质量。
2.2 基于虚拟阻抗的双环控制策略
并联逆变器控制采用基于虚拟阻抗的电压电流双闭环控制，基于虚拟阻抗的下垂控制为电压电流环提供了电压参考值。为了得到较好的电压调节特性，电压外环采用比例积分(PI)调节器，产生电感电流参考值，对电感电流的精度要求不高，所以电感电流调节环采用比例调节器，减少系统稳态误差，提高系统的供电质量和稳定性。
如图1所示，u*ref(s)为功率外环交流电压参考值，iG(s)为电流内环控制器传递函数，uG(s)为电压外环控制器传递函数，0u(s)为逆变器输出电压，L、C分别为主电路的滤波电感、滤波电容，KPWM为逆变器的基波脉宽调制比例系数，Zv(s)为虚拟阻抗，0i(s)为负载电流。
在图1所示的控制策略下，加入虚拟阻抗后的逆变器的输出电压为
其中：为逆变器等效输出阻抗，即
逆变器电压闭环传递函数为
在电压电流双环控制中加入虚拟阻抗，改变了阻抗比，增加了对电压、电流环的控制，但仍然没有减小系统的电压降落，这对于输出的电能质量产生了不利影响。
2.3 基于电压降落的动态虚拟阻抗的设计
为了提高负荷供电质量，减少电压降落和环流对电能质量的影响。本文提出动态虚拟阻抗的解决方法。
系统总电压降落为
为保证供电质量，减少系统电压降落和环流，参考式(11)，设动态虚拟阻抗值为
式中：ΔE为系统在微电网负荷侧采样点的电压幅值与逆变器指令电压间的差值；0i(s)为负载电流。随着母线电压、电流的实时采集，虚拟阻抗在动态虚拟阻抗环的作用下，不断自适应地调整取值。将新的虚拟阻抗值代入到式(11)中，计算可得电压降落参考值ΔU，由此可得逆变器新的指令电压值为
在独立运行的微电网中，投入运行时，先给微电网控制环节的指令电压赋值Uref1，同时采集微电网中负荷侧的母线电压，引入负载电压反馈，提高指令电压数值，形成新的指令电压。
此时，逆变器的输出电压相对升高，系统的供电电压将持续维持在正常范围内，克服了对引入虚拟阻抗之后对电压降落的影响。随着虚拟阻抗数值的变化，微电网中的系统阻抗比也在发生变化，本文采用的改进型下垂控制策略，同时考虑了动态虚拟阻抗对系统阻感比的影响以及指令电压的赋值变化，相比于传统的下垂控制策略，在减少电压降落，保证供电质量的同时，能够对微电网进行更好地控制，减小环流。
3 仿真及实验验证
本文基于Matlab/Simulink仿真平台建立了如图2所示的基于动态虚拟阻抗的微电网逆变器多环控制框图，以验证所提控制策略的有效性。其他参数两逆变器均相同，仿真参数见表1,f=50 Hz,fs=10 kW,Pload=10 kW,Qload=3 kvar。
图3为加入动态虚拟阻抗前后并联逆变器输出电压对比图。加入动态虚拟阻抗前，逆变器输出电压幅值约290 V，而系统给定的额定电压为311 V，电压降落明显，而加入动态虚拟阻抗后，逆变器输出电压幅值约310 V，表明动态虚拟阻抗减少了由线路阻抗引起的电压降落，为提高负荷供电电压质量提供了保障。
图4为加入动态虚拟阻抗前后逆变器之间的环流对比图，由图4(a)和图4(b)可以看出，加入动态虚拟阻抗前，逆变器之间的环流为0.3 A左右，而加入动态虚拟阻抗后的逆变器间的环流为0.05 A左右，环流明显得到了更为有效抑制。
如图5所示，当逆变器输出阻抗呈阻感性时，加入动态虚拟阻抗后的下垂控制策略下，系统频率趋于稳定的速度更快，系统能更快地进入稳态运行。由此可见，加入动态虚拟阻抗之后，下垂控制在频率调节时效果更优。
逆变器输出阻抗呈阻感特性时，加入动态虚拟阻抗前后2台逆变器输出有功功率和无功功率对比图如图6和图7所示。加入动态虚拟阻抗前的有功和无功均分效果不好，稳定性不佳，而加入动态虚拟阻抗后的控制策略在0.01 s时就已进入稳定控制，说明加入动态虚拟阻抗后，控制策略能较好地实现有功功率和无功功率的均分。
4 结论
(1)采用动态虚拟阻抗可使低压微网中并联逆变器的系统阻抗呈可调节性，在加强对功率的控制的同时减小了系统电压降落，较好地解决了功率的合理均分问题，且环流得到了有效抑制。
(2)考虑阻感比的改进下垂控制策略，在加入动态虚拟阻抗之后，降低了对线路参数的敏感度，反馈环节使功率控制器具有恒压恒频控制性能，减小了微网系统控制的复杂度，缩短了系统运行趋于稳定所耗时间。
下垂控制 篇8
关键词：微电网,逆变器,独立运行,下垂控制,虚拟电抗,功率解耦
0 引言
微电网是由小型分布式电源(DG)、储能设备及负荷组成的有机整体,具有并网和独立2种运行模式,是国内外的研究热点[1]。微电网的控制方式可分为主从式和对等式两大类。前者利用全局信息实现控制,对通信的要求较高;后者利用本地信息实现控制,鲁棒性较好,有利于实现即插即用,受到了广泛关注[2,3,4]。
对等控制的一个重要手段是将传统电网中的功率下垂特性引入到微电网中,利用P-f和Q-V下垂特性,实现对有功功率和无功功率的无互联线控制。在感性线路环境中,下垂控制可取得较好效果,而微电网线路多呈阻性,因而影响了下垂控制的效果。在DG与并网点之间加入隔离变压器,虽然可以获得较大的X/R比值,但要增加硬件投资,因此更为实际的办法是改进控制策略。
文献[5]采用P-V和Q-f下垂控制,但这种控制与传统同步机不兼容,且不适用于既有阻性线路又有感性线路的微电网[6](部分DG可能有输出变压器,等效线路阻抗为感性)。文献[7]提出了对功率进行坐标变换的方法,但要利用线路X/R比值信息,有时难以获取。文献[8]引入虚拟电阻,利用P-V和Q-f下垂控制抑制DG并联运行时的环流。文献[9-10]利用虚拟电阻抑制逆变器并联运行时的环流,其虚拟电阻的产生原理和文献[8]类似。文献[11]通过参数设计,使逆变器的输出阻抗为感性,但该方法的效果受制于电压、电流环控制参数。文献[12]利用虚拟电抗实现有功功率和无功功率的解耦,取得了较好效果。但文献[8]和文献[12]都忽略了一个重要问题,那就是虚拟阻抗会对功率产生影响(暂且称之为虚拟功率,具体含义下文解释),该功率和DG的输出功率是有区别的。引入虚拟阻抗只能说明利用下垂控制可以实现虚拟有功功率和无功功率的解耦;而文献[8]和文献[12]在利用下垂法计算V,f指令值时,直接使用了DG的实际输出有功功率和无功功率,且没有说明这样是否可行,为什么可行,导致了另一个隐藏问题。
本文分析了文献[11]方法的不足,并特别剖析了文献[8]和文献[12]的潜在问题。在此基础上,引入虚拟电抗和虚拟发电机,利用虚拟发电机的下垂控制实现DG输出有功功率和无功功率的解耦,从理论上说明其可行性,并提供了具体实现方法,最后进行了MATLAB仿真验证。
1 DG的控制原理
如图1所示,对于直流侧配有储能装置的逆变器型DG,为了简化分析,将直流侧用一个恒定直流电压表示。图1中,DG输出电流通过LC滤波器滤除高次谐波后并入微电网,滤波器的电感、电容和电阻分别为Li,Ci,Ri,本地负载阻抗为ZLDi,线路阻抗为RLi+j XLi,滤波器电容电压为VOi,DG输出电流为IOi,其中,i=a,b,c。
DG控制系统包括两大部分:基于虚拟阻抗的下垂功率控制器和电压跟踪器。前者根据本地信息利用下垂特性求出DG输出电压指令值,实现对有功功率和无功功率的调节;后者控制DG的输出电压,使其跟踪指令值。
电压跟踪器的控制方法十分成熟[3,11,12],此处仅作简要介绍:通常采用电压外环、电流内环的控制方式,电流环采用P控制,电压环采用PI控制,电压环为电流环提供电流参考值,电流环控制滤波电容电流跟踪该参考值。本文采用与文献[11]同样的设计,整个系统的传递函数可写成如下形式(此处不作具体分析,详见文献[11]):
2 基于虚拟电抗的下垂功率控制
基于虚拟电抗的下垂功率控制为电压、电流环提供电压指令值,从而实现微电网的功率平衡。
2.1 下垂控制
对于图2所示系统,线路阻抗ZL=R+j X,从A点注入的功率S=P+j Q,则
通常情况下,功角差δ很小,cosδ≈1,如果X>>R,分析时可略去电阻,则式(2)和式(3)可简化为:
由式(4)和式(5)可知,如果线路阻抗呈感性,则P主要取决于功角差δ,Q主要取决于电压差。因此,通过调节功角和电压,可以分别实现对P和Q的控制,在实际应用中,通常用f代替功角。下垂控制方法具有内在的负反馈过程[13],当某个DG的有功输出过多时,下垂控制会减小其频率,相应减小其功角,从而减小其有功输出,反之则增加输出,如此形成一个负反馈,若参数选取适当,可最终达到稳定。
这种控制理念也被运用到微电网控制之中,具体方法可参见文献[3]。
2.2 基于虚拟电抗的下垂控制
P-f和Q-V下垂控制的前提是线路XR,而微电网线路一般呈阻性,P和Q之间存在强耦合而相互影响,因而影响下垂控制的效果,在控制过程中可能出现振荡甚至不稳定。结合式(3)所示无功功率精确表达式,由于E1X(E1-E2cosδ)相对较小,在某些情况下,E1E2Rsinδ和前者具有可比性,而该项又和有功功率密切相关,有功功率越大,sinδ也越大;特别是在R相对较大的情况下,如果DG的有功输出差异很大,甚至可能出现一部分DG输出无功功率,而另一部分DG吸收无功功率的情况。
为了使下垂控制法适应阻性线路,文献[11]通过控制参数的设计,使DG的输出阻抗(即式(1)中的Z(s))在基频段呈感性,取得一定效果。但Z(s)取决于电压、电流环的控制参数,其选取必须保持控制器的稳定,因此受到较大限制。并且DG的功率传输特性不是取决于Z(s),而由Z(s)+ZL共同决定(结合图2),Z(s)的等效幅值相对于ZL很小,即使Z(s)在基频段呈感性,其效果也很有限。
文献[8]提出了虚拟电阻的概念,实现P-V和Q-f解耦(和感性环境下垂控制相反);文献[12]虽然在αβ坐标系中考虑虚拟电抗,但其本质和文献[8]相同。文献[8]和文献[12]中的虚拟阻抗选取具有较大自由度,效果明显优于文献[11]的方法,但仍然存在一个共同问题,分析如下。
假设引入一个虚拟电抗Lξ,根据文献[8]和文献[12]的原理,首先利用DG的输出功率P和Q结合下垂控制求出V和f,进而合成参考电压Vref,再计算DG输出电流在虚拟电抗上的压降,然后用Vref减去该压降作为DG输出电压的参考值VO*,其数学表达如下(省略了求虚拟电抗上压降时使用的滤波器):
假设DG完全跟踪了其指令电压(该假设仅是为了便于说明,不影响问题本质),其等效电路如图3所示。
Vref(s)是利用下垂控制通过DG的输出功率得到的参考电压,它不直接作为DG的指令电压,而是减去DG输出电流在虚拟电抗上的压降作为DG指令电压。结合图3,Vref(s)对应M点,引入虚拟电抗后只能说明M点注入功率Pξ和Qξ(即虚拟功率)可通过下垂控制实现解耦。N点功率P和Q是否可直接通过M点电压和频率的下垂控制实现解耦需要理论证明,而文献[8]和文献[12]未对该问题进行任何说明。
由于不是要控制虚拟功率,而是控制P和Q,因此需要建立P和Q与Vref之间的直接联系。
本文从另一个角度研究了基于虚拟阻抗的微电网独立运行控制方法,原理如下。
如图4所示,DG与母线间的线路阻抗ZL=R+jX呈阻性,将原系统等效,移除DG,引入一个虚拟发电机,它通过虚拟电抗Xξ=ωLξ连接B点。如果|Xξ|>>|ZL|,则虚拟发电机与母线间的阻抗将呈感性,如果对虚拟发电机使用下垂控制,无疑可以实现Pξ和Qξ的解耦控制。显然Pξ=P,由于B点注入的P和Q等于DG输出的有功功率和无功功率,因此调节虚拟发电机的功角δξ可以实现对DG输出有功功率的解耦控制。
需要进一步阐明2个问题:(1)是否可以通过虚拟发电机电压幅值Eξ的下垂控制来实现B点无功功率Q(即DG注入系统的无功功率)的解耦控制;(2)虚拟发电机是一个并不存在的点,如何对其电压进行控制。
对于第1个问题,结合图4,假设Xξ取得足够大,则
由式(7)可知,可以通过调节虚拟发电机电压幅值实现DG注入系统无功功率Q的解耦控制。
对于第2个问题,利用下垂法求得虚拟发电机的电压指令值后,再减去虚拟电抗上的压降,得B点电压;在计算电压降过程中,为保证等效系统和原系统的等同性,其线路电流必须使用DG的输出电流。而原系统DG的电压又和等效系统B点电压相等,因此控制DG的输出电压跟踪B点电压,就可以间接实现对虚拟发电机端电压的控制,数学表达如下:
2πfξ(t)积分得δξ,再和Eξ(t)合成虚拟发电机的瞬时值eξ,则DG电压瞬时指令值为:
ωc/(s+ωc)是为抑制高频噪声而加入的低通滤波器。在DG输出电压完全跟踪指令电压的情况下,上述方法是可行的。但实际上DG的电压跟踪有一定误差,下面分析这种误差产生的影响。
忽略低通滤波器,根据式(1)有:
因此,只要选取合适的电压、电流环控制参数,使G(s)尽量等于1,Z(s)尽量等于0,就可取得较好效果,在最理想的情况下,
相当于在虚拟发电机与并网母线之间串入电抗Lξ,只要Lξ取得相对较大,就可确保线路的感性,从而取得较好的P和Q解耦控制效果。
结合图4,DG电压与B点电压相对应,而虚拟发电机电压与C点电压相对应,显然,虚拟发电机的电压额定值需要计入虚拟阻抗的影响,则
当DG输出最大无功功率Qmax时,EDG达到最小值EDGmin;当DG输出最小无功功率Qmin时,EDG达到最大值EDGmax。Eξ的额定值需要同时考虑这2种情况下的电压变化要求,本文取为
文献[8]和文献[12]未意识到电压额定值需要依据虚拟阻抗进行调整,这将导致在较大虚拟阻抗情况下,DG实际输出电压幅值有较大偏离。
引入虚拟电抗后,可以削弱电阻R的影响,Xξ越大,R的影响越弱,下垂控制效果越好。但Xξ会使DG输出的功率极限下降,也会降低DG输出电压的质量,选择虚拟电抗时需综合考虑上述因素。
需要说明的是,如果引入的虚拟阻抗是其他性质(如电阻),仍然可以按类似原理进行分析。
3 仿真分析
利用MATLAB建立了仿真模型。仿真包括两大部分:(1)仿真文献[11]方法,通过参数设计使DG输出阻抗在基频段呈感性,验证其效果;(2)仿真本文所述改进虚拟阻抗法,验证其功率解耦效果。
仿真系统如图5所示,由2个DG组成,线电压为380V,线路1和线路2的长度皆为200m,线路参数r=0.641Ω/km,x=0.101Ω/km,负荷阻抗ZLD1=500+j3.14,ZLD2=200+j3.14,ZLD3=ZLD4=30+j12.56(电阻与电抗串联,电抗值皆为工频值)。
2个DG的电压跟踪器参数相同,即直流侧电压800V,滤波电感0.6 mH,滤波电容1 500μF,KVp和KVi分别为10和100,KCp为5。
为了使效果更加明显,特意设置m1P=4×10-5,m2P=8×10-5,m1Q=m2Q=3×10-5。DG1和DG2的额定有功功率和无功功率分别为P1*=P2*=0,Q1*=Q2*=0。负荷阻抗ZLD4在t=0.4s时投入,开关频率fc=6kHz,虚拟电抗滤波器ωc=4 710rad/s。
3.1 文献[11]方法仿真分析
文献[11]方法的仿真结果如图6所示。其中,P1,P2,Q1,Q2,VDG1,VDG2分别为DG1和DG2的有功功率、无功功率、输出电压。
由图6(a)可知,虽然线路阻抗呈阻性,但微电网仍然能达到稳定,此时P1∶P2=2∶1;0.4s时,ZLD4投入,经过一段时间后,微电网再次达到稳定,DG1和DG2按比例共同承担新增负荷,此时仍然有P1∶P2=2∶1。这一点是显而易见的,因为整个微电网的频率是统一的,即f1=f2,根据式(8),结合P1*=P2*=0,则m1PP1=f*-f1=f*-f2=m2PP2,即DG1和DG2按照P-f下垂系数的反比承担负荷。
由图6(b)可知,在运行过程中出现了如下严重后果:DG2发出无功功率,DG1吸收无功功率,而且二者的有功差别增加后,这种情况更加突出。这种现象的原因,上文已有初步分析,现在进一步探讨如下:由于本地负荷相对较小,忽略其影响,P1>P2,导致sinδ1>sinδ2,而线路的R较大,对于DG1,式(3)中的第2项大于第1项,所以Q1<0,而DG2的情况与此相反,所以Q2>0。
仿真过程中采用的电压跟踪器控制参数和文献[11]完全相同,Z(s)在基频段呈感性,但是P与Q之间仍然存在强耦合,振荡较强,这验证了文献[11]方法的不足。
图6(c)和(d)分别是DG1和DG2的输出电压,可以看出,在负荷变动过程中,电压变化较小。
3.2 改进虚拟阻抗法仿真分析
DG1和DG2对应的虚拟发电机额定电压幅值不采用220,而依据虚拟电抗调整为315.5V,虚拟电抗都取3mH。仿真结果如图7所示。
由图7(a)可知,由于f的“媒介”作用,DG1和DG2输出的有功功率严格按1∶2的比例分配。由图7(b)可知,采用虚拟电抗后,避免了一个DG发出无功功率、一个DG吸收无功功率的情况。虽然m1Q∶m2Q=1∶1,但Q1∶Q2≠1∶1,其原因是:微电网中各个DG的输出电压有差别,无法起到“媒介”作用,所以仅利用Q-V下垂控制,无法实现DG输出无功功率按下垂率的反比分配,即使在线路为纯感性的情况下也是如此;此外,还有本地无功负荷的影响,文献[12]对此有分析。
由图7可知,采用虚拟电抗后,振荡也比传统方法弱。
4 结语
本文引入虚拟电抗和虚拟发电机,使线路呈感性。通过对虚拟发电机进行下垂控制,从而实现DG输出有功功率和无功功率的控制,完全明确了虚拟阻抗在功率解耦过程中的作用机理,也指出了引入虚拟阻抗后,指令电压额定值需作相应调整并提供了调整方法。
胃下垂是怎么回事？ 篇9
答：胃下垂，顾名思义是指胃的正常位置下移了。正常人的胃在体内的位置是相对固定的，在上腹腔，下缘应在体表的肚脐水平。可是患有胃下垂的人胃所在的位置就会明显下移，病情严重者的胃会从上腹部移至下腹部，下缘可达骨盆，甚至还可进入骨盆腔内。
健康人胃的上下两端与韧带相连接，并与腹膜后的十二指肠降部黏着固定，有膈肌悬吊，腹肌和腹内压支撑，因此比较固定。倘若固定胃的韧带松弛、腹肌力量减弱，膈肌悬吊力不足以及腹内压下降等因素存在时，胃下垂便可发生。比如老年人的脏器功能出现生理性衰退，与胃固定相关的韧带松弛等因素便可相继出现。在上述因素的基础上，如饮食丰厚不节、过度饱餐、食物冷热不拘以及劳累过度等，就更易诱发胃下垂，或加重原来的胃下垂。
胃下垂时胃的生理蠕动减慢或消失，食物排空时间延长，食物长时间在胃内滞留，以及胃分泌消化液的功能降低，均可导致消化食物的能力减弱，从而出现一系列胃肠道症状，如上腹不适、隐痛或剧痛（无固定的疼痛点和节律性）、胃脘饱胀感、厌食、消化不良、恶心、呕吐、嗳气、呃逆（打嗝）、便秘、腹泻或便秘腹泻交替出现等。上述症状在餐后或长久站立时加重，餐后卧床则可减轻或不出现。其他伴随症状还有站立性昏厥、眩晕、乏力、心慌、失眠、多梦和直立性低血压等。
胃下垂好发于老年人、瘦长体型者、经产妇、因病长期卧床少活动者、患慢性消耗性疾病而体质虚弱以及先天性胃下垂者。胃下垂常与其他脏器如肝、脾，肾下垂并存。
下垂控制 篇10
微电网作为一个大小可以改变的智能负载, 为本地电力系统提供了可调度负荷, 可以在数秒内做出响应以满足系统需要, 适时向大电网提供有力支撑;可以在维修系统同时不影响客户的负荷;可以减轻 (延长) 配电网更新换代 ;同时 , 可作为一个可定制的电源 , 可以满足用户多样化的需求, 提高负载电压供电可靠性。本文针对组成微网的分布式电源间并联运行的控制展开了研究工作, 研究了多个分布式电源的并行控制策略, 提出了多种控制策略, 经过相互比较, 选定一种易于实现控制的P-f和Q-V下垂控制策略, 设计了相应的控制器进行仿真, 验证了P-f和Q-V下垂控制的正确性与可行性。
1 下垂控制
为了更简单的控制分布式电源的接口逆变器, 使不同类型分布式电源形成微网, 一种常见的方法是模拟传统发电机的控制系统, 设计控制器使分布式电源的接口逆变器按照下垂特性曲线运行。常见的分布式电源接口逆变器控制方法分为恒功率控制、下垂控制和恒压恒频控制。本文采用的控制方法是下垂控制。
常用的分布式电源接口逆变器的下垂控制原理如图1所示, 它利用分布式电源输出有功功率和频率呈线性关系而无功功率和电压幅值成线性关系的原理而进行控制。例如, 当分布式电源输出有功和无功功率分别增加时, 分布式电源的运行点由A点向B点移动。该控制方法由于其具有不需要分布式电源之间通信联系就能实施对整个微网系统控制的潜力, 所以一般用于对等策略中的分布式电源接口逆变器的控制。
2 外环控制器的设计
本文外环为功率控制器, 采用下垂特性, 通过调节有功功率调节系统频率和无功功率调节电压幅值。分布式电源向微网输出的有功功率和无功功率分别为:
由式 (1) 可知, 分布式电源输出的有功功率与电压矢量间功角差δp成线性关系 , 无功功率与逆变器电压的幅值V成线性关系。因此 , 针对分布式电源输出的功率控制, 逆变器可采用模拟传统同步发电机控制特性的P-f下垂特性与Q-V下垂特性的控制方法, 对分布式电源输出功率进行灵活控制。
多环反馈控制器中的外环控制器即下垂控制器主要是为实现多个分布式电源无通信联系的负荷功率共享。式 (2) 表达了图2所示有功功率和频率的关系无功功率和电压的关系
式中ω、ωref、P、Pref、V、Vn、Q、m和n分别表示系统的频率、参考频率、分布式电源输出的有功功率、分布式电源参考功率、分布式电源输出电压幅值, 输出电压参考幅值、分布式电源输出的无功功率、P-f下垂增益和Q-V下垂增益。
在工频fN=50Hz下 , 分布式电源输出的额定有功功率为Pref, 分布式电源输出的无功为0时, 其输出的电压幅值均为Vn。由于微网并网运行时各分布式电源的输出频率, 即可确定下垂增益。本文设计的下垂控制器m=0.00001, n=0.0005, 频率变化的范围为±2%, 电压幅值的变化范围为±5%。Matlab设计下垂控制如图3所示, 图中Pref、Qref、P、Q分别表示分布式电源的参考有功功率、参考无功功率, 输出有功功率和无功功率, Vref、Fref分别表示分布式电源的参考频率和参考电压幅值, m、n分别表示P-f下垂增益和Q-V下垂增益。
3 内环控制器的设计
通过设计P-f和Q-V多环反馈控制器中内环控制器可以减少负荷扰动对接口逆变器输出电压的影响, 保证逆变器输出端口电压等于外环控制器的参考电压。同时通过对内环控制器参数的设计, 使逆变器闭环输出阻抗城感性, 可减少传输的有功和无功控制受线路阻抗影响的耦合程度。
通过外环功率控制器产生内环控制器的参考电压, 内环为电压和电流控制器, 电压控制器采用PI控制器主要起稳定接口逆变器输出端口作用, 而电流控制器采用比例控制器主要为提高响应速度, 如图4所示。
若忽略滤波电阻Rf (值很小) , 则滤波电感电压方程为 :
Iinv表示逆变器输出电流矢量Iinv=[iinvaiinvbiinvc]T;
Vo示逆变器输出电压矢量。
相应滤波电容的电流方程为:
式中:If表示流向微网的电流矢量。
根据式 (3) ~ (4) , 设计内双环控制器如图所示, 其外环为电压控制器, 内环为电流控制器。由于电压控制器的主要目的是稳定逆变器输出端口电压, 为了使负载电压稳态误差为0, 采用PI控制器, 图4中Kvp为比例系数, Kvi为积分系数。电流控制器的主要目的是提高系统的动态响应速度, 所以采用比例控制器K。
当Kvp时, Kvp越小逆变器的输出阻抗在50Hz处越呈阻性;当Kvp<1时, 其50Hz处输出阻抗呈感性, Kvp越大其感性阻抗的频带越宽。但由于高频段输出阻抗呈阻性能有效抑制谐波, 所以应该选择使50Hz处输出阻抗呈感性。积分参数越大输出阻抗越呈阻性。当Kvi=1时 , 50Hz处输出阻抗为感性阻抗, 但当Kvi=5000时 , 50Hz处输出阻抗完全为阻性阻抗。同样, 为了抑制高频段的谐波, 应选择使50Hz处输出阻抗呈感性, 使高频段输出阻抗呈阻性的控制器参数Kvi。取Kvp=10, Kvi=100, 保证了50Hz处输出阻抗呈感性, 同时高频段输出阻抗呈阻性。
4 仿真验证
本文采用Matlab仿真验证所设计的多环反馈控制器, 系统外环功率控制环采用P~f和Q~V下垂控制, 通过此控制器产生内环控制器的参考电压, 内环为电压和电流控制器, 电压控制器采用PI控制器主要起稳定接口逆变器输出端口电压作用, 而电流控制器采用P控制器主要是为了提高响应。
在工频fn=50Hz的工作条件下 , 逆变器输出的电压和电流的波形如图5所示。内环控制器将控制分布式电源输出端口的电压幅值和相角在稳态时等于外环下垂控制器产生的参考电压幅值和相角, 电压环的PI控制器将使电压相角在稳态时与外环下垂控制器产生的参考电压相角相同, 动态变化会有轻微不同。
内环控制器可以减少负荷扰动对接口逆变器输出电压的影响, 保证逆变器输出电压等于外环控制器的参考电压。
在设计好的多环反馈控制器的主电路中加入一个断路器和一个相同的负载, 在t=0.3s时逆变器输出的电压减小, 在t=0.7s时, 断路器打开, 切掉另一个负荷, 逆变器输出电压恢复。逆变器输出的电压和电流的波形如图6所示。图7所示为有负载变化时功率控制器输出的功率和电压波形, 图8所示为有负载变化时功率控制器的频率和电压幅值, 仿真结果说明本文设计的多环反馈控制器能够保证系统的供电可靠性和运行稳定性。
5 结论
本文利用下垂特性对微网中的微型源进行了多环反馈控制器的设计研究。外环功率控制器主要是为实验多个分布式电源无通信联系的负荷功率共享 , 内环控制器的主要目的是改善以电力电子接口的分布式电源的控制性能。此多环反馈控制器设计简单, 实用有效, 为硬件实施提供可能性。仿真结果证明了控制方法的合理性和有效性。
参考文献
[1]鲁宗相, 王彩霞, 闵勇, 周双喜, 吕金祥, 王云波.微电网研究综述[J].电力系统自动化, 2007, 19:100-107.
[2]赵宏伟, 吴涛涛.基于分布式电源的微网技术[J].电力系统及其自动化学报, 2008, 01:121-128.
[3]罗建中.分布式微型电网并网研究[D].湖南大学, 2009.
[4]张玲, 王伟, 盛银波.基于清洁能源发电系统的微网技术[J].电网与清洁能源, 2009, 01:40-43.
[5]王鹤, 李国庆.含多种分布式电源的微电网控制策略[J].电力自动化设备, 2012, 05:19-23.
[6]肖朝霞.微网控制及运行特性分析[D].天津大学, 2009.
[7]Y.Li and M.Viathgamuwa.Design, analysis, and real-time testing of a controller for multi-bus Micro Grid system[J].IEEE Transactions on Power Electronics, 2004, 19 (05) :1195-1204.
[8]Benjamin Kroposki, Robert Lasseter, et al.A Look at Microgrid Technologies and Testing, Projects from Around the World[J].IEEE power and energy magazine, 2008.