孤立微网功率补偿控制策略研究

引言

微电网系统在孤岛运行模式下,微电网中的负荷功率应由并联DG单元根据各自的功率容量精确分配,然而,由于DG单元与直流母线之间的馈线阻抗不匹配、本地负荷不一致等因素的影响,功率无法准确共享,甚至会导致严重的无功循环,影响整个系统的功率平衡,从而导致出现大面积的停电。为了解决功率分配问题,本文提出了一种基于改进型下垂控制的孤立微网功率分配误差补偿控制策略,通过在传统的有功一电压下垂控制中叠加一个补偿项,来提高DG单元之间的功率分配精度。最后,通过在Matlab/simulink中进行仿真,验证了该控制策略的正确性。

1传统下垂控制方法的分析与改进

传统的阻性下垂控制下,低压微电网系统的控制方程为:

式中,Vdci为第i组DG单元输出电压幅值:Vdc*为第i组DG单元直流输出额定电压:1i为相关的下垂控制系数。

稳态时要实现下垂控制中有功功率按照相应的下垂系数合理分配,下垂系数满足:

在实际微电网系统中馈线阻抗大小不一、本地负荷不一致等因素导致各DG单元之间的功率出力并不均匀。图1为单台DG装置的直流微电网系统等效模型。

不考虑逆变器等效阻抗的情况下,通过馈线产生传输有功功率表达式:

根据单台DG装置的直流微电网系统等效模型图可得出相关的有功功率关系:

结合式(1)、(3)、(4)可得两个DG单元之间的有功功率偏差。本文忽略本地负荷及公共端电压的影响,可得到馈线阻抗差异与DG单元有功功率偏差的关系式:

从式(5)可得出:由于两组DG单元馈线阻抗不同,从而提供的有功功率存在差异APdc1-2,导致负荷分配精度降低。

本文提出了在自适应下垂特性下孤岛运行的微网功率分配误差补偿控制策略。通过在传统的有功一电压下垂控制中叠加一个补偿项,实现孤岛运行的DG单元之间的功率精确分配。式(1)的有功一电压下垂控制表达式修改为:

式中,mi为补偿系数,表示对传统下垂曲线的修正。

2仿真及实验分析

利用Matlab/simulink对改进型下垂控制下的孤立微网功率分配误差补偿控制策略进行了验证。仿真过程:0~0.4s,微电网系统运行于初始状态:1=0.4s时,本地负荷不变,直流母线上的公共负荷有功功率从54kw突增到150kw,微电网系统进入另一个运行状态。

从图2可知,在传统的阻性下垂控制下,由于两个单元的馈线阻抗不同,DG单元提供的负荷功率有偏差,在0.4s前,DG1、DG2分别提供23kw、28kw,0.4s后DG1、DG2分别提供72kw、80kw。因此,导致两DG单元之间存在环流,降低了线路输电效率。

图3为采用本文所提供的改进型下垂控制策略后DG单元的功率分配结果。由图可知,0.4s前,DG1和DG2各提供27kw的有功功率:0.4s后,DG1和DG2各提供75kw的有功功率。DG1、DG2单元所提供的功率一致,实现了功率的精确分配。

3结语

本文研究了在孤立微电网系统中并联DG单元的有功功率精确匹配的问题,提出了一种孤立微网功率补偿控制策略,在阻性下垂控制下,在传统的电压一有功的下垂方程中叠加一个补偿项,以提高功率分配的精度。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提策略的可靠性和正确性。