【《基于虚拟复阻抗控制的功率分配分析案例》2900字】

基于虚拟复阻抗控制的功率分配分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u6597基于虚拟复阻抗控制的功率分配分析案例 1121051.1.1虚拟复阻抗对逆变器等效输出阻抗的影响 1181021.1.2虚拟复阻抗对功率分配精度的影响 3300631.1.3虚拟复阻抗法功率分配仿真 4虚拟复阻抗对逆变器等效输出阻抗的影响(1)未加入虚拟复阻抗的逆变器等效输出阻抗VSG控制系统中内环控制采用电压电流双闭环控制。由图2-3可推导出电压电流环的传递函数： (4-25)式中，表示输出电压跟踪输出电压参考值的能力，表示电压电流双闭环的等效输出阻抗；忽略系统采样环节所带来的时间延迟，和的表达式为： (4-26) (4-27)式中，为电压环参考电压到输出电压的增益传递函数，为逆变器等效输出阻抗，增益传递函数和输出阻抗传递函数特性均和双闭环的控制参数相关。通过对控制参数的设计使增益传递函数在工频处幅值为1，相位为0°。通过对双闭环控制参数的设计，可以改变工频处逆变器内等效的输出阻抗的阻感性，进而改变系统内等效的输出阻抗的阻感比，提高下垂控制精度和功率的分配精度ADDINNE.Ref.{1A078929-FFD5-45A2-AB1D-87841E9AA93B}[38]。系统内等效的输出阻抗由逆变器内等效的输出阻抗和线路的阻抗组成，逆变器内等效的输出阻抗很小，当线路的阻性分量较大时，通过调节双闭环参数来调节系统内等效的输出阻抗阻感比的能力非常有限。(2)虚拟复阻抗环对逆变器等效输出阻抗的影响考虑到通过调节双闭环控制参数来对逆变器内等效输出阻抗进行调节具有很大的限制和局限性，在VSG控制系统中通过添加虚拟复阻抗来调节系统内等效的输出阻抗阻感比，从而有效提高下垂控制的精度，实现输出功率的精确分配。在电压电流双闭环控制系统添加虚拟阻抗环后内环的三环控制系统控制框图如图4-2所示：图4-2三环控制结构框图由图4-2可得，加入虚拟阻抗环后系统的传递函数： (4-28)将上式带入式(4-25)得： (4-29)加入虚拟阻抗后逆变器等效输出阻抗为： (4-30)先分析虚拟负电阻加入后逆变器在工频处等效的输出阻抗的阻感性。，取值为时，逆变器在工频处等效的输出阻抗的伯德图如图4-3所示。由图可以看出，在系统中引入虚拟负电阻前，输出阻抗在工频处幅值很小，幅值近似为0，相角为90°，呈感性。引入虚拟负电阻后，随着虚拟负电阻值的增加，输出阻抗值也逐渐增大，相位处于第二象限，逐渐靠近180°。图4-3加入虚拟负电阻前后逆变器等效输出阻抗伯德图接下来分析虚拟正电感加入后逆变器在工频处等效的输出阻抗的阻感性。令，分别取、、时、，逆变器在工频处等效的输出阻抗的伯德图如图4-4所示。虚拟电感增大时，输出阻抗幅值随之增大，当时，，这与加入的虚拟复阻抗近似相等。图4-4加入虚拟复阻抗后逆变器等效输出阻抗伯德图综上，通过对电压电流双闭环控制参数进行整定来调节逆变器等效输出阻抗的阻感性的方法非常受限，引入虚拟复阻抗可大范围调节逆变器等效输出阻抗的阻感性，实现功率解耦。引入虚拟复阻抗后系统内等效的输出阻抗为： (4-31)虚拟复阻抗对功率分配精度的影响在微电网系统中频率为全局变量，在VSG控制策略下只需满足有功下垂系数、转动惯量、阻尼系数匹配逆变器容量就能够使得有功功率合理分配。无功功率分配误差取决于公共母线电压、线路阻抗差和无功下垂系数，线路阻抗差异是导致无功功率不能均匀分配的一个重要原因ADDINNE.Ref.{C50A4189-1EDC-43F7-99E7-B357E5D89510}[56]。如果不考虑线路阻抗的差异性，只需满足无功下垂系数与逆变器容量成比例分配就可实现功率均分。但是在实际工程中，总是存在逆变器地理位置的差异、数值计算误差、干扰、参数偏移等问题，线路阻抗差的存在在所难免。在传统的修正下垂方法中，通过调节下垂系数来提高无功功率分配的精度ADDINNE.Ref.{78A295D4-B346-482A-8173-52037DDCAC4A}[57,58]，但这种方法降低了微电网的稳定性和并网电压质量，因此改善线路阻抗差可以有效改善无功功率分配误差。加入虚拟复阻抗可提高输出无功功率的分配精度。加入的虚拟负电阻可以降低系统内等效的输出阻抗的阻性，加入的虚拟正电感可增大系统内等效的输出阻抗的感性，提高了下垂控制的精度。并且由于加入的虚拟电抗远大于线路电抗，所以系统等效输出阻抗近似等于虚拟电抗，此时逆变器容量与虚拟电感成反比关系就可实现输出无功功率的均分分配。虚拟复阻抗匹配如图4-5所示。图中，为加入的虚拟复阻抗，为加入虚拟复阻抗后逆变器等效输出阻抗，依据电路基本定律，由于虚拟电抗值远大于线路电抗值，虚拟电抗上产生的电压较大从而使得母线电压下降。图4-5虚拟复阻抗匹配图令虚拟负电阻值等于线路电阻值，虚拟电抗远大于线路电抗，使虚拟电抗与逆变器容量近似匹配，此时输出无功功率均分条件为： (4-32)虚拟复阻抗法功率分配仿真低压微电网下逆变器传输线路阻抗成阻感特性以及线路阻抗不匹配时都会影响无功功率的均匀分配，采用虚拟复阻抗控制首先可以改善等效输出阻抗的阻感比，提高下垂控制精度。另外，当线路阻抗与逆变器容量不匹配时，虚拟复阻抗的引入使得系统等效输出阻抗与逆变器容量近似成比例，从而提高无功功率分配精度，但同时也会影响逆变器输出电压质量。基于上述理论分析，利用Matlab/Simulink搭建两台逆变器并联运行模型，进行理论仿真研究。以两台DG并联为例，假设DG1和DG2的容量之比为2:1，线路阻抗之比为。依据VSG控制下功率分配均分条件，下垂系数、转动惯量、阻尼系数分别与逆变器容量成比例。设置负荷突变工况，仿真时间设置为1.5s。输出有功功率和无功功率如图4-6所示。(a)DG输出有功功率(b)DG输出无功功率图4-6线路阻抗匹配时DG输出功率由图4-6可知，负荷突变前，DG1和DG2输出有功功率分别为和，输出无功功率分别为和；负荷突变后，输出有功功率分别为和，输出无功功率分别为和，负荷突变前后有功和无功之比均为。由上述数据分析可知，当线路阻抗与逆变器容量成反比时，有功功率和无功功率按比例分配。下面对线路阻抗与逆变器容量不匹配时采用虚拟复阻抗控制后DG输出功率分配情况进行仿真研究。假设DG容量之比为，线路电阻，线路电抗分别为，虚拟负电阻为，虚拟电感为。采用虚拟复阻抗控制前后DG输出有功功率和无功功率的分配情况分别如图4-7和图4-8所示。(a)未采用虚拟复阻抗控制(b)虚拟复阻抗控制图4-7采用虚拟复阻抗控制前后DG输出有功功率图4-7为DG输出有功功率情况，负荷突变前，未采用虚拟复阻抗控制时DG1和DG2输出有功功率之比，采用虚拟复阻抗控制后输出有功功率之比为；负荷突变后，采用虚拟复阻抗控制前后输出有功功率之比分别为和。由上述数据分析可知，采用虚拟复阻抗控制后实现有功和无功解耦，提高了下垂控制精度。(a)未采用虚拟复阻抗控制(b)虚拟复阻抗控制图4-8采用虚拟复阻抗控制前后DG输出无功功率图4-8为DG输出无功功率情况，负荷突变前，未采用虚拟复阻抗控制时DG1和DG2输出无功功率之比，采用虚拟复阻抗控制后输出无功功率之比为；负荷突变后，采用虚拟阻抗控制前后输出无功功率之比分别为和。由以上述数据分析可知，虚拟复阻抗控制提高了线路阻抗不匹配时DG输出无功功率的分配精度。采用虚拟复阻抗控制前后母线电压情况如图4-9所示。(a)未采用虚拟复阻抗控制(b)采用虚拟复阻抗控制图4-9采用虚拟复阻抗前后母线电压由图4-9可知