【《基于PI控制的微网控制策略分析案例》3500字】

第第页基于PI控制的微网控制策略分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u13041基于PI控制的微网控制策略分析案例 1280171.1微电网电力模型 1187261.2基于PI控制器的微网孤岛运行恒压控制 2270342.1.1基于PI控制器的微网孤岛运行恒压控制策略 2117581.2.2基于PI控制器的微网孤岛运行恒压控制仿真分析 4283071.3基于PI控制器的微网并网运行恒功率控制 6183581.3.1瞬时功率理论 6243981.3.2基于PI控制器的微网并网运行恒功率控制策略 748471.3.3基于PI控制器的微网并网运行恒功率控制仿真分析 8本章先对微网孤岛运行的数学模型进行分析，接下来对控制器进行设计，选择恒压控制策略,根据原理做出仿真模型，并用PI控制器对电压进行控制。然后在matlab/sinmulink中搭建仿真模型，分析所设计PI控制器在孤岛模式下对电压的控制效果。并通过改变负荷电阻来验证所设计PI控制器的鲁棒性。接着对微网并网运行的数学模型进行分析，选择恒功率控制策略,根据原理做出仿真模型，并用PI控制器对功率进行控制，然后在matlab/sinmulink中搭建仿真模型，验证所设计PI控制器在并网模式下对功率的控制效果，1.1微电网电力模型微电网由光伏阵列、风电等经升压器件后作为电源、IGBT管以及滤波电感滤波电容等构成的逆变装置、功率负载、储能设施等等所构成的发电系统，同时能够采用出色的控制算法来对系统实现较为理想的优化控制。微电网中，光伏、风能等分布式发电单元组成微电网供电电源部分，其负载可能包括商业或家居的一级负荷、二级负荷以及三级负荷。当微网处于并网运行模式时，利用连接装置并入电网，倘若电网出现故障，连接装置能够断开微电网与大电网之间连接，从而使微电网逐渐过渡到孤岛运行模式，不影响给内部的负载供电。本文采用如图1.1所示的微电网电力模型。图1.1微电网电力模型在图1.1表示的微电网电力模型中，PCC上的一个开关将微电网与电力电网隔离。孤岛系统由基于逆变器的分布式电源通过串联滤波器和升压变压器提供负载。直流电压源表示发电机组，和表示串联滤波器。一个由三相并联RLC网络建模的局部负载连接在PCC上。表示负荷电容，表示负荷电阻，与分别表示负荷电感以及对应的电阻。1.2基于PI控制器的微网孤岛运行恒压控制2.1.1基于PI控制器的微网孤岛运行恒压控制策略为了保持逆变器输出电压和微电网频率的稳定，采用PI双环控制对逆变器进行控制来确保系统能稳定工作。让变换后的参考矢量电压信号与实际电压值进行比较，进而进行双环控制。根据图1.1表示的微电网电力模型，由基尔霍夫电压电流定律可得：（2-1（2-1）Vtabc是逆变器的三相输出电压，Itabc是逆变器的输出电流，Lt，Rt是滤波电感与滤波电阻，Vabc是负荷侧电压，ILabc是负荷电感支路电流，R是负荷电阻，（2-2（2-2）itd,itq是Itabc的dq旋转坐标轴分量，utd,utq派克变换中选取d轴与电压矢量同方向，则可以使得q轴电压分量为零，此时(2-2)式变为（2-3（2-3）根据式（2-3）设计的逆变器恒压控制的电路结构如图1.2所示。是三相并网逆变器交流侧输出电流，是交流输出电流经过Park变换到两相旋转dq坐标系中的量。是三相并网逆变器交流侧输出电压，交流输出电压经过Park变换到两相旋转dq坐标系中的量。图1.2基于PI控制的恒压控制结构图该控制策略的核心是用PI控制器逆变器输出电压进行调节。对静止坐标下的交流量进行控制比较困难，而在旋转坐标下的直流量则较为容易控制，所以将三相逆变器输出电压与电流经过Park变换，这样就能得到直流量。利用PI控制模块来确保微电网输出电压的稳定性，实际输出电压vd,vq与参考输出电压vdref,vqref的差值经过PI控制器后得到输出值，然后将其与逆变器交流侧经过Park变换的输出电流进行比较，然后将它们的误差输入PI控制器，得到的值接着与Park变换后的并网前馈电压vd,vq与电压耦合项进行比较，这样就得到了两相旋转dq坐标系下的电压，再经过反Park变换，得到三相abc坐标系下的电压，再经过脉宽调制模块生成PWM调制波，从而决定IGBT功率管的通断时间，然后驱动开关管来让PCC点电压保持恒定。1.2.2基于PI控制器的微网孤岛运行恒压控制仿真分析根据提出的微电网电力模型与微网孤岛运行恒压控制策略，在Matlab／Simulink中搭建的控制模型，其仿真参数为：直流源电压，额定电压低压侧，高压侧，滤波电感，电阻，额定负载电阻，额定负载电感额定负载电感电阻，额定负载电容，系统主电路模型如图1.3所示。图1.3微网孤岛运行主电路模型1.2.1.1模型仿真结果及分析用设计的PI恒压控制器对搭建的主电路模型进行恒压控制，控制效果如图2.4所示图2.4逆变器输出电压纵坐标选取是逆变器输出电压的标幺值，由图可以看出所设计的双环PI控制器对电压有着良好的控制效果，可以使逆变器输出电压较好地跟踪参考值。1.2.1.2控制器鲁棒性验证实验仿真结果及分析为验证所设计的PI控制器的鲁棒性，在0.3秒时突然增加相同大小的负荷电阻，即并入的负荷电阻，并在0.6秒时突然切除增加的负荷电阻，探究逆变器输出电压对参考值的跟踪效果。图2.5负荷变化时逆变器输出电压从图2.5可以看出，在0.3秒突然加入负荷时，逆变器瞬时输出电压减小，电压经过波动后稳定到参考值，在0.6秒突然切除负荷时，逆变器瞬时输出电压增大，电压经过波动后稳定到参考值，可以看出逆变器输出电压对参考值追踪效果良好，证明了所设计的PI控制器的鲁棒性。1.3基于PI控制器的微网并网运行恒功率控制1.3.1瞬时功率理论有功、无功平均值是传统功率理论的基础，而这样局限传统功率理论只可以在电压和电流均为正弦波时才可以使用。为了解决这一问题，日本科学家赤木泰文(Akagi．H)于1983年提出了瞬时功率理论，该理论以电压电流的瞬时值为基础，在适用于正弦波电路时同样还适用于非正弦电路、平衡电路以及不平衡电路。后来，随着该理论的飞速发展，在此基础上又出现了瞬时有功、无功电流等，而且很好地应用在了很多工程技术中，也取得了一定的成果。瞬时功率的计算是基于坐标量变换，通过检测输出电压和电流然后利用派克坐标变换模块将三相电压和电流变换变成直流量分量，这样分别得到了以及从而方便计算功率。坐标系下，逆变器输出的瞬时功率为：（2-4）当逆变器输出电压为参考输出电压，输出电流为参考输出电流时，得到的是参考有功功率与参考无功功率，如式（2-9）所示（2-5）1.3.2基于PI控制器的微网并网运行恒功率控制策略如果派克变化中选取d轴与电压矢量同方向，可以使得q轴电压分量为零。此时，功率输出表达式可以得到简化，有功功率仅与d轴有功电流有关，而无功功率仅与q轴无功电流有关，此时功率输出表达式得到解耦，即式（2-4）变为：（2-6）从而可以通过功率参考值和微电网交流侧电压值计算得到电流参考值，如式（2-7）所示，这种控制是一种简化的恒功率控制模式。（2-7）根据式（2-3）与式（4-2）可以设计如图4.1所示的PQ控制器，这一控制器的电流控制部分与图1.2给出的内环控制器思路一致。图2.6基于PI控制的恒功率控制结构图该控制策略的核心是对PI控制器参数进行调节。对于静止坐标下的交流量进行控制比较困难，而在旋转坐标下的直流量则较为容易控制，所以将三相逆变器输出电压与电流经过Park变换，对得到的直流量进行控制。根据给定的有功功率与无功功率与实际输出电压vd,计算得到输出值，接着将其与逆变器交流侧经过Park变换的输出电流进行比较，然后将它们的误差输入PI控制器，得到的值接着与Park变换后的并网前馈电压vd,vq与电压耦合项进行比较，由此可得两相旋转dq坐标系下的电压，再经过反Park变换，得到三相abc坐标系下的电压，再经过脉宽调制模块生成PWM调制波，从而决定IGBT功率管的通断时间，然后驱动开关管来让维持逆变器输出功率的恒定。1.3.3基于PI控制器的微网并网运行恒功率控制仿真分析根据提出的微电网电力模型与微网并网运行恒功率控制策略，在Matlab／Simulink中搭建的控制模型，其仿真参数为：直流源电压，额定电压低压侧，高压侧，滤波电感，电阻，额定负载电阻，额定负载电感额定负载电感电阻，额定负载电容，三相电压源,系统主电路模型如图2.7所示。图2.7微网并网运行主电路模型图2.7的主电路模型中，断路器在0.3秒时闭合，突然增加大小为的负荷电阻，并在0.6秒时断开，突然切除增加的负荷电阻，探究所设计的PI控制器对逆变器并网功率的控制效果。图2.8微网并网运行有功功率曲线给定参考功率,由图可