【海岛微电网下垂控制仿真验证分析案例4000字】

海岛微电网下垂控制仿真验证分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u32767海岛微电网下垂控制仿真验证分析案例 1188461.1仿真模型及基本参数 1156951.2传统下垂控制策略仿真 4151021.3加入虚拟阻抗的改进下垂控制策略仿真 662401.4基于解决电压跌落的改进控制策略仿真 868781.4.1基于自适应参考电压的改进控制策略仿真 8106641.4.2基于自适应虚拟阻抗的改进控制策略仿真 11184121.5小结 13前面已经讨论了需要加入虚拟阻抗来解决传统下垂控制策略在低压电网呈阻感性的不足，并针对加入虚拟阻抗后产生电压跌落的问题，提出了基于自适应参考电压和自适应虚拟阻抗两种解决办法。本章通过Matlab/Simulink软件搭建仿真模型并仿真验证两种解决办法能很好地解决电压跌落的问题。1.1仿真模型及基本参数传统下垂控制策略完整的仿真模型搭建如图1.1.1所示，其中包含的模块有功率计算、dq坐标转换、下垂控制计算、系统参考电压合成以及电压内环电流外环双环双闭环控制。图1.1.1完整的下垂控制器模型系统通过测量采集得到微电源逆变器输出的三相交流电压与输出三相交流电流值后，通过dq坐标变换得到输出电压和电流在dq坐标系下的值，再由公式计算得出微电网瞬时功率，然后经过系统中的二阶低通滤波器后计算出基频输出平均功率的大小。功率计算模块如图1.1.2所示，dq坐标变换如图1.1.3所示。图1.1.2功率计算模型图1.1.3坐标变换模型通过有功功率与角频率的下垂控制方程式计算，可以获得该系统的角频率，角频率经过时间积分转变为三相系统中的相角，将系统的参考电压幅值和经过积分得到的系统相角合成，得到系统的参考电压，然后通过dq坐标变换可以得出分解到d轴与q轴上的电压分量。下垂控制策略仿真模型如图1.1.4，系统参考电压合成仿真模型如图1.1.5所示。图1.1.4下垂控制仿真模型图1.1.5参考电压合成仿真模型电压外环电流内环的双闭环控制系统中，电压外环通过比例积分控制来保证输出电压的稳定。电流内环通过采用比例控制大大提高系统的稳定性，它的参考电流值输入值是电压外环控制器输出的电流，系统中电压外环电流内环的双环控制模块如图1.1.6所示。图1.1.6电压电流双环控制模块1.2传统下垂控制策略仿真海岛微电网中的微电源用直流电源等效代替。仿真时间为0.3s，其中系统带供初始负荷0，有功功率=15kW，无功功率Q0=0.5kVar，0.1s时刻投入负荷1，有功功率=10kW，无功功率Q0=3kVar，0.2s时刻投入负荷2，有功功率=10kW，无功功率Q0=3kVar，海岛微电网系统仿真参数设置见表1.2.1。表1.2.1海岛微电网系统仿真参数图1.2.1、1.2.2为传统下垂控制仿真有功功率和无功功率输出图形，从图5-7可知，系统带供初始负荷0运行时，系统输出的有功功率为1500W，无功功率为500Var，0.1S因负荷1的加入，有功功率增加到25000W，无功也增加为3500Var，0.2S因负荷2的加入，有功功率增加到35000W，无功也增加为6500Var以适应负荷的运行要求。图1.2.1传统下垂控制有功功率图1.2.2传统下垂控制无功功率从图1.2.3、1.2.4可知，系统带供初始负荷0运行时，在下垂控制的调节下，输出频率为49.83Hz，0.1s时负荷增大，频率再一次降低到49.7Hz，随着0.2s时负荷继续增大，频率再一次降低到49.58Hz；电压幅值经历了一次从0开始升至312V的暂态过程，0.1s时负荷增大，电压幅值降低到308V，随着0.2s时负荷继续增大，电压幅值再一次降低到305V处稳定运行。由上述分析可知，如果在下垂系数及闭环控制器参数选取合适的前提下，传统下垂控制方法可以将逆变器输出频率和电压波动控制在合理范围内，起到有效支撑系统频率和电压的作用，均满足电能质量要求。然而前面讨论传统下垂控制存在的缺陷，需要对其进行改进。图1.2.3传统下垂控制系统频率图1.2.4传统下垂控制输出电压幅值1.3加入虚拟阻抗的改进下垂控制策略仿真进行加入虚拟阻抗的改进下垂控制策略仿真之前，需加入如图1.3.1所示的虚拟阻抗控制环，从而获得新的参考电压值，其中。图1.3.1虚拟阻抗控制模型将图1.3.2、1.3.3分别与1.2.3、1.2.4作对比，加入虚拟阻抗的下垂控制系统带供初始负荷0运行时，系统输出的有功功率为1460W，无功功率为490Var，0.1S因负荷1的加入，有功功率增加到22200W，无功也增加为3100Var，0.2S因负荷2的加入，有功功率增加到28200W，无功也增加为5200Var以适应负荷的运行要求。由仿真结果可以看出加入虚拟阻抗的改进下垂控制策略的有功功率和无功功率相比较于传统下垂控制策略的有功功率和无功功率均有所减少，其本质原因是加入虚拟阻抗使得系统产生电压跌落，导致输出电压大幅度降低。图1.3.2加入虚拟阻抗控制下的有功功率图1.3.3加入虚拟阻抗控制下的无功功率将图1.3.4、1.3.5分别与1.2.3、1.2.4对比，可以看出加入虚拟阻抗的改进下垂控制中系统带供初始负荷0运行时，在下垂控制的调节下，输出频率为49.83Hz，0.1s时负荷增大，频率再一次降低到49.7Hz，随着0.2s时负荷继续增大，频率再一次降低到49.6Hz；电压幅值经历了一次从0开始升至306V的暂态过程，0.1s时负荷增大，输出电压幅值再一次降低到293V，随着0.2s时负荷继续增大，输出电压幅值再一次降低到278V。通过仿真结果可以得到加入虚拟阻抗的改进下垂控制策略系统频率相比较于传统下垂控制策略基本稳定不发生变化。加入虚拟阻抗的改进下垂控制策略相比较于传统下垂控制策略输出电压产生了较大的电压跌落，可以看出加入虚拟阻抗会造成系统输出电压大幅降低。图1.3.4加入虚拟阻抗控制下的无功功率图1.3.5加入虚拟阻抗控制下的输出电压幅值1.4基于解决电压跌落的改进控制策略仿真虽然加入虚拟阻抗能有效解决传统下垂控制的缺陷，但是随之而来出现电压跌落较大的问题，极大地影响了供电电压质量。为此本文提出了基于自适应参考电压的改进控制策略和基于自适应虚拟阻抗的改进控制策略。1.4.1基于自适应参考电压的改进控制策略仿真自适应参考电压是指下垂控制的给定电压参考值由原来固定的变为随着无功功率和输出电压参考值变化的+，其中。进行基于自适应参考电压的改进控制策略仿真之前，需加入如图1.4.1所示的参考电压增量控制模型，从而获得新的参考电压值。1.4.1参考电压增量控制模型将图1.4.2、1.4.3分别与1.3.2、1.3.3对比，基于自适应参考电压的下垂控制系统带供初始负荷0运行时，系统输出的有功功率为1480W，无功功率为500Var，0.1S因负荷1的加入，有功功率增加到24000W，无功也增加为3350Var，0.2S因负荷2的加入，有功功率增加到32300W，无功也增加为6000Var以适应负荷的运行要求。可以得出基于自适应参考电压的改进下垂控制策略的有功功率和无功功率相比较于加入虚拟阻抗的改进下垂控制策略均有所增加，其本质原因是基于自适应参考电压的下垂控制策略补偿输出的参考电压使得系统输出电压有所增大。图1.4.2基于自适应参考电压控制策略的有功功率图1.4.3基于自适应参考电压控制策略的无功功率将图1.4.4、1.4.5分别与1.3.4、1.3.5对比，可以看出在基于自适应参考电压的改进下垂控制下系统带供初始负荷0运行时，在下垂控制的调节下，输出频率为49.82Hz，0.1s时负荷增大，频率再一次降低到49.7Hz，随着0.2s时负荷继续增大，频率再一次降低到49.6Hz；电压幅值经历了一次从0开始升至308V的暂态过程，0.1s时负荷增大，输出电压幅值再一次降低到303V，随着0.2s时负荷继续增大，输出电压幅值再一次降低到298V。输出参考电压幅值经历了一次从312开始升至314V的暂态过程，0.1s时负荷增大，输出参考电压幅值再一次升高到323V，随着0.2s时负荷继续增大，输出参考电压幅值再一次升高到331V。可以得出基于自适应参考电压的改进下垂控制系统频率相比较于加入虚拟阻抗的下垂控制基本保持不变。基于自适应参考电压的改进下垂控制相比较于加入虚拟阻抗下垂控制输出电压产生了较大的电压恢复，可以看出基于自适应参考电压的改进下垂控制会随着输出参考电压的增大补偿系统的输出电压跌落。图1.4.4基于自适应参考电压控制策略的系统频率图1.4.5基于自适应参考电压控制策略的输出电压幅值图1.4.6基于自适应参考电压控制策略的参考电压幅值1.4.2基于自适应虚拟阻抗的改进控制策略仿真自适应虚拟阻抗是指由加入固定虚拟阻抗变为加入随着负荷电流增大而减小的，其中，本文取，，依据通信采取负荷电流的大小或者采集海水淡化系统机组负荷投入情况，自适应改变的大小，本文中在0-0.1s取23A，0.1-0.2s取38A，0.2-0.3s取52A。进行基于自适应虚拟阻抗的改进控制策略仿真之前，需加入如图1.4.7所示的自适应虚拟阻抗控制模型，从而获得自适应虚拟阻抗值。1.4.7参考电压增量控制模型将图1.4.8、1.4.9分别与1.3.2、1.3.3对比，基于自适应虚拟阻抗的下垂控制系统带供初始负荷0运行时，系统输出的有功功率为1480W，无功功率为500Var，0.1S因负荷1的加入，有功功率增加到24000W，无功也增加为3350Var，0.2S因负荷2的加入，有功功率增加到32500W，无功也增加为6000Var以适应负荷的运行要求。由仿真结果可以看出基于自适应虚拟阻抗的改进下垂控制策略中的有功功率和无功功率相比较于加入固定虚拟阻抗的改进下垂控制策略均有所增加，其产生的实质原因是基于自适应虚拟阻抗的下垂控制策略在负荷变大时虚拟阻抗自适应调整变小，从而降低了电压跌落。图1.4.8基于自适应虚拟阻抗控制策略的有功功率图1.4.9基于自适应虚拟阻抗控制策略的无功功率将图1.4.10、1.4.11分别与1.3.4、1.3.5对比，可以看出在基于自适应虚拟阻抗的改进下垂控制下系统带供初始负荷0运行时，在下垂控制的调节下，输出频率为49.82Hz，0.1s时负荷增大，频率再一次降低到49.7Hz，随着0.2s时负荷继续增大，频率再一次降低到49.6Hz；电压幅值经历了一次从0开始升至310V的暂态过程，0.1s时负荷增大，输出电压幅值再一次降低到304V，随着0.2s时负荷继续增大，输出电压幅值再一次降低到299V。可以得出基于自适应虚拟阻抗的改进下垂控制策略下的系统的频率相比较于加入固定虚拟阻抗的改进下垂控制策略下的系统频率基本维持稳定。基于自适应虚拟阻抗的改进下垂控制策略相比较于加入固定虚拟阻抗下垂控制策略产生电压跌落小很多，基于自适应虚拟阻抗的改进控制策略能有效降低电压跌落。图1.4.10基于自适应虚