微電網(wǎng)控制策略研究論文.docx

微電網(wǎng)控制策略研究1. 分布式電源及其等效模型1.1 分布式電源的定義國(guó)際上關(guān)于分布式發(fā)電的定義較多，沒(méi)有形成對(duì)分布式發(fā)電的統(tǒng)一定義，不僅不同國(guó)家和組織，甚至是同一國(guó)家的不同地區(qū)對(duì)分布式發(fā)電的理解和定義都不盡相同，以下是幾種比較有代表性的：（1）國(guó)際能源署對(duì)分布式發(fā)電的定義為：服務(wù)于當(dāng)?shù)赜脩艋虍?dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的發(fā)電站，包括內(nèi)燃機(jī)、小型或微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池和光伏發(fā)電技術(shù)，以及能夠進(jìn)行能量控制及需求側(cè)管理的能源綜合利用系統(tǒng)；（2）美國(guó)公共事業(yè)管理政策法對(duì)分布式發(fā)電的定義為：小規(guī)模、分散布置在用戶附近，可獨(dú)立運(yùn)行、也可以聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電系統(tǒng)；（3）丹麥對(duì)分布式發(fā)電的定義為：靠近用戶，不連接到高壓輸電網(wǎng)，裝機(jī)規(guī)模小于10mw的能源系統(tǒng)；（4）德國(guó)對(duì)分布式發(fā)電的定義為：位于用戶附近，接入中低壓配電網(wǎng)的電源。接入電壓等級(jí)限制為20kv，主要包括光伏、風(fēng)電和小水電；（5）法國(guó)對(duì)分布式發(fā)電的定義為：接入低壓配電網(wǎng)，直接向用戶供電的電源。接入電壓等級(jí)限制為20kv，容量限制為10mw，主要是熱電聯(lián)產(chǎn)、小水電和柴油機(jī)。綜合以上幾種定義的共同點(diǎn)，可以認(rèn)為分布式電源指的是以新能源發(fā)電為主，容量較小且靠近負(fù)荷中心的發(fā)電設(shè)備，如小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池等。目前，微電網(wǎng)示范工程中的分布式電源主要包括柴油機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、小型水力發(fā)電機(jī)、小型風(fēng)機(jī)、燃料電池和光伏電池，此外，還有少數(shù)的生物柴油機(jī)、液流電池、超級(jí)電容、飛輪儲(chǔ)能等。1.2 分布式電源的并網(wǎng)方式雖然各種分布式電源都可以接入微電網(wǎng)為負(fù)荷供電，但由于它們自身的一下特點(diǎn)和微電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量及供電可靠性的要求，各類分布式電源的并網(wǎng)方式不盡相同。小型水力發(fā)電機(jī)、鼠籠型異步風(fēng)機(jī)和柴油機(jī)等小型常規(guī)發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定，可直接并網(wǎng)。光伏電池、燃料電池和直流風(fēng)機(jī)等直流分布式電源輸出直流電，通常需要經(jīng)逆變器接入交流微電網(wǎng)，這種并網(wǎng)方式稱為直交式并網(wǎng)。微型燃?xì)廨啓C(jī)和同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出幅值頻率變化的交流電電氣量,需要整流逆變后才能并網(wǎng)，這種并網(wǎng)方式稱為交直交并網(wǎng)，對(duì)應(yīng)的分布式電源統(tǒng)稱交直2交分布式電源。為了保證分布式電源的靈活性和可靠性，在微電網(wǎng)設(shè)計(jì)中主要采用經(jīng)逆變器接入的分布式電源，包括直流分布式電源和交直交分布式電源。另外，微電網(wǎng)設(shè)計(jì)中還加入了大量的儲(chǔ)能裝置，如蓄電池、超級(jí)電容和液流電池等，它們也需要經(jīng)過(guò)雙向逆變器與微電網(wǎng)連接。本文把直流分布式電源和交直交分布式電源統(tǒng)稱為逆變型分布式電源(inverter basic distributed generation,下文簡(jiǎn)稱ibdg),并對(duì)其進(jìn)行建模。1.3 分布式電源建模無(wú)論直流分布式電源，還是交直交分布式電源,為了使逆變器輸入端電壓滿足要求（電壓等級(jí)和電壓穩(wěn)定性要求），逆變器前端通常需要加入dc-dc變換器，因此逆變器前端可以看做直流穩(wěn)壓電源，ibdg也就可以看做直流穩(wěn)壓電源和逆變器的串聯(lián)模型，如圖1所示。ibdg等效模型中的pwm逆變器為電壓型逆變器，下文對(duì)逆變器的分析均針對(duì)電壓型逆變器。圖1 ibdg等效模型圖2. 逆變器常用的控制方法根據(jù)上文，ibdg由直流環(huán)節(jié)經(jīng)電壓型逆變器并網(wǎng)，逆變器輸出端的電壓電流頻率由逆變器的控制策略決定，電壓的幅值由逆變器輸入端直流電壓和逆變器控制策略共同決定。因此，逆變器的控制策略在整個(gè)微電網(wǎng)控制中就顯得尤為重要。常用的控制方法有pq控制，vf控制和下垂控制。2.1 pq控制pq控制指的是逆變器輸出的有功功率p和無(wú)功功率q的大小可控，均可以根據(jù)設(shè)定值輸出。圖2 pq雙環(huán)控制框圖pq雙環(huán)控制框圖如圖2所示。在逆變器與電網(wǎng)連接線上測(cè)量電流和電壓，并對(duì)測(cè)定得值進(jìn)行dq變換，dq變換得到電壓的d軸分量ud和q軸分量uq，電流的d軸分量id和q軸分量iq。瞬時(shí)功率模塊根據(jù)基于dq變換的瞬時(shí)功率計(jì)算方法計(jì)算時(shí)候逆變器輸出的有功功率p和無(wú)功功率q，并將所得結(jié)果p和q輸出。功率外環(huán)控制模塊根據(jù)有功功率的設(shè)定值pref和無(wú)功功率的設(shè)定值qref以及逆變器輸出的實(shí)時(shí)有功功率p和無(wú)功功率q生成電流直軸分量參考值id_ref和交軸分量參考值iq_ref并輸出。電流內(nèi)環(huán)控制模塊根據(jù)id_ref，iq_ref，id和iq，生成脈寬調(diào)制系數(shù)d軸分量pmd和q軸分量pmq。逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成模塊根據(jù)pmd和pmq生成逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變器工作，使逆變器輸出功率與設(shè)定值接近，從而實(shí)現(xiàn)了逆變器的pq控制。圖3 pq外環(huán)控制框圖pq雙環(huán)控制包括pq外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制。pq外環(huán)控制框圖如圖3所示，逆變器輸出的實(shí)時(shí)有功功率p與參考值pref作比較得到差值p，實(shí)時(shí)有功功率q與參考值qref作比較得到差值q,對(duì)p和q分別進(jìn)行pi控制輸出電流直軸分量參考值idref和交軸分量參考值iqref。本文中，考慮到實(shí)際中逆變器均有限流環(huán)節(jié)，所以對(duì)參考電流進(jìn)行了限幅控制。限幅控制通過(guò)中的dq分量限幅模塊實(shí)現(xiàn)。圖4電流內(nèi)環(huán)控制框圖電流內(nèi)環(huán)控制如圖4所示，id_ref和id差值通過(guò)比例積分控制輸出脈寬調(diào)制系數(shù)d軸分量pmd，iq_ref和iq差值通過(guò)比例積分控制輸出脈寬調(diào)制系數(shù)q軸分量pmq。逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成模塊根據(jù)pmd和pmq以及pwm相關(guān)算法（本文選擇spwm算法）生成逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變器開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷，控制逆變器工作。pq控制下的逆變器，只要有功功率的設(shè)定值pref和無(wú)功功率的設(shè)定值qref設(shè)置得當(dāng)，不超過(guò)逆變器的容量和最大允許電流，則逆變器輸出的有功功率有功功率p和無(wú)功功率q跟隨設(shè)定值，因而實(shí)現(xiàn)了pq控制。pq控制方式通過(guò)將有功功率和無(wú)功功率解耦，對(duì)電流進(jìn)行控制。在微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行模式下，微電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷波動(dòng)、頻率和電壓擾動(dòng)均由大電網(wǎng)承擔(dān)，各分布式電源不參與微電網(wǎng)頻率和電壓的調(diào)節(jié)，直接采用電網(wǎng)頻率和電壓作為支撐。綜上，pq控制的優(yōu)勢(shì)在于，可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)節(jié)有功功率的設(shè)定值pref和無(wú)功功率的設(shè)定值qref，將其應(yīng)用到光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等發(fā)電量不穩(wěn)定系統(tǒng)中，可以最大限度地提高新能源的利用率。其缺點(diǎn)在于，采用該種控制方式的分布式電源并不能維持系統(tǒng)的頻率和電壓。如果是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的微網(wǎng)系統(tǒng)。則系統(tǒng)中必須有維持頻率和電壓的分布式電源。如果是與常規(guī)電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，則由常規(guī)電網(wǎng)維持電壓和頻率。2.2 v-f控制v-f控制即恒壓恒頻控制，指的是通過(guò)控制手段使逆變器輸出端口電壓的幅值u和頻率f保持恒定。圖5 v-f雙環(huán)控制框圖v-f控制通常采用雙環(huán)控制，雙環(huán)控制框圖如圖5所示。與上文中pq雙環(huán)控制一樣，v-f雙環(huán)控制以同樣的方法得到id，iq和p。另外，v-f雙環(huán)控制通過(guò)鎖相環(huán)測(cè)得系統(tǒng)頻率f，通過(guò)電壓幅值計(jì)算模塊得到逆變器出口處線電壓幅值u。v-f外環(huán)控模塊根據(jù)電壓幅值的設(shè)定值uref、頻率的設(shè)定值fref、逆變器輸出的實(shí)時(shí)有功功率p、系統(tǒng)頻率f和逆變器出口處線電壓幅值u生成電流直軸分量參考值id_ref和交軸分量參考值iq_ref并輸出。電流內(nèi)環(huán)控制模和逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成模塊功能與上文pq雙環(huán)控制一樣，不再贅述。圖6 v-f外環(huán)控制框圖v-f外環(huán)控制框圖如圖6所示，頻率設(shè)定值fref與實(shí)時(shí)系統(tǒng)頻率f差值f經(jīng)pi控制輸出有功功率參考值pref，pref與逆變器輸出有功功率p差值經(jīng)比例積分控制輸出電流參考值直流分量，電壓額定值uref和逆變器端口電壓u差值u經(jīng)比例積分控制輸出電流參考值交流分量，電流參考值交直流分量經(jīng)dq分量綜合限幅模塊進(jìn)行幅值限制，輸出id_ref和iq_ref。v-f雙環(huán)控制的內(nèi)環(huán)控制也是電流控制，與pq雙環(huán)控制中的電流內(nèi)環(huán)控制方法一樣，因此不再贅述。在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式下，由v-f控制的ibdg調(diào)節(jié)微電網(wǎng)內(nèi)的微電網(wǎng)頻率和電壓,維持微電網(wǎng)的頻率和電壓穩(wěn)定。2.3 下垂（droop）控制下垂（droop）控制是指通過(guò)控制逆變器實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的頻率一次調(diào)整相類似的調(diào)節(jié)特性。目前針對(duì)逆變器主要采用的下垂控制方法與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)相似，采用有功頻率（pf）和無(wú)功電壓（qv）的調(diào)節(jié)方式。逆變器的有功頻率（pf）的調(diào)節(jié)特性如圖7所示，當(dāng)系統(tǒng)頻率f下降時(shí)，逆變器輸出的有功功率p增加；系統(tǒng)頻率f上升時(shí)，逆變器輸出的用功功率p減小。因此逆變器輸出的有功功率p隨著系統(tǒng)頻率f變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到維持系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的作用。顯然這種調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)，與同步發(fā)電機(jī)的頻率一次調(diào)整類似。圖7有功頻率（pf）調(diào)節(jié)特性逆變器的無(wú)功電壓（qv）的調(diào)節(jié)特性如圖8所示，當(dāng)出口電壓u下降時(shí)，逆變器輸出的無(wú)功功率q增加；出口電壓u上升時(shí)，逆變器輸出的無(wú)功功率q減小。因此逆變器輸出的無(wú)功功率q隨著出口電壓u變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到維持出口電壓u穩(wěn)定的作用。顯然這種調(diào)節(jié)是也是有差調(diào)節(jié)，與同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)相類似。圖8無(wú)功電壓（qv）調(diào)節(jié)特性3. digsilent仿真軟件簡(jiǎn)介digsilent是德國(guó)digsilentgmbh公司開(kāi)發(fā)的一款電磁、機(jī)電暫態(tài)混合仿真程序，它適用于電力系統(tǒng)幾乎所有領(lǐng)域，并提供了全面準(zhǔn)確的分析功能。digsilent這一名稱來(lái)源于digital simulation and electrical network。3.1 digsilent常用功能介紹digsilent（以14.0.512為準(zhǔn)）包含11個(gè)常用模塊和6個(gè)附件模塊。常用模塊包括基本功能模塊（包括潮流計(jì)算和故障分析）、保護(hù)模塊、配電網(wǎng)優(yōu)化模塊、諧波分析模塊、最優(yōu)潮流模塊（包括無(wú)功功率優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)性調(diào)度功能）、可靠性分析模塊、狀態(tài)估計(jì)模塊、穩(wěn)定性分析模塊、電磁暫態(tài)模塊和小信號(hào)穩(wěn)定性（特征值分析）模塊，附件模塊包括動(dòng)態(tài)參數(shù)識(shí)別、dsl動(dòng)態(tài)仿真語(yǔ)言加密、pss/e數(shù)據(jù)接口、iec61970標(biāo)準(zhǔn)cim接口、iec61968標(biāo)準(zhǔn)cim接口和opc(過(guò)程控制的連接與嵌入)接口。下面針對(duì)一些常用功能進(jìn)行詳細(xì)介紹。1. 潮流計(jì)算digsilent可以描述復(fù)雜的單相和三相交流系統(tǒng)及各種交直流混合系統(tǒng)。潮流求解過(guò)程提供了3種方法以供選擇：經(jīng)典的牛頓拉夫遜算法、牛頓拉夫遜電流迭代法和線性方程法（直接將所有模型作線性化處理）。在進(jìn)行潮流計(jì)算的同時(shí)，digsilent 還有變電站控制、網(wǎng)絡(luò)控制和變壓器分接頭調(diào)整控制可供選擇。2、故障分析digsilent 故障分析功能既可以分別根據(jù)iec 909、ieee std141/ ansie37. 5 以及德國(guó)的 vde102標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，也可以根據(jù) digsilent自身所提供的綜合故障分析方法進(jìn)行。digsilent故障分析功能支持幾乎所有的故障類型（包括復(fù)故障分析）。3、動(dòng)態(tài)仿真digsilent軟件提供的仿真語(yǔ)言(digsilent simulation language-dsl)，使用戶可以自定義模型：任何類型的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)的多輸入/多輸出模型，例如電壓控制器、pss 等。該軟件既可以進(jìn)行短期（電磁）暫態(tài)仿真，也可以進(jìn)行中期（機(jī)電）暫態(tài)仿真和長(zhǎng)期暫態(tài)仿真。digsilent幾乎可以仿真各種類型的故障。仿真過(guò)程中的任何變量(包括dsl 所提供的) 都可以被觀察，并可將其通過(guò)虛擬表計(jì)功能(virtualinstrument - vi) 繪制成曲線圖。此曲線圖可以被保留，以便于與其他仿真過(guò)程進(jìn)行比較。4、諧波分析digsilent可以模擬各種諧波電流源和電壓源，并提供計(jì)及集膚效應(yīng)和內(nèi)在自感的與頻率相關(guān)的元件模型。在綜合考慮網(wǎng)絡(luò)中所有元件后，計(jì)算出三相諧波電壓和電流的分布（非平衡諧波潮流），確定和分析諧波失真系數(shù)，并以合適的步長(zhǎng)繪制網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)圖。5、保護(hù)分析digsilent保護(hù)分析工具是該軟件基本功能元件庫(kù)的補(bǔ)充，它包含了許多額外的元件如 ct、vt、繼電器等，同時(shí)還允許用戶自定義保護(hù)方案。所有這些保護(hù)元件在靜態(tài)、暫態(tài)情況下都能夠使用。在所有可能的仿真模式如潮流分析、故障分析、機(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)等情況下這些保護(hù)元件都能夠響應(yīng)。6、可靠性分析digsilent提供的可靠性計(jì)算將系統(tǒng)充裕性和安全性進(jìn)行了綜合考慮，主要包括三個(gè)方面：預(yù)想事故分析、發(fā)電可靠性估計(jì)和網(wǎng)絡(luò)可靠性估計(jì)。7、最優(yōu)潮流計(jì)算最優(yōu)潮流計(jì)算是對(duì)基本潮流計(jì)算的有效補(bǔ)充。最優(yōu)潮流計(jì)算主要采用內(nèi)點(diǎn)法，并提供了多種約束條件和控制手段，其考慮的目標(biāo)函數(shù)主要有最小網(wǎng)損、最小燃料費(fèi)用、最大利潤(rùn)及最小區(qū)域交換潮流。8、配網(wǎng)優(yōu)化digsilent能夠?qū)崿F(xiàn)以下三種優(yōu)化功能：電容器選址優(yōu)化、解環(huán)點(diǎn)優(yōu)化、電纜補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)化。電容器最優(yōu)選址用于確定電容器在安裝至配網(wǎng)時(shí)的最優(yōu)位置、型號(hào)以及容量，使用梯度搜索或tabu搜索方法。解環(huán)點(diǎn)優(yōu)化能夠在滿足電網(wǎng)電壓和負(fù)荷要求的同時(shí)通過(guò)改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥钚』W(wǎng)損。電纜補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)化能夠?qū)^(guò)載電纜實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)有效的升級(jí)，針對(duì)給定的電纜成本和電壓跌落限值能夠自動(dòng)選出相應(yīng)的電纜。9、低壓網(wǎng)絡(luò)分析digsilent 的低壓網(wǎng)絡(luò)分析使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)：根據(jù)連接到某一線路上的用戶數(shù)量來(lái)定義負(fù)荷、考慮負(fù)荷的多樣性、在進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)考慮負(fù)荷多樣性并計(jì)算電壓最大跌落值和最大支路電流、電壓跌落和電纜負(fù)載率分析等。低壓網(wǎng)絡(luò)分析是 digsilent軟件的標(biāo)準(zhǔn)特征之一。3.2 digsilent的三種操作模式digsilent的最大特點(diǎn)之一是數(shù)據(jù)庫(kù)管理、高度的圖形化操作和仿真語(yǔ)言三種操作模式相結(jié)合，用戶既可以通過(guò)數(shù)據(jù)管理器在數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)電網(wǎng)組件或控制部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和修改，也可以選擇直接在圖形窗口中進(jìn)行電網(wǎng)繪制并進(jìn)行數(shù)據(jù)的設(shè)置和修改，控制功能和仿真過(guò)程皆可以在圖形窗口搭建模塊和設(shè)置，也可以編程實(shí)現(xiàn)，三種模式相互結(jié)合，大大提高了軟件的可操作性，為使用者提供了極大的便利。1. 圖形窗口與元件模型庫(kù)digsilent 提供了全面的電力系統(tǒng)元件的模型庫(kù)，包括發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、線路、動(dòng)態(tài)負(fù)荷、并聯(lián)設(shè)備（母線和開(kāi)關(guān)設(shè)備）和控制器的模型，還有風(fēng)電機(jī)組電氣部分的模型如：雙饋感應(yīng)電機(jī)、變頻器等都包含在已有模型庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)元件中。在圖形窗口，使用者可以以拖拽方式使用元件模型庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)電氣模型搭建電氣連接圖，完成電氣網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建并完成部分電氣參數(shù)的設(shè)置。2. 數(shù)據(jù)庫(kù)digsilent通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。它采用多用戶數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，每個(gè)用戶只能通過(guò)各自的賬號(hào)登陸，登錄后只能對(duì)自己賬號(hào)名下的project進(jìn)行操作而無(wú)權(quán)訪問(wèn)他人的賬號(hào)。所有賬號(hào)均可訪問(wèn)共同的數(shù)據(jù)庫(kù)library ，這樣不僅方便操作，還保證了各用戶的數(shù)據(jù)安全。library里存儲(chǔ)了以各種元件在不同電壓等級(jí)下的參數(shù)、部分元件的控制模塊和常用的傳遞函數(shù)等。風(fēng)速、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、空氣動(dòng)力學(xué)部分及風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)都采用動(dòng)態(tài)仿真語(yǔ)言 dsl 在軟件中編寫和創(chuàng)建，并存存放于digsilent的數(shù)據(jù)庫(kù)中。3. dsl和dpl仿真語(yǔ)言digsilent不但有著豐富的模型庫(kù)和各種內(nèi)嵌的計(jì)算功能，而且還向用戶提供了面向程序化過(guò)程的編程語(yǔ)言dpl (digsilent programming language)和面向連續(xù)過(guò)程的仿真語(yǔ)言dsl( digsilent simulation language，使用戶能夠方便的創(chuàng)建自定義的控制模型和計(jì)算功能。dsl主要用來(lái)描述數(shù)學(xué)模型，比如控制器、控制對(duì)象等。用戶可以根據(jù)需要，使用dsl創(chuàng)建一個(gè)新的動(dòng)態(tài)控制單元，從系統(tǒng)中提取信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)信號(hào)的控制處理，將信號(hào)回饋回系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)按照要求運(yùn)行，類似于寫傳遞函數(shù)。同其它仿真和編程語(yǔ)言相同，dsl擁有一套專門的語(yǔ)法。dpl主要編寫新的計(jì)算功能以分析電力系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行仿真中的某些控制、動(dòng)作之類的操作或事件，如用dpl在動(dòng)態(tài)仿真時(shí)改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。4. digsilent實(shí)例仿真4.1 逆變器pq控制策略仿真圖 9 逆變器pq控制策略仿真電氣接線圖在digsilent搭建如圖 9所示的電氣接線圖，用來(lái)做pq控制策略的仿真研究。逆變器直流側(cè)經(jīng)直流母線dc bus接理想直流電源，交流側(cè)接交流母線ac bus，ac bus另一側(cè)與外部電網(wǎng)和負(fù)載load連接。dc bus額定電壓設(shè)為1kv，ac bus額定電壓設(shè)為0.4kv，load額定功率設(shè)定為，外部電網(wǎng)以sl節(jié)點(diǎn)模式輸出，承擔(dān)系統(tǒng)的頻率和電壓擾動(dòng)。圖 10逆變器pq控制策略仿真雙環(huán)控制框圖根據(jù)上文章節(jié)2.1的pq雙環(huán)控制策略在digsilent中搭建雙環(huán)控制框圖如圖 10所示。pq測(cè)量模塊測(cè)量逆變器輸出有功功率p和無(wú)功功率q，測(cè)得結(jié)果輸入pq控制模塊，pq參考值設(shè)置模塊對(duì)有功功率參考值pref和無(wú)功功率參考值qref進(jìn)行設(shè)定,pq控制模塊是整個(gè)控制的核心，鎖相環(huán)提供逆變器出口線電壓相角余弦值cosref和正弦值sinref，電流內(nèi)環(huán)控制使用digsilent自帶模塊，嵌套在逆變器模塊內(nèi)部，控制邏輯如上文章節(jié)2.1的圖4所示，參數(shù)設(shè)置如下：kd=0.4,td=0.1,kq=0.4,tq=0.1。圖 11 逆變器pq控制策略仿真外環(huán)控制框圖圖 12 pi環(huán)節(jié)dsl語(yǔ)言圖 13 dq limiter dsl語(yǔ)言在digsilent中搭建的pq外環(huán)控制框圖如圖 11所示，pi調(diào)節(jié)模塊和dq limiter通過(guò)編寫dsl語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，如圖 12和圖 13所示。pi調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置如下：kd=1,td=0.01,kq=1,tq=0.01。pq參考值設(shè)置功能通過(guò)編寫dsl語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),參考值pref和qref在仿真過(guò)程中可以按照需要進(jìn)行更改。pq測(cè)量模塊和鎖相環(huán)模塊均使用digsilent自帶模塊。設(shè)pref =0.20mw,qref =0.10mvar,設(shè)置仿真時(shí)間為2s,仿真模式選擇電磁暫態(tài)(emt)模式，對(duì)pq控制逆變器輸出有功功率p和無(wú)功功率q進(jìn)行觀測(cè),結(jié)果如圖 14所示。從結(jié)果可以看出，逆變器在所用pq雙環(huán)控制方法下能夠按照設(shè)定值穩(wěn)定輸出結(jié)果，達(dá)到了預(yù)期效果。圖 14 pq控制策略下逆變器輸出有功功率和無(wú)功功率為了驗(yàn)證pq雙環(huán)控制算法具有較快的響應(yīng)速度，在仿真過(guò)程中動(dòng)態(tài)改變有功功率和無(wú)功功率的設(shè)定值。0秒時(shí)，與上文一樣，設(shè)pref =0.20mw,qref =0.10mvar；0.4秒時(shí)，同時(shí)減小有功功率和無(wú)功功率設(shè)定值，設(shè)pref =0.18mw,qref =0.08mvar；0.8秒時(shí)，同時(shí)增大有功功率和無(wú)功功率設(shè)定值，設(shè)pref =0.22mw,qref =0.12mvar；1.2秒時(shí)，減小有功功率并增大無(wú)功功率設(shè)定值，設(shè)pref =0.18mw,qref =0.14mvar；1.6秒時(shí)，增大有功功率并減小無(wú)功功率設(shè)定值，設(shè)pref =0.24mw,qref =0.08mvar。pq控制逆變器輸出功率跟蹤設(shè)定值效果如圖 15所示，從效果曲線可以看到，本文pq雙環(huán)控制算法具有較快的響應(yīng)速度，經(jīng)定量測(cè)算，當(dāng)有功功率設(shè)定值改變0.02mw時(shí)，響應(yīng)時(shí)間tp約為0.05秒；當(dāng)無(wú)功功率設(shè)定值改變0.02mvar時(shí)，響應(yīng)時(shí)間tq也約為0.05秒。因此，本文所設(shè)計(jì)pq雙環(huán)控制算法的響應(yīng)速度能都滿足工程要求。圖 15 pq控制逆變器輸出功率跟蹤設(shè)定值效果曲線圖4.2 逆變器v-f控制策略仿真圖 16 逆變器v-f控制策略仿真電氣接線圖在digsilent搭建如圖 16所示的電氣接線圖，用來(lái)做v-f控制策略的仿真研究。逆變器直流側(cè)經(jīng)直流母線dc bus接理想直流電源，交流側(cè)接交流母線ac bus，ac bus另一側(cè)與負(fù)載load連接。dc bus額定電壓設(shè)為1kv，ac bus額定電壓設(shè)為0.4kv，load額定功率設(shè)定為，v-f控制逆變器承擔(dān)整個(gè)小系統(tǒng)頻率和電壓擾動(dòng)。圖 17逆變器v-f控制策略仿真雙環(huán)控制框圖根據(jù)上文2.2的v-f雙環(huán)控制策略在digsilent中搭建雙環(huán)控制框圖如圖 17所示。pq測(cè)量模塊測(cè)量逆變器輸出有功功率，測(cè)得結(jié)果輸入v-f控制模塊，v和f參考值設(shè)置模塊對(duì)逆變器出口端線電壓參考值uref和頻率參考值fref進(jìn)行設(shè)定,v-f控制模塊是整個(gè)控制的核心，鎖相環(huán)提供逆變器出口線電壓相角余弦值cosref、正弦值sinref和頻率f，電流內(nèi)環(huán)控制與pq控制策略仿真一樣，使用digsilent自帶模塊，嵌套在逆變器模塊內(nèi)部，控制邏輯如上文章節(jié)2.1的圖4所示，參數(shù)設(shè)置如下：kd=0.6,td=0.01,kq=0.6,tq=0.01。圖 18逆變器v-f控制策略仿真外環(huán)控制框圖根據(jù)上文2.2所提出的控制原理在digsilent中搭建的v-f外環(huán)控制框圖如圖 18所示。比例積分環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置如下：k=1,t=10,kd=2,td=0.01,kq=2,tq=0.002。v和f參考值設(shè)置功能通過(guò)編寫dsl語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),設(shè)置參考值uref =0.4kv,fref =50hz。pq測(cè)量模塊和鎖相環(huán)模塊均使用digsilent自帶模塊。設(shè)置仿真時(shí)間為1s,仿真模式選擇電磁暫態(tài)(emt)模式，對(duì)v-f控制逆變器輸出電壓的線電壓有效值、相電壓波形和頻率f進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果如圖 20和圖 20所示。圖 19 v-f控制策略下逆變器輸出電壓的線電壓有效值和相電壓波形圖 20 v-f控制策略下逆變器輸出電壓的頻率f從結(jié)果可以看出，逆變器在所用v-f雙環(huán)控制方法下能夠按照設(shè)定值穩(wěn)定輸出結(jié)果，達(dá)到了預(yù)期效果。為了驗(yàn)證本文中基于v-f雙環(huán)控制策略的ibdg能承擔(dān)整個(gè)小系統(tǒng)頻率和電壓擾動(dòng)，在仿真過(guò)程中動(dòng)態(tài)投入和切除電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，觀測(cè)v-f控制逆變器輸出電壓的線電壓有效值u和頻率f的變化情況。圖 21 逆變器v-f控制策略仿真電氣接線圖（含電動(dòng)機(jī)負(fù)荷）如圖 21所示，圖中的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷額定功率為4kw，通過(guò)斷路器的開(kāi)合，控制電動(dòng)機(jī)的投切，具體設(shè)置如下：00.4秒時(shí)，電動(dòng)機(jī)不投入運(yùn)行；0.40.8秒時(shí)，電動(dòng)機(jī)投入運(yùn)行；1.2秒時(shí)，電動(dòng)機(jī)退出運(yùn)行。仿真時(shí)間設(shè)置為2秒，響應(yīng)情況如圖 23所示圖 22和圖 23所示。圖 22 動(dòng)態(tài)投切電動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，v-f控制逆變器輸出功率響應(yīng)曲線從圖 22可以看出，電動(dòng)機(jī)在0.4秒投入運(yùn)行和1.2秒退出運(yùn)行時(shí)，逆變器輸出功率快速響應(yīng)，以維持系統(tǒng)有功功率和無(wú)功功率平衡。圖 23 動(dòng)態(tài)投切電動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，v-f控制逆變器輸出電壓響應(yīng)從圖 23可以看出，電動(dòng)機(jī)在0.4秒投入運(yùn)行和1.2秒退出運(yùn)行時(shí)，逆變器輸出電壓的幅值和頻率都有小幅度的波動(dòng)，但逆變器快速響應(yīng)，使逆變器輸出電壓的幅值和頻率快速恢復(fù)。這就驗(yàn)證了，在逆變器容量范圍內(nèi)，本文中基于v-f雙環(huán)控制策略的ibdg能夠承擔(dān)整個(gè)小系統(tǒng)頻率和電壓擾動(dòng)，并且具有很快的響應(yīng)速度。5. 微電網(wǎng)計(jì)劃孤島運(yùn)行仿真由上文的分析可以知道， pq控制ibdg能最大限度提高新能源利用率，但不能維持系統(tǒng)電壓和頻率穩(wěn)定；vf控制ibdg能夠維持系統(tǒng)電壓和頻率穩(wěn)定。結(jié)合兩者的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)微電網(wǎng)計(jì)劃孤島網(wǎng)絡(luò)如圖 24所示。計(jì)劃孤島中，設(shè)計(jì)兩臺(tái)ibdg，ibdg 1的逆變器用pq控制策略控制，ibdg 2的逆變器用v-f控制策略控制。ibdg 1出口母線bus 1上連接負(fù)載load 1，其額定功率為：，。ibdg 2出口母線bus 2上連接負(fù)載load 3和電動(dòng)機(jī)1，load 3額定功率為：，電動(dòng)機(jī)1額定功率為4kw。bus 1和bus 2 分別經(jīng)過(guò)1km和500m電纜連接到微電網(wǎng)公共母線上，電纜型號(hào)為bd-fpe al2-4x5，單位電阻r0