微電網(wǎng)運(yùn)行-有功功率與無功功率控制

1、6412022年2月2日星期三微電網(wǎng)有功功率和無功功率控制微電網(wǎng)有功功率和無功功率控制4-1 4-1 微型電源控制器功能微型電源控制器功能 4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 6422022年2月2日星期三4-1 4-1 微型電源控制器功能微型電源控制器功能 電力電子裝置可為微電網(wǎng)提供靈活的控制功能，從而使其同電力電子裝置可為微電網(wǎng)提供靈活的控制功能，從而使其同時(shí)滿足用戶和電力系統(tǒng)的需要。時(shí)滿足用戶和電力系統(tǒng)的需要。 微電網(wǎng)控制必須保證新的微型電源加入到系統(tǒng)

2、中時(shí)，不需要微電網(wǎng)控制必須保證新的微型電源加入到系統(tǒng)中時(shí)，不需要更改微電網(wǎng)中已有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。更改微電網(wǎng)中已有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 微電網(wǎng)可以非常迅速和無縫隙地與大電網(wǎng)并列或解列。微電網(wǎng)可以非常迅速和無縫隙地與大電網(wǎng)并列或解列。 系統(tǒng)的有功功率和無功功率可以分別控制。系統(tǒng)的有功功率和無功功率可以分別控制。 電壓降落和三相不平衡可以得到校正。電壓降落和三相不平衡可以得到校正。 微電網(wǎng)能夠滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性的要求。微電網(wǎng)能夠滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性的要求。 設(shè)計(jì)控制器時(shí)最關(guān)鍵的是在微電網(wǎng)的正常操作中，各微型電設(shè)計(jì)控制器時(shí)最關(guān)鍵的是在微電網(wǎng)的正常操作中，各微型電源不必互相交流信息，每個(gè)微型電

3、源控制器必須能夠有效地源不必互相交流信息，每個(gè)微型電源控制器必須能夠有效地響應(yīng)系統(tǒng)的變化，而不需要來自于其它微型電源或本地其它響應(yīng)系統(tǒng)的變化，而不需要來自于其它微型電源或本地其它設(shè)備的數(shù)據(jù)。設(shè)備的數(shù)據(jù)。 微型電源控制器的主要功能：調(diào)節(jié)饋線上的潮流；控制每個(gè)微型電源控制器的主要功能：調(diào)節(jié)饋線上的潮流；控制每個(gè)微型電源接口處的電壓；當(dāng)系統(tǒng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，保證微型電源接口處的電壓；當(dāng)系統(tǒng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，保證每個(gè)微型電源能夠迅速承擔(dān)它所分配的負(fù)荷；微電網(wǎng)能夠自每個(gè)微型電源能夠迅速承擔(dān)它所分配的負(fù)荷；微電網(wǎng)能夠自動(dòng)平滑地進(jìn)入孤島運(yùn)行和重新與大電網(wǎng)并列的能力。動(dòng)平滑地進(jìn)入孤島運(yùn)行和重新與大電網(wǎng)并列

4、的能力。 6432022年2月2日星期三4-1 4-1 微型電源控制器功能微型電源控制器功能 一、有功功率和無功功率控制一、有功功率和無功功率控制 微型電源由三個(gè)部分組成，即微型發(fā)電系統(tǒng)、直流接口和電微型電源由三個(gè)部分組成，即微型發(fā)電系統(tǒng)、直流接口和電壓源逆變器。壓源逆變器。 微型電源通過一個(gè)電抗器連接微型電源通過一個(gè)電抗器連接到微電網(wǎng)。到微電網(wǎng)。 電壓源逆變器同時(shí)控制微型電電壓源逆變器同時(shí)控制微型電源輸出電壓的幅值和相位。源輸出電壓的幅值和相位。 逆變器的輸出電壓逆變器的輸出電壓U、微電網(wǎng)的本地電壓、微電網(wǎng)的本地電壓E以及電抗器的電抗以及電抗器的電抗X決定了微型電源輸出到微電網(wǎng)的有功功率決定

5、了微型電源輸出到微電網(wǎng)的有功功率P和無功功率和無功功率Q， 當(dāng)系統(tǒng)受到微小擾動(dòng)時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)受到微小擾動(dòng)時(shí)，P主要取決于功角主要取決于功角P，Q取決于逆變?nèi)Q于逆變器的輸出電壓幅值器的輸出電壓幅值U。這些關(guān)系構(gòu)成了有功功率調(diào)節(jié)和通過調(diào)。這些關(guān)系構(gòu)成了有功功率調(diào)節(jié)和通過調(diào)節(jié)無功功率控制電壓的基本的反饋控制方法。節(jié)無功功率控制電壓的基本的反饋控制方法。PXUEPsin23PEUXUQcos23EUP6442022年2月2日星期三4-1 4-1 微型電源控制器功能微型電源控制器功能 若要將大量微型電源集成到微電網(wǎng)中，不能僅僅采用基本的若要將大量微型電源集成到微電網(wǎng)中，不能僅僅采用基本的P-Q控制，為保證

6、微電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性必須實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)?？刂疲瑸楸ＷC微電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性必須實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。 二、電壓傾斜控制二、電壓傾斜控制 若沒有電壓控制，具有大量微型電源的微電網(wǎng)將可能產(chǎn)生電若沒有電壓控制，具有大量微型電源的微電網(wǎng)將可能產(chǎn)生電壓和無功功率振蕩。壓和無功功率振蕩。 電壓控制必須確保電源之間沒有較大的無功環(huán)流，該問題與電壓控制必須確保電源之間沒有較大的無功環(huán)流，該問題與具有大型同步發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)控制一樣。具有大型同步發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)控制一樣。 在大電網(wǎng)中，發(fā)電機(jī)之間的阻抗足夠大，從而減小了環(huán)流產(chǎn)在大電網(wǎng)中，發(fā)電機(jī)之間的阻抗足夠大，從而減小了環(huán)流產(chǎn)生的可能性。生的可能性。 在輻射型微電網(wǎng)中，

7、較大無在輻射型微電網(wǎng)中，較大無功環(huán)流問題非常顯著，當(dāng)出功環(huán)流問題非常顯著，當(dāng)出現(xiàn)很小的電壓參考值偏差時(shí)，現(xiàn)很小的電壓參考值偏差時(shí)，環(huán)流可能超出微型電源的額環(huán)流可能超出微型電源的額定值。定值。 因此微電網(wǎng)需要電壓因此微電網(wǎng)需要電壓-無功電流傾斜控制，使得微型電源產(chǎn)生無功電流傾斜控制，使得微型電源產(chǎn)生的無功電流更加偏于容性，本地電壓設(shè)定值減小。的無功電流更加偏于容性，本地電壓設(shè)定值減小。 6452022年2月2日星期三4-1 4-1 微型電源控制器功能微型電源控制器功能 不僅具有微型電源，還有電能存儲(chǔ)裝置的微電網(wǎng)不僅可以運(yùn)不僅具有微型電源，還有電能存儲(chǔ)裝置的微電網(wǎng)不僅可以運(yùn)行在與大電網(wǎng)并列運(yùn)行的狀

8、態(tài)，也可運(yùn)行于孤島狀態(tài)。行在與大電網(wǎng)并列運(yùn)行的狀態(tài)，也可運(yùn)行于孤島狀態(tài)。三、快速負(fù)荷跟蹤和電能存儲(chǔ)的需要三、快速負(fù)荷跟蹤和電能存儲(chǔ)的需要 當(dāng)微電網(wǎng)運(yùn)行于孤島狀態(tài)時(shí)，微電網(wǎng)的負(fù)荷跟蹤能力可能成當(dāng)微電網(wǎng)運(yùn)行于孤島狀態(tài)時(shí)，微電網(wǎng)的負(fù)荷跟蹤能力可能成為問題，因?yàn)槲⑿蜏u輪發(fā)電機(jī)和燃料電池的響應(yīng)速度比較慢，為問題，因?yàn)槲⑿蜏u輪發(fā)電機(jī)和燃料電池的響應(yīng)速度比較慢，時(shí)間常數(shù)為時(shí)間常數(shù)為10200s，并且基本上沒有動(dòng)能儲(chǔ)備。，并且基本上沒有動(dòng)能儲(chǔ)備。 大型電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)的動(dòng)能具有電能存儲(chǔ)的作用，當(dāng)新大型電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)的動(dòng)能具有電能存儲(chǔ)的作用，當(dāng)新的負(fù)荷接入到線路上時(shí)，最初的能量平衡由系統(tǒng)的動(dòng)能實(shí)現(xiàn)，的負(fù)荷

9、接入到線路上時(shí)，最初的能量平衡由系統(tǒng)的動(dòng)能實(shí)現(xiàn)，這將導(dǎo)致系統(tǒng)頻率輕微下降。這將導(dǎo)致系統(tǒng)頻率輕微下降。 微電網(wǎng)不能依靠發(fā)電機(jī)的動(dòng)能，必須采用某種形式的能量存微電網(wǎng)不能依靠發(fā)電機(jī)的動(dòng)能，必須采用某種形式的能量存儲(chǔ)，保證最初的電能平衡。儲(chǔ)，保證最初的電能平衡。 微電網(wǎng)的能量存儲(chǔ)可為下述幾種形式：可在每個(gè)微型電源的微電網(wǎng)的能量存儲(chǔ)可為下述幾種形式：可在每個(gè)微型電源的直流母線上采用蓄電池或超級(jí)電容；直接將交流電能存儲(chǔ)裝直流母線上采用蓄電池或超級(jí)電容；直接將交流電能存儲(chǔ)裝置置(蓄電池、飛輪電能存儲(chǔ)裝置等蓄電池、飛輪電能存儲(chǔ)裝置等)連接到微電網(wǎng)；或者采用較連接到微電網(wǎng)；或者采用較大動(dòng)能的微型發(fā)電機(jī)等。在此我

10、們僅假設(shè)在微型電源的直流大動(dòng)能的微型發(fā)電機(jī)等。在此我們僅假設(shè)在微型電源的直流母線上裝設(shè)有足夠容量的電能存儲(chǔ)裝置。母線上裝設(shè)有足夠容量的電能存儲(chǔ)裝置。 6462022年2月2日星期三4-1 4-1 微型電源控制器功能微型電源控制器功能 采用先進(jìn)的控制技術(shù)微電網(wǎng)能夠提供基本的潮流控制。采用先進(jìn)的控制技術(shù)微電網(wǎng)能夠提供基本的潮流控制。四、孤島運(yùn)行模式下實(shí)現(xiàn)功率分配的頻率傾斜控制四、孤島運(yùn)行模式下實(shí)現(xiàn)功率分配的頻率傾斜控制 在孤島運(yùn)行模式，必須考慮每個(gè)逆變器產(chǎn)生的微小頻率誤差在孤島運(yùn)行模式，必須考慮每個(gè)逆變器產(chǎn)生的微小頻率誤差和需要改變逆變器的輸出功率來匹配負(fù)荷的變化等問題。和需要改變逆變器的輸出功率

11、來匹配負(fù)荷的變化等問題。 每個(gè)微型電源的功率每個(gè)微型電源的功率-頻率傾斜特性不需要復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)就頻率傾斜特性不需要復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)就能解決上述問題。能解決上述問題。 當(dāng)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并列運(yùn)行時(shí)，根據(jù)用戶的需要，微電網(wǎng)中當(dāng)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并列運(yùn)行時(shí)，根據(jù)用戶的需要，微電網(wǎng)中的負(fù)荷可同時(shí)從大電網(wǎng)和本地微型電源取用電能。的負(fù)荷可同時(shí)從大電網(wǎng)和本地微型電源取用電能。 當(dāng)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)斷開后，微電網(wǎng)中每個(gè)電源的電壓相位角當(dāng)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)斷開后，微電網(wǎng)中每個(gè)電源的電壓相位角將發(fā)生變化，將發(fā)生變化， 導(dǎo)致本地電壓頻率明顯地下降。導(dǎo)致本地電壓頻率明顯地下降。 隨著頻率的下隨著頻率的下 降每個(gè)微型電源根據(jù)其功率降

12、每個(gè)微型電源根據(jù)其功率-頻率調(diào)節(jié)特性按一定比例頻率調(diào)節(jié)特性按一定比例增加其輸出功率，實(shí)現(xiàn)負(fù)增加其輸出功率，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分配的功能，不需要能荷分配的功能，不需要能量管理系統(tǒng)提供新的功率量管理系統(tǒng)提供新的功率分配方案。分配方案。 6472022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 由同步發(fā)電機(jī)組成的電力系統(tǒng)，兩臺(tái)或兩臺(tái)以上發(fā)電機(jī)之間由同步發(fā)電機(jī)組成的電力系統(tǒng)，兩臺(tái)或兩臺(tái)以上發(fā)電機(jī)之間有功功率分配主要通過控制器的頻率傾斜特性實(shí)現(xiàn)。有功功率分配主要通過控制器的頻率傾斜特性實(shí)現(xiàn)。 與由同步發(fā)電機(jī)組成的電力系統(tǒng)類似，微電網(wǎng)中分布式電源與由同步發(fā)電機(jī)組成的電力系統(tǒng)類似，微電網(wǎng)中分布式電源之間

13、的負(fù)荷分配同樣采用頻率傾斜特性實(shí)現(xiàn)。之間的負(fù)荷分配同樣采用頻率傾斜特性實(shí)現(xiàn)。 在電力系統(tǒng)中，頻率傾斜特性是發(fā)電機(jī)的慣性、負(fù)荷的頻率在電力系統(tǒng)中，頻率傾斜特性是發(fā)電機(jī)的慣性、負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)特性和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性和轉(zhuǎn)速/頻率調(diào)節(jié)特性等的綜合，由電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、頻率調(diào)節(jié)特性等的綜合，由電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、與頻率相關(guān)的負(fù)荷以及調(diào)速器等實(shí)際的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。與頻率相關(guān)的負(fù)荷以及調(diào)速器等實(shí)際的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。 在由分布式電源互聯(lián)所組成的微電網(wǎng)中，每臺(tái)分布式電源的在由分布式電源互聯(lián)所組成的微電網(wǎng)中，每臺(tái)分布式電源的頻率傾斜特性是通過其控制器的軟件來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)分布式電頻率傾斜特性是通過其控制器的軟件來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)分布式電源之間的負(fù)

14、荷分配。源之間的負(fù)荷分配。 分布式電源的控制器通常采用分布式電源的控制器通常采用DSP實(shí)現(xiàn)，因此具有非常大的靈實(shí)現(xiàn)，因此具有非常大的靈活性，不會(huì)受到電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、頻率相關(guān)負(fù)荷、調(diào)速器的活性，不會(huì)受到電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、頻率相關(guān)負(fù)荷、調(diào)速器的時(shí)間常數(shù)或原動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)等這些物理參數(shù)的限制。時(shí)間常數(shù)或原動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)等這些物理參數(shù)的限制。 6482022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 一、單臺(tái)微型電源的有功功率控制一、單臺(tái)微型電源的有功功率控制 微電網(wǎng)中電動(dòng)機(jī)等與微電網(wǎng)中電動(dòng)機(jī)等與頻率相關(guān)的負(fù)荷可提頻率相關(guān)的負(fù)荷可提供附加的負(fù)荷調(diào)節(jié)作供附加的負(fù)荷調(diào)節(jié)作用，但其調(diào)節(jié)效應(yīng)非用，

15、但其調(diào)節(jié)效應(yīng)非常小，可忽略不計(jì)。常小，可忽略不計(jì)。 有功功率控制器包含有功功率控制器包含 一個(gè)頻率恢復(fù)環(huán)節(jié)，其功能類似于同步發(fā)電機(jī)中的調(diào)速器。一個(gè)頻率恢復(fù)環(huán)節(jié)，其功能類似于同步發(fā)電機(jī)中的調(diào)速器。 bsTbsPbsTbsPsGrefLGL1111設(shè)設(shè)1/s=0可得到控制器頻率響應(yīng)的暫態(tài)偏移：可得到控制器頻率響應(yīng)的暫態(tài)偏移：LPb 控制器在負(fù)荷變化的瞬間具有有限的頻率降落，這與具有大控制器在負(fù)荷變化的瞬間具有有限的頻率降落，這與具有大慣性的同步發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的在負(fù)荷變化瞬間的零頻率降落慣性的同步發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的在負(fù)荷變化瞬間的零頻率降落特性不同。特性不同。 6492022年2月2日星期三4-2 4

16、-2 有功功率控制有功功率控制 頻率傾斜特性將負(fù)荷變化開始初始特性曲線頻率傾斜特性將負(fù)荷變化開始初始特性曲線(虛線虛線)以一階時(shí)以一階時(shí)間常數(shù)間常數(shù)TG轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)特性曲線轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)特性曲線(實(shí)線實(shí)線)。令令s=0可得到控制器的穩(wěn)態(tài)頻率偏移：可得到控制器的穩(wěn)態(tài)頻率偏移： bPPrefLL11 負(fù)荷功率的變化由電源輸出功率變化提供，用負(fù)荷功率的變化由電源輸出功率變化提供，用PG表示。表示。 當(dāng)本地負(fù)荷突然變化時(shí)，系統(tǒng)頻率將首先按當(dāng)本地負(fù)荷突然變化時(shí)，系統(tǒng)頻率將首先按1/s=0突變，并最突變，并最終達(dá)到終達(dá)到s=0所確定的穩(wěn)態(tài)值。所確定的穩(wěn)態(tài)值。 64102022年2月2日星期三4-2 4-2 有功

17、功率控制有功功率控制 實(shí)際轉(zhuǎn)速實(shí)際轉(zhuǎn)速和所需功率和所需功率PG的變化曲線。的變化曲線。 LGsPPbsTbrefL1110 通過改變參考功率，可將控制器設(shè)通過改變參考功率，可將控制器設(shè)置到滿足任何負(fù)荷要求的給定額定置到滿足任何負(fù)荷要求的給定額定頻率。頻率。當(dāng)系統(tǒng)的參考功率不變，而負(fù)荷變化當(dāng)系統(tǒng)的參考功率不變，而負(fù)荷變化時(shí)，頻率的變化為時(shí)，頻率的變化為64112022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 二、兩臺(tái)微型電源并列運(yùn)行的有功控制二、兩臺(tái)微型電源并列運(yùn)行的有功控制 具有自動(dòng)發(fā)電控制的微電網(wǎng)可根據(jù)系統(tǒng)頻率的變化調(diào)節(jié)各微具有自動(dòng)發(fā)電控制的微電網(wǎng)可根據(jù)系統(tǒng)頻率的變化調(diào)節(jié)各微

18、型電源的參考功率型電源的參考功率PL_ref。 因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)的主要目標(biāo)是對(duì)電能質(zhì)量非常敏感的負(fù)荷提供可因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)的主要目標(biāo)是對(duì)電能質(zhì)量非常敏感的負(fù)荷提供可靠的電能，因此控制器參考功率的變化必須非常迅速地跟隨靠的電能，因此控制器參考功率的變化必須非常迅速地跟隨負(fù)荷的變化。負(fù)荷的變化。 當(dāng)控制器的參考功率發(fā)生變化時(shí)，微當(dāng)控制器的參考功率發(fā)生變化時(shí)，微型電源的頻率偏差為型電源的頻率偏差為 sPsTbbrefLGsPL_0164122022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 兩臺(tái)微型電源并列運(yùn)行的功率控制傳遞函數(shù)框圖兩臺(tái)微型電源并列運(yùn)行的功率控制傳遞函數(shù)框圖 21tsTP 流過聯(lián)絡(luò)

19、線上潮流可等效為兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷，大小相等，流過聯(lián)絡(luò)線上潮流可等效為兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷，大小相等，方向相反。方向相反。 tieXT31464132022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 潮流的方向取決于兩條母線之間電壓的相位差，為兩個(gè)系統(tǒng)潮流的方向取決于兩條母線之間電壓的相位差，為兩個(gè)系統(tǒng)之間相對(duì)頻率偏差的函數(shù)。之間相對(duì)頻率偏差的函數(shù)。設(shè)設(shè)PL1發(fā)生變化而發(fā)生變化而PL2為零，則可確定系統(tǒng)的頻率偏移和聯(lián)絡(luò)為零，則可確定系統(tǒng)的頻率偏移和聯(lián)絡(luò)線上的功率變化。線上的功率變化。 (1)首先考慮傳遞函數(shù)中沒有頻率調(diào)節(jié)器的情況。首先考慮傳遞函數(shù)中沒有頻率調(diào)節(jié)器的情況。 當(dāng)母線當(dāng)母線1

20、上的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)微型電源上的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)微型電源1的頻率偏移為的頻率偏移為 212111bbTsTbsbsPL微型電源微型電源2的頻率偏移為的頻率偏移為 212112bbTsbTbsPL從母線從母線1到母線到母線2聯(lián)絡(luò)線上功率變化為：聯(lián)絡(luò)線上功率變化為： 2111bbTsTbsPPLt1. 沒有自動(dòng)發(fā)電控制時(shí)的有功功率控制沒有自動(dòng)發(fā)電控制時(shí)的有功功率控制64142022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 電源電源1的初始頻率偏移為的初始頻率偏移為111LPb 電源電源2的初始頻率偏移為的初始頻率偏移為02聯(lián)絡(luò)線上的初始功率變化為聯(lián)絡(luò)線上的初始功率變化為 0tP 負(fù)荷負(fù)

21、荷1的瞬時(shí)功率改變開始時(shí)并不能由電源的瞬時(shí)功率改變開始時(shí)并不能由電源2提供，這是因?yàn)樘峁?，這是因?yàn)槁?lián)絡(luò)線對(duì)系統(tǒng)功率的變化具有積分的作用。另外聯(lián)絡(luò)線也不聯(lián)絡(luò)線對(duì)系統(tǒng)功率的變化具有積分的作用。另外聯(lián)絡(luò)線也不能存儲(chǔ)電能來支持負(fù)荷的瞬時(shí)變化。能存儲(chǔ)電能來支持負(fù)荷的瞬時(shí)變化。 在負(fù)荷變化瞬間，兩電源的頻率變化不相等將引起母線在負(fù)荷變化瞬間，兩電源的頻率變化不相等將引起母線1和和母線母線2之間的電壓相位差迅速變化，從而使得由電源之間的電壓相位差迅速變化，從而使得由電源1響應(yīng)母響應(yīng)母線線1上負(fù)荷瞬時(shí)變化的持續(xù)時(shí)間達(dá)到最小。上負(fù)荷瞬時(shí)變化的持續(xù)時(shí)間達(dá)到最小。 兩臺(tái)電源在暫態(tài)過程的初期即可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的分配，這與常

22、規(guī)兩臺(tái)電源在暫態(tài)過程的初期即可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的分配，這與常規(guī)的由同步發(fā)電機(jī)組成的多機(jī)系統(tǒng)不同。這對(duì)由分布式電源組的由同步發(fā)電機(jī)組成的多機(jī)系統(tǒng)不同。這對(duì)由分布式電源組成的微電網(wǎng)具有積極的作用成的微電網(wǎng)具有積極的作用 。系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，兩臺(tái)電源的頻率變化和頻率變化率將相等。系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，兩臺(tái)電源的頻率變化和頻率變化率將相等。 系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)頻率偏系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)頻率偏差和聯(lián)絡(luò)線上的功率變差和聯(lián)絡(luò)線上的功率變化為：化為： 111111LPbb111211/1LtPbbbP64152022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 當(dāng)負(fù)荷當(dāng)負(fù)荷1階躍變化而負(fù)荷階躍變化而負(fù)荷2不變，且兩臺(tái)電源均

23、沒有頻率恢復(fù)控不變，且兩臺(tái)電源均沒有頻率恢復(fù)控制時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線：制時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線： 由于系統(tǒng)具有恒定增益的傾斜特性，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化的瞬間，由于系統(tǒng)具有恒定增益的傾斜特性，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化的瞬間，頻率突然下降。頻率突然下降。64162022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 (2)考慮頻率恢復(fù)控制回路的作用考慮頻率恢復(fù)控制回路的作用 當(dāng)負(fù)荷發(fā)生當(dāng)負(fù)荷發(fā)生1變化而負(fù)荷變化而負(fù)荷2不變時(shí)，系統(tǒng)頻率將恢復(fù)到接近于額不變時(shí)，系統(tǒng)頻率將恢復(fù)到接近于額定頻率，此時(shí)穩(wěn)態(tài)頻率偏差和聯(lián)絡(luò)線上功率變化為定頻率，此時(shí)穩(wěn)態(tài)頻率偏差和聯(lián)絡(luò)線上功率變化為 11121111LPbb11121221

24、1/1LtPbbbP64172022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 穩(wěn)態(tài)時(shí)頻率偏移額定數(shù)值的大小由于調(diào)節(jié)器的作用而減小。穩(wěn)態(tài)時(shí)頻率偏移額定數(shù)值的大小由于調(diào)節(jié)器的作用而減小。 兩臺(tái)并列運(yùn)行的微型電源的穩(wěn)態(tài)頻率特性和負(fù)荷分配：兩臺(tái)并列運(yùn)行的微型電源的穩(wěn)態(tài)頻率特性和負(fù)荷分配： 設(shè)負(fù)荷變化前系統(tǒng)處于穩(wěn)定設(shè)負(fù)荷變化前系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，兩臺(tái)電源的輸出工作狀態(tài)，兩臺(tái)電源的輸出功率等于設(shè)定值，系統(tǒng)的總功率等于設(shè)定值，系統(tǒng)的總功率為：功率為： 2010_LLinitGPPP總的負(fù)荷由兩臺(tái)電源根據(jù)穩(wěn)總的負(fù)荷由兩臺(tái)電源根據(jù)穩(wěn) 態(tài)時(shí)的功率態(tài)時(shí)的功率-頻率傾斜特性分配。頻率傾斜特性分配。

25、兩臺(tái)電源的頻率傾斜特性的斜率分別為兩臺(tái)電源的頻率傾斜特性的斜率分別為 11011111_1bPKrefLPG22022211_2bPKrefLPG當(dāng)母線當(dāng)母線1的負(fù)荷變化時(shí)，系統(tǒng)總功率為的負(fù)荷變化時(shí)，系統(tǒng)總功率為 1201021_LLLGGfinalGPPPPPP64182022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 當(dāng)參考輸出功率不變時(shí)，根據(jù)電源的功率當(dāng)參考輸出功率不變時(shí)，根據(jù)電源的功率-頻率特性，系統(tǒng)頻頻率特性，系統(tǒng)頻率下降，電源的輸出功率增加，從而滿足負(fù)荷的需要。率下降，電源的輸出功率增加，從而滿足負(fù)荷的需要。 穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)增加的功率為穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)增加的功率為 121LGG

26、PPP因?yàn)榉€(wěn)態(tài)時(shí)兩臺(tái)電源的頻率變化相等，因此可得：因?yàn)榉€(wěn)態(tài)時(shí)兩臺(tái)電源的頻率變化相等，因此可得：11222111bPbPGG12121111/1/1/1LGPbbbP12121222/1/1/1LGPbbbP當(dāng)忽略每臺(tái)電源的功率當(dāng)忽略每臺(tái)電源的功率-頻率頻率動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)特性時(shí)，兩臺(tái)微型電源組成的特性時(shí)，兩臺(tái)微型電源組成的系統(tǒng)，其穩(wěn)態(tài)頻率特性也可用一條特性傾斜表示。系統(tǒng)，其穩(wěn)態(tài)頻率特性也可用一條特性傾斜表示。64192022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 2. 有自動(dòng)發(fā)電控制時(shí)的有功功率控制有自動(dòng)發(fā)電控制時(shí)的有功功率控制若兩臺(tái)分布式電源并列運(yùn)行，當(dāng)電源若兩臺(tái)分布式電源并列運(yùn)行

27、，當(dāng)電源1的功率設(shè)定值變化而電源的功率設(shè)定值變化而電源2的不變時(shí)，兩臺(tái)分布式電源的頻率變化以及聯(lián)絡(luò)線上的功率變的不變時(shí)，兩臺(tái)分布式電源的頻率變化以及聯(lián)絡(luò)線上的功率變化如下圖所示?；缦聢D所示。 64202022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 電源電源1設(shè)定參考功率的變化也將導(dǎo)致兩臺(tái)分布式電源所分配設(shè)定參考功率的變化也將導(dǎo)致兩臺(tái)分布式電源所分配的負(fù)荷功率發(fā)生變化。的負(fù)荷功率發(fā)生變化。 假設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)兩臺(tái)分布式電源的參考功率等于各自的本地負(fù)荷功假設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)兩臺(tái)分布式電源的參考功率等于各自的本地負(fù)荷功率，則暫態(tài)過程發(fā)生前系統(tǒng)的總功率為：率，則暫態(tài)過程發(fā)生前系統(tǒng)的總功率為： 201

28、0_LLinitGPPP11111bK22211bK兩電源頻率傾斜特性的斜率分別為兩電源頻率傾斜特性的斜率分別為當(dāng)電源當(dāng)電源1的頻率控制器的參考功率增加的頻率控制器的參考功率增加PL1-ref時(shí)，兩臺(tái)微電源之時(shí)，兩臺(tái)微電源之間的負(fù)荷分配如圖。間的負(fù)荷分配如圖。系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的總功率為系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的總功率為 201021_LLGGfinalGPPPPP64212022年2月2日星期三4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 當(dāng)頻率控制器的參考功率設(shè)定值發(fā)生變化而負(fù)荷不變時(shí)，總當(dāng)頻率控制器的參考功率設(shè)定值發(fā)生變化而負(fù)荷不變時(shí)，總的輸出功率由兩臺(tái)分布式電源重新分配來承擔(dān)，而系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的輸出功率由兩臺(tái)分布式電

29、源重新分配來承擔(dān)，而系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率發(fā)生了變化。頻率發(fā)生了變化。 由于負(fù)荷不變，即由于負(fù)荷不變，即 021LGGPPP兩臺(tái)電源的穩(wěn)態(tài)頻率偏差為：兩臺(tái)電源的穩(wěn)態(tài)頻率偏差為： 11111111111bsPbPrefLG222211bPG系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，兩臺(tái)電源的頻率偏差相同，則系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，兩臺(tái)電源的頻率偏差相同，則1122211/1/1bPbPPGrefLG21212211/1/1/1bbbPPrefLG21212212/1/1/1bbbPPrefLG 電源電源1的參考功率設(shè)定值變化將引起兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸出功率的參考功率設(shè)定值變化將引起兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸出功率變化。變化。64222022年2月2日星期三

30、4-2 4-2 有功功率控制有功功率控制 系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)頻率偏差為系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)頻率偏差為 21211/1/11bbPrefL當(dāng)忽略每臺(tái)電源的功率當(dāng)忽略每臺(tái)電源的功率-頻率動(dòng)態(tài)特性時(shí)，兩臺(tái)分布式電源組成頻率動(dòng)態(tài)特性時(shí)，兩臺(tái)分布式電源組成的系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)頻率特性也可用一條特性傾斜表示。的系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)頻率特性也可用一條特性傾斜表示。64232022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 微電網(wǎng)中分布式電源的電力電子轉(zhuǎn)換器通常采用半導(dǎo)體器件微電網(wǎng)中分布式電源的電力電子轉(zhuǎn)換器通常采用半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)，由于這些半導(dǎo)體器件所允許的電流容量受到限制，因?qū)崿F(xiàn)，由于這些半導(dǎo)體器件所允許的電流容量受到限制，

31、因此必須控制微電網(wǎng)中分布式電源輸出的視在功率。此必須控制微電網(wǎng)中分布式電源輸出的視在功率。 視在功率控制可采用有功功率調(diào)節(jié)器和無功功率調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)。視在功率控制可采用有功功率調(diào)節(jié)器和無功功率調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)。 有功功率控制器可采用頻率傾斜特性實(shí)現(xiàn)。有功功率控制器可采用頻率傾斜特性實(shí)現(xiàn)。 無功功率控制器可采用負(fù)荷電壓幅值與分布式電源輸出的無無功功率控制器可采用負(fù)荷電壓幅值與分布式電源輸出的無功功率之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。功功率之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。 64242022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 用于無功用于無功-電壓控制的分布式電源建模與常規(guī)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電壓控制的分布式電源建模與常

32、規(guī)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的有功有功-頻率控制系統(tǒng)類似，電壓和無功關(guān)系采用一階滯后傳遞函頻率控制系統(tǒng)類似，電壓和無功關(guān)系采用一階滯后傳遞函數(shù)表示：數(shù)表示： URLsQQtotalLM 電力系統(tǒng)中的無功負(fù)荷可分為與電壓無關(guān)和電壓有關(guān)的負(fù)荷電力系統(tǒng)中的無功負(fù)荷可分為與電壓無關(guān)和電壓有關(guān)的負(fù)荷兩大類。兩大類。 與電壓相關(guān)的負(fù)荷主要為電感、電容等無源負(fù)荷，以及電機(jī)與電壓相關(guān)的負(fù)荷主要為電感、電容等無源負(fù)荷，以及電機(jī)等。這些負(fù)荷對(duì)分布式電源將起到負(fù)荷調(diào)節(jié)作用。等。這些負(fù)荷對(duì)分布式電源將起到負(fù)荷調(diào)節(jié)作用。 負(fù)荷的無功功率變化引起的電壓變化的關(guān)系為：負(fù)荷的無功功率變化引起的電壓變化的關(guān)系為：URQvoltL若設(shè)與電壓

33、無關(guān)的無功負(fù)荷為若設(shè)與電壓無關(guān)的無功負(fù)荷為QL，則系統(tǒng)中總的無功變化可，則系統(tǒng)中總的無功變化可表示為表示為 URQQLtotalLURRLsQQLM設(shè)計(jì)時(shí)使設(shè)計(jì)時(shí)使RR，則上式可簡化為，則上式可簡化為URLsQQLM64252022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 與有功與有功-頻率控制中的頻率調(diào)節(jié)器相似，無功功率控制器中也頻率控制中的頻率調(diào)節(jié)器相似，無功功率控制器中也包含一個(gè)由電壓恢復(fù)回路組成的電壓調(diào)節(jié)器。包含一個(gè)由電壓恢復(fù)回路組成的電壓調(diào)節(jié)器。 當(dāng)控制器采用當(dāng)控制器采用DSP實(shí)現(xiàn)時(shí)，電壓傾斜特性和電壓恢復(fù)回路用實(shí)現(xiàn)時(shí)，電壓傾斜特性和電壓恢復(fù)回路用軟件實(shí)現(xiàn)。軟件實(shí)現(xiàn)。

34、 無功負(fù)荷的變化與電壓偏差之間的關(guān)系為無功負(fù)荷的變化與電壓偏差之間的關(guān)系為 RLssTRLssQRLssTRLssQsUGrefLGL11111164262022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 設(shè)設(shè)s=0可得電壓響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)偏移為可得電壓響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)偏移為RQRQUrefLL因?yàn)樨?fù)荷無功功率的變化將引起分布式電源輸出的無功功率變因?yàn)樨?fù)荷無功功率的變化將引起分布式電源輸出的無功功率變化，因此可將上式改寫為：化，因此可將上式改寫為：RQRQUrefLG上式為線性方程，可用電壓上式為線性方程，可用電壓-無功靜態(tài)特性曲線表示。無功靜態(tài)特性曲線表示。 當(dāng)改變控制器的設(shè)定參考無功功率

35、時(shí)，特性曲線將沿著當(dāng)改變控制器的設(shè)定參考無功功率時(shí)，特性曲線將沿著QG軸平移。軸平移。 64272022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 若兩臺(tái)具有無功若兩臺(tái)具有無功-電壓控制的分布式電源通過聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)，則系電壓控制的分布式電源通過聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)，則系統(tǒng)無功潮流的方向如圖所示。統(tǒng)無功潮流的方向如圖所示。 母線母線1送到聯(lián)絡(luò)線上的無功功率為送到聯(lián)絡(luò)線上的無功功率為 t1L1G1QQQ母線母線2送到聯(lián)絡(luò)線上的無功功率為送到聯(lián)絡(luò)線上的無功功率為 t2L2G2QQQ 一般情況下，從聯(lián)絡(luò)線一端輸入到聯(lián)絡(luò)線上的無功功率并不一般情況下，從聯(lián)絡(luò)線一端輸入到聯(lián)絡(luò)線上的無功功率并不等于聯(lián)絡(luò)線另

36、一端所接收的無功功率，因?yàn)殡娏€路為感性等于聯(lián)絡(luò)線另一端所接收的無功功率，因?yàn)殡娏€路為感性的，線路上將產(chǎn)生無功功率損耗。的，線路上將產(chǎn)生無功功率損耗。loss- tt2t1QQQ64282022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 因此聯(lián)絡(luò)線上的無功功率可表示為因此聯(lián)絡(luò)線上的無功功率可表示為1221t1t1cosUUXUQ1212t2t2cosUUXUQ2112假設(shè)假設(shè)12非常小，則非常小，則 1cos1221t1t1UUXUQ12t2t2UUXUQ設(shè)系統(tǒng)無功功率在穩(wěn)態(tài)時(shí)產(chǎn)生微小變化，則可得設(shè)系統(tǒng)無功功率在穩(wěn)態(tài)時(shí)產(chǎn)生微小變化，則可得 220110t10t1t10UUUUX

37、UQQ 110220t20t2t20UUUUXUQQ因此聯(lián)絡(luò)線上無功功率變化為因此聯(lián)絡(luò)線上無功功率變化為 21t10t1UUXUQ12t20t2UUXUQ64292022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 若忽略聯(lián)絡(luò)線上無功功率損耗的變化，則若忽略聯(lián)絡(luò)線上無功功率損耗的變化，則21t0t2t1tUUXUQQQU0為系統(tǒng)母線的額定電壓。為系統(tǒng)母線的額定電壓。設(shè)額定電壓的標(biāo)么值為設(shè)額定電壓的標(biāo)么值為1，則聯(lián)絡(luò)線上無功功率變化可簡化為，則聯(lián)絡(luò)線上無功功率變化可簡化為 21tt1UUXsQ兩臺(tái)分布式電源組兩臺(tái)分布式電源組成的微電網(wǎng)的無功成的微電網(wǎng)的無功-電壓關(guān)系：電壓關(guān)系： 聯(lián)絡(luò)

38、線上無功功聯(lián)絡(luò)線上無功功率的方向取決于率的方向取決于兩條母線的相對(duì)兩條母線的相對(duì)電壓。電壓。 64302022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 穩(wěn)態(tài)情況下，穩(wěn)態(tài)情況下，U1和和U2不必相等，因?yàn)槁?lián)絡(luò)線的無功功率關(guān)不必相等，因?yàn)槁?lián)絡(luò)線的無功功率關(guān)系為恒定增益的傳遞函數(shù)。系為恒定增益的傳遞函數(shù)。 假設(shè)母線假設(shè)母線1負(fù)荷變化為負(fù)荷變化為QL1，而母線，而母線2負(fù)荷不變，當(dāng)無功功率控負(fù)荷不變，當(dāng)無功功率控制器中沒有電壓恢復(fù)回路時(shí)的傳遞函數(shù)為制器中沒有電壓恢復(fù)回路時(shí)的傳遞函數(shù)為 2222t1122tL1111 RsLRsLXRsLRsLXsQU 2222t11L1211RsLRs

39、LXRsLsQU 2222t1122L1t1RsLRsLXRsLRsLsQQ64312022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 當(dāng)母線當(dāng)母線1無功負(fù)荷發(fā)生階躍變化而母線無功負(fù)荷發(fā)生階躍變化而母線2無功負(fù)荷不變時(shí)，微電無功負(fù)荷不變時(shí)，微電網(wǎng)的無功網(wǎng)的無功-電壓響應(yīng)如下圖所示。電壓響應(yīng)如下圖所示。 兩臺(tái)電源的電壓都近似地按一階滯后傳遞函數(shù)下降。兩臺(tái)電源的電壓都近似地按一階滯后傳遞函數(shù)下降。 兩臺(tái)分布式電源的電壓偏移不同，這是因?yàn)閷⒙?lián)絡(luò)線等效為兩臺(tái)分布式電源的電壓偏移不同，這是因?yàn)閷⒙?lián)絡(luò)線等效為恒增益模型。恒增益模型。 64322022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控

40、制無功功率控制 微電網(wǎng)對(duì)無功負(fù)荷階躍變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析：微電網(wǎng)對(duì)無功負(fù)荷階躍變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析：當(dāng)微電網(wǎng)中沒有電壓調(diào)節(jié)器時(shí)，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)母線電壓和聯(lián)當(dāng)微電網(wǎng)中沒有電壓調(diào)節(jié)器時(shí)，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)母線電壓和聯(lián)絡(luò)線上功率變化為絡(luò)線上功率變化為22t12tL1111RRXRRXQU22t1L121RRXRQU22t12L1t1RRXRRQQ如果分布式電源具有電壓調(diào)節(jié)器，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，經(jīng)過一定的如果分布式電源具有電壓調(diào)節(jié)器，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，經(jīng)過一定的延遲時(shí)間后，系統(tǒng)電壓將恢復(fù)到接近于額定電壓。新的穩(wěn)態(tài)電延遲時(shí)間后，系統(tǒng)電壓將恢復(fù)到接近于額定電壓。新的穩(wěn)態(tài)電壓和聯(lián)絡(luò)線上功率偏差為壓和聯(lián)絡(luò)線上功率偏差為222

41、2t1122tL1111RRXRRXQU2222t11L1211RRXRQU2222t1122L1t1RRXRRQQ64332022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 當(dāng)在無功當(dāng)在無功-電壓控制器中加入電壓調(diào)節(jié)器后，微電網(wǎng)的無功電壓控制器中加入電壓調(diào)節(jié)器后，微電網(wǎng)的無功-電電壓響應(yīng)如下圖所示。壓響應(yīng)如下圖所示。 電壓偏移經(jīng)過一定的延遲后將接近于零。電壓偏移經(jīng)過一定的延遲后將接近于零。 電壓電壓-無功關(guān)系將受聯(lián)絡(luò)線電抗的影響，這與有功無功關(guān)系將受聯(lián)絡(luò)線電抗的影響，這與有功-頻率關(guān)系頻率關(guān)系不同，有功不同，有功-頻率特性與聯(lián)絡(luò)線的電抗無關(guān)。頻率特性與聯(lián)絡(luò)線的電抗無關(guān)。 643

42、42022年2月2日星期三4-3 4-3 無功功率控制無功功率控制 不同電源的電壓不同電源的電壓-無功特性沒有相同的穩(wěn)態(tài)參數(shù)，因此要找到無功特性沒有相同的穩(wěn)態(tài)參數(shù)，因此要找到兩臺(tái)分布式電源之間的共有的屬性很困難，畫出兩臺(tái)分布式兩臺(tái)分布式電源之間的共有的屬性很困難，畫出兩臺(tái)分布式電源組成的微電網(wǎng)的電壓傾斜曲線來表示無功功率分配將沒電源組成的微電網(wǎng)的電壓傾斜曲線來表示無功功率分配將沒有什么益處。有什么益處。 64352022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 三相配電系統(tǒng)，特別是低壓三相配電系統(tǒng)中，負(fù)荷通常是不三相配電系統(tǒng)，特別

43、是低壓三相配電系統(tǒng)中，負(fù)荷通常是不對(duì)稱的。對(duì)稱的。 微電網(wǎng)中的分布微電網(wǎng)中的分布式 電 源 若 采 用式 電 源 若 采 用PMW逆變器，逆變器，則可實(shí)現(xiàn)則可實(shí)現(xiàn)UPS功功能并可改善電能能并可改善電能質(zhì)量。質(zhì)量。 逆變器控制器的逆變器控制器的動(dòng)態(tài)性能可采用動(dòng)態(tài)性能可采用多環(huán)控制方法來多環(huán)控制方法來改善。改善。 不失一般性，逆變不失一般性，逆變器主電路采用如圖器主電路采用如圖所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 64362022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 逆變器的直流母線可采用恒定電壓源模擬，因?yàn)椴捎眠m當(dāng)?shù)哪孀兤鞯闹绷髂妇€

44、可采用恒定電壓源模擬，因?yàn)椴捎眠m當(dāng)?shù)闹绷髂芰看鎯?chǔ)裝置可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷跟蹤。直流能量存儲(chǔ)裝置可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷跟蹤。 開關(guān)器件如開關(guān)器件如IGBT等采用等采用PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)，使得逆變器能夠輸信號(hào)驅(qū)動(dòng)，使得逆變器能夠輸出頻率和幅值符合要求的正弦電壓。出頻率和幅值符合要求的正弦電壓。 PWM輸出波形中的高頻開關(guān)頻率成分通過二階低通濾波器輸出波形中的高頻開關(guān)頻率成分通過二階低通濾波器濾除。濾波后的電壓通過電抗器和變壓器送到負(fù)載。濾除。濾波后的電壓通過電抗器和變壓器送到負(fù)載。 變壓器二次側(cè)為星形帶中線的連接方式，使得逆變器既可帶變壓器二次側(cè)為星形帶中線的連接方式，使得逆變器既可帶三相負(fù)載，也可帶單相負(fù)載，滿足用戶的需

45、要。三相負(fù)載，也可帶單相負(fù)載，滿足用戶的需要。 一、三相不對(duì)稱物理量的復(fù)數(shù)表示一、三相不對(duì)稱物理量的復(fù)數(shù)表示 三相電壓和電流可表示為復(fù)數(shù)向量。對(duì)三相電壓和電流可表示為復(fù)數(shù)向量。對(duì)稱的三相物理量為正序向量，可表示為稱的三相物理量為正序向量，可表示為正的單邊帶傅立葉頻譜，相量的運(yùn)動(dòng)軌正的單邊帶傅立葉頻譜，相量的運(yùn)動(dòng)軌跡為復(fù)空間逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)的圓。跡為復(fù)空間逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)的圓。64372022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 除了對(duì)稱的物理量外，在分布式電源的逆變器側(cè)出現(xiàn)由負(fù)序分除了對(duì)稱的物理量外，在分布式電源的逆變器側(cè)出現(xiàn)由負(fù)序分量產(chǎn)

46、生的不對(duì)稱物理量是很常見的。量產(chǎn)生的不對(duì)稱物理量是很常見的。 三相三橋臂逆變器應(yīng)使由不對(duì)稱物理量產(chǎn)生的零序分量不能出三相三橋臂逆變器應(yīng)使由不對(duì)稱物理量產(chǎn)生的零序分量不能出現(xiàn)在逆變器輸出端，變壓器應(yīng)采用現(xiàn)在逆變器輸出端，變壓器應(yīng)采用D/yn連接方式，因此在三角連接方式，因此在三角形連接的逆變器側(cè)將僅有正序和負(fù)序分量。形連接的逆變器側(cè)將僅有正序和負(fù)序分量。 含有負(fù)序分量的不對(duì)稱物理量其向量在復(fù)平面的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢含有負(fù)序分量的不對(duì)稱物理量其向量在復(fù)平面的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓，其傅立葉頻譜將同時(shí)包含正和負(fù)的頻率邊帶，分別對(duì)應(yīng)于圓，其傅立葉頻譜將同時(shí)包含正和負(fù)的頻率邊帶，分別對(duì)應(yīng)于正序和負(fù)序分量。正序和負(fù)序分

47、量。設(shè)系統(tǒng)中的電壓或電流信號(hào)用設(shè)系統(tǒng)中的電壓或電流信號(hào)用f表示，則表示，則a、b和和c三相信號(hào)在復(fù)平面可表示為三相信號(hào)在復(fù)平面可表示為 tfataftftfcba23132jea 34j2ea 將將f(t)表示為直角坐標(biāo)形式：表示為直角坐標(biāo)形式： tftftfirj)(64382022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 若正弦信號(hào)若正弦信號(hào)fa(t)、fb(t)和和fc(t)對(duì)稱，其幅值為對(duì)稱，其幅值為Ap，角頻率為，角頻率為，則，則上式的極坐標(biāo)表示形式為上式的極坐標(biāo)表示形式為 tpeAtfj 向量在復(fù)平面的軌跡為以恒定角頻

48、率向量在復(fù)平面的軌跡為以恒定角頻率旋轉(zhuǎn)的圓。由于向量旋轉(zhuǎn)的圓。由于向量中僅包含正頻率復(fù)指數(shù)項(xiàng)，其傅立葉頻譜僅僅包含正的頻率中僅包含正頻率復(fù)指數(shù)項(xiàng)，其傅立葉頻譜僅僅包含正的頻率邊帶。邊帶。 如果正弦信號(hào)如果正弦信號(hào)fa(t)、fb(t)和和fc(t)還具有負(fù)序分量，則其向量的極還具有負(fù)序分量，則其向量的極坐標(biāo)表達(dá)式為坐標(biāo)表達(dá)式為 tntpeAeAtf-jj 向量向量f(t)在復(fù)平面的軌跡為橢圓，其主軸和輔軸的長度分別為在復(fù)平面的軌跡為橢圓，其主軸和輔軸的長度分別為Ap+An和和Ap-An。由于此時(shí)向量中同時(shí)具有正和負(fù)頻率的復(fù)指。由于此時(shí)向量中同時(shí)具有正和負(fù)頻率的復(fù)指數(shù)項(xiàng)，因此其傅立葉頻譜將同時(shí)包

49、含正和負(fù)的頻率邊帶。數(shù)項(xiàng)，因此其傅立葉頻譜將同時(shí)包含正和負(fù)的頻率邊帶。 將主電路中濾波電容將主電路中濾波電容Cf的電壓和流過電感的電壓和流過電感Lf和和Lt的電流表示成復(fù)的電流表示成復(fù)平面的向量。由于濾波器采用三相三線制，可用兩相變量表示平面的向量。由于濾波器采用三相三線制，可用兩相變量表示三相系統(tǒng)。因此三相系統(tǒng)。因此ab相和相和cb相之間濾波電容電壓可表示為相之間濾波電容電壓可表示為ucf(t)，a相和相和c相濾波電感相濾波電感Lf和電抗器和電抗器Lt的電流分別為的電流分別為iLf(t)和和iLt(t)。 64392022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微

50、型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 復(fù)平面的電壓和電流向量可定義為復(fù)平面的電壓和電流向量可定義為 tututuatutuicfrcfcbcfabcfcf,2,j31 tititiaatiatiiLfrLfcLfaLfLf,2,j131 tititiaatiatiiLtrLtcLtaLtLt,2,j131二、復(fù)數(shù)傳遞函數(shù)二、復(fù)數(shù)傳遞函數(shù) 不對(duì)稱的三相電壓和電流的復(fù)平面向量其幅值不相等，且對(duì)于不對(duì)稱的三相電壓和電流的復(fù)平面向量其幅值不相等，且對(duì)于零頻率點(diǎn)也不對(duì)稱。零頻率點(diǎn)也不對(duì)稱。對(duì)于單獨(dú)的交流正序信號(hào)每相傅立葉頻譜的幅值相等且為零頻對(duì)于單獨(dú)的交流正序信號(hào)每相傅立葉頻譜的幅值相等且為零頻率對(duì)稱，正

51、弦量率對(duì)稱，正弦量Asin(t)和和Acos(t)可分別表示為可分別表示為 2cos-jjtteeAtAj2sin-jjtteeAtA64402022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 交流信號(hào)實(shí)部分量的信號(hào)處理可采用傳遞函數(shù)的系數(shù)為復(fù)變量交流信號(hào)實(shí)部分量的信號(hào)處理可采用傳遞函數(shù)的系數(shù)為復(fù)變量s的實(shí)系數(shù)濾波器實(shí)現(xiàn)。的實(shí)系數(shù)濾波器實(shí)現(xiàn)。設(shè)低通濾波器的傳遞函數(shù)為設(shè)低通濾波器的傳遞函數(shù)為 crlpfssG11該傳遞函數(shù)的幅值和相位分別為該傳遞函數(shù)的幅值和相位分別為 crlpfssG11lg20 crlpfsArgsG11180低通

52、濾波器低通濾波器Grlpf(s)的幅頻特性和相頻特性如圖所示，截止頻率的幅頻特性和相頻特性如圖所示，截止頻率為為c=2(200)rad/s。 實(shí)數(shù)傳遞函數(shù)以實(shí)數(shù)傳遞函數(shù)以中心頻率中心頻率=0對(duì)稱對(duì)稱的。的。 64412022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 復(fù)數(shù)電壓和電流向量可采用復(fù)系數(shù)濾波器濾波。復(fù)數(shù)帶通濾波復(fù)數(shù)電壓和電流向量可采用復(fù)系數(shù)濾波器濾波。復(fù)數(shù)帶通濾波器的傳遞函數(shù)為器的傳遞函數(shù)為 ccbpfssG0j11 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)Gcbpf(s)可通過線性變換可通過線性變換ss-j0由低通濾波器由低通濾波器Grlpf(

53、s)獲得。獲得。 復(fù)數(shù)帶通濾波器的幅頻和相頻特性如圖所示。復(fù)數(shù)帶通濾波器的幅頻和相頻特性如圖所示。 當(dāng)分析微型電源的控制結(jié)構(gòu)時(shí)，可采用波特圖設(shè)計(jì)和分析控制當(dāng)分析微型電源的控制結(jié)構(gòu)時(shí)，可采用波特圖設(shè)計(jì)和分析控制器的性能。波特圖的頻率軸一般為對(duì)數(shù)坐標(biāo)，因此在同一圖上器的性能。波特圖的頻率軸一般為對(duì)數(shù)坐標(biāo)，因此在同一圖上可能不適合表示負(fù)的頻率成分。可能不適合表示負(fù)的頻率成分。 64422022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 因?yàn)椴ㄌ貓D只能給出正的頻率響應(yīng)，所以可將濾波器因?yàn)椴ㄌ貓D只能給出正的頻率響應(yīng)，所以可將濾波器Gcbpf(

54、s)的的正序和負(fù)序分量的響應(yīng)分別以正序和負(fù)序分量的響應(yīng)分別以Gcbpf(j)和和Gcbpf(-j)畫出。畫出。64432022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 復(fù)數(shù)濾波器正序分量的帶寬為復(fù)數(shù)濾波器正序分量的帶寬為c+0=2(300)rad/s，轉(zhuǎn)折頻，轉(zhuǎn)折頻率 處 的 相 位 為率 處 的 相 位 為 - 4 5 度 ； 而 負(fù) 序 分 量 的 帶 寬 為度 ； 而 負(fù) 序 分 量 的 帶 寬 為 c- 0= 2(100)rad/s，轉(zhuǎn)折頻率處的相位為，轉(zhuǎn)折頻率處的相位為45度。度。 采用波特圖分析負(fù)序分量的頻率響應(yīng)的相位

55、信息與正序分量采用波特圖分析負(fù)序分量的頻率響應(yīng)的相位信息與正序分量的相反。的相反。三、控制結(jié)構(gòu)三、控制結(jié)構(gòu) 采用直角坐標(biāo)的微電源與電網(wǎng)的電力電子接口濾波器的方框圖采用直角坐標(biāo)的微電源與電網(wǎng)的電力電子接口濾波器的方框圖 64442022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 tututuinvinvinv,j tututuCfCfCf,j tututuloadloadload,j tititiLfLfLf,j tititiLtLtLt,j逆變器系統(tǒng)的控制可采用電壓源逆變器控制器的同步旋轉(zhuǎn)逆變器系統(tǒng)的控制可采用電壓源逆變器控制器的同

56、步旋轉(zhuǎn)d-q坐坐標(biāo)變換設(shè)計(jì)方法。標(biāo)變換設(shè)計(jì)方法。 為得到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的無差調(diào)節(jié)特性，通常可采用為得到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的無差調(diào)節(jié)特性，通?？刹捎肞I控制器。控制器。 當(dāng)微型電源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)微型電源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，d-q坐標(biāo)變換的頻率是變化的，為坐標(biāo)變換的頻率是變化的，為保持逆變器的輸出信號(hào)的相位與線路信號(hào)的相位一致，需采保持逆變器的輸出信號(hào)的相位與線路信號(hào)的相位一致，需采用鎖相環(huán)用鎖相環(huán)(PLL)。 由于考慮系統(tǒng)的不對(duì)稱，正序和負(fù)序分量的控制是分別采用由于考慮系統(tǒng)的不對(duì)稱，正序和負(fù)序分量的控制是分別采用不同的旋轉(zhuǎn)參考軸實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更復(fù)雜。不同的旋轉(zhuǎn)參考軸實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更復(fù)雜。 下面采用一種不

57、需進(jìn)行下面采用一種不需進(jìn)行abc到到d-q坐標(biāo)變換的高性能的電流調(diào)節(jié)坐標(biāo)變換的高性能的電流調(diào)節(jié)方法。方法。 為保證系統(tǒng)的正序和負(fù)序分量控制性能，用于控制器的信號(hào)分為保證系統(tǒng)的正序和負(fù)序分量控制性能，用于控制器的信號(hào)分別采用正序和負(fù)序?yàn)V波器對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量的信號(hào)進(jìn)行分離。別采用正序和負(fù)序?yàn)V波器對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量的信號(hào)進(jìn)行分離。 64452022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 為保證系統(tǒng)在時(shí)變、不對(duì)稱情況下的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，控制為保證系統(tǒng)在時(shí)變、不對(duì)稱情況下的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，控制器采用分級(jí)控制方式。器采用分級(jí)控制方式。 采用電壓反饋調(diào)節(jié)實(shí)

58、現(xiàn)變壓器一次側(cè)電容濾波器的電壓采用電壓反饋調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)變壓器一次側(cè)電容濾波器的電壓Ucf(t)的控制，控制器采用合適性能的二階傳遞函數(shù)反饋控制。的控制，控制器采用合適性能的二階傳遞函數(shù)反饋控制。 中心的控制器采用矢量調(diào)節(jié)器，為逆變器的中心的控制器采用矢量調(diào)節(jié)器，為逆變器的IGBT通過所需通過所需要的占空比調(diào)節(jié)參考信號(hào)要的占空比調(diào)節(jié)參考信號(hào)dinv(t)，輸入的參考信號(hào)為逆變器，輸入的參考信號(hào)為逆變器的電壓調(diào)節(jié)參考值的電壓調(diào)節(jié)參考值Uinv*(t)。該控制器與直流電壓前饋傳遞函。該控制器與直流電壓前饋傳遞函數(shù)合成，防止直流電壓擾動(dòng)對(duì)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)性能的影響。數(shù)合成，防止直流電壓擾動(dòng)對(duì)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)性能的

59、影響。 64462022年2月2日星期三4-4 4-4 微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制微型電源在不對(duì)稱負(fù)荷情況的運(yùn)行和控制 更高層次的控制器為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)濾波器電更高層次的控制器為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)濾波器電感感Lf的電流。的電流。 為了將濾波電容電壓為了將濾波電容電壓Ucf(t)和濾波電感電流和濾波電感電流iLf(t)解耦，將電容解耦，將電容電壓電壓Ucf(t)與電感電流與電感電流iLf(t)在電流環(huán)的輸入端疊加。由于濾波在電流環(huán)的輸入端疊加。由于濾波電感電流不是最終的調(diào)節(jié)量，其穩(wěn)態(tài)性能不是很重要，因此電感電流不是最終的調(diào)節(jié)量，其穩(wěn)態(tài)性能不是很重要，因此電流環(huán)采用簡

60、單的比例調(diào)節(jié)。電流環(huán)采用簡單的比例調(diào)節(jié)。 為改善閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性，在電流環(huán)中加入電感為改善閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性，在電流環(huán)中加入電感Lt的前饋電流。該調(diào)節(jié)器結(jié)合了具有精確的電壓跟蹤能力和的前饋電流。該調(diào)節(jié)器結(jié)合了具有精確的電壓跟蹤能力和正弦擾動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié)功能的控制器。正弦擾動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié)功能的控制器。 最外層的控制器補(bǔ)償電抗器最外層的控制器補(bǔ)償電抗器Lt兩端的電壓降兩端的電壓降Ucvm(t)，用它修，用它修改電容電壓控制器的參考電壓。電抗器改電容電壓控制器的參考電壓。電抗器Lt考慮了變壓器的漏考慮了變壓器的漏抗。該電壓可將測(cè)量得到的電流與串聯(lián)電抗用合適的比例相抗。該電壓可將測(cè)量得到的電