基于自调节下垂系数的微电网控制策略
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第 32 卷第 2 期 2017 年 6 月
电 力 科 学 与 技 术 学 报 JOURNAL OF EIECTRIC POWER SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol.32 No.2 Jun.2017
基于自调节下垂系数的微电网控制策略
郭 通，李燕青，仝 年，史依茗
（华北电力大学 河北省输变电设备安全防御重点实验室，河北 保定 071003）
中图分类号：TM761
Control strategy of micro-grid based on self-adjustable droop coefficient
GUO Tong, LI Yan-qing, TONG nian, SHI Yi-ming
（Hebei Provincial Key Laboratory of Power Transmission Equipment Security Defense, North China Electric Power University, Baoding 071003, China）
Abstract: The traditional droop control method can not fully applicable in the case of R>>X in micro-grid. This paper presented that the active power of the inverter output was determined by the amplitude of voltage in low voltage micro grid. Whereas, the voltage is a local variable, the active power can not be distributed reasonably under the condition of different line impedance or mutational load demand. Thus, a self-adjustable droop coefficient control strategy was proposed in this paper, and the droop coefficient could be automatically adjusted with the change of line impedance and load. A simulation model on MATLAB/Simulink was established to verify the effectiveness of the proposed control strategy, and the simulation results show that the proposed strategy can achieve the reasonable distribution of active power on the condition of the different line impedance and mutational load demand when DGs are in parallel, which can improve the stability of micro-grid. Key words：micro-grid; droop control; distributed generation(DG); self-adjustable
78
电
力
科
学
与
技
术
学
报
2017 年 6 月
源发展、保障能源安全、应对气候变化、推动能源பைடு நூலகம்和经济社会可持续发展等方面发挥重要的作用
[1-3]
网控制策略，通过仿真验证该方法可有效改善并 联系统线路阻抗不同时功率均分问题。
。
微电网的控制主要包括 V/f 控制、PQ 控制以及下垂 控制，采用下垂控制的微电网，可以实现并网与 离网的无缝切换，减小电网的冲击电流，同时可 以实现微电源的即插即用[4]。 在 3 种控制方式中，下垂控制具有明显的优 势，但也有一些问题。首先，传统下垂控制只适 用于阻抗 X ≫ R 的高压输电线路。由于低压微网中 此条件不能满足，不能忽略 R。其次，在传统下垂 控制中下垂系数固定不变，当并联线路阻抗存在 差异或负荷需求变化时， DG 输出功率会出现波 动，这将造成微网频率和电压的偏移。最后，微 网 中的 频率是 全局 变量， 但是 电压不是全 局变 量，所以当采用传统下垂控制方法时，各 DG 的线 路连接阻抗差异、负荷不同会导致微网系统功率 不能准确分配。 文献[5-6]针对DG连接线路阻抗差异影响功率 分配的问题，指出线路阻抗越大的DG分担的功率 越少；文献 [7-8] 通过加入虚拟阻抗来解决因线路 阻抗不同引起的无功功率均分问题，但虚拟阻抗 改变了控制结构，同时会产生一定压降，影响输 出电压的精确度；文献 [9] 为了实现逆变器并联系 统中阻抗不同的情况负荷功率的合理分配，给出 一种对逆变器输出端电压进行粗调和微调相结合 的下垂控制方案，但会引起PCC处的电压降低；文 献 [10] 针对低压微电网，提出了一种基于 Vg/Vdc 的 改进P/V下垂控制方法，这种控制策略下，分布式 发电单元的直流侧功率仅仅受其自身算法调节， 而不会受到逆变接口的控制算法的影响；文献[11] 基于 P-f ， Q-V ，分析了线路阻抗不同引起的功率 不能均分问题，但没有体现出在低压微电网中有 功功率P和局部变量电压V的关系；文献[12]在分析 阻性逆变器环流特性的基础上，提出了一种逆变 器并联鲁棒下垂多环控制方法，可有效实现并联 系统的环流抑制和功率精确分配；文献[13]将各逆 变器的下垂系数分别用与有功和无功相关的一次函 数来代替，根据输出功率自动调节下垂系数来实现 功率均分，其参数计算复杂且动态响应较差。 笔者针对低压微电网 R ≫ X 的特点，以 P-V 关 系模型为基础，提出一种自调节下垂系数的微电
摘
要：在微电网中，当R ≫ X时,传统的下垂控制方法并不完全适用。分析得出：在低压微电网中，电压幅值决
定换流器输出的有功功率，但电压为局部变量，在线路阻抗不同和负荷需求突变的情况下，各DG有功功率不能 合理分配；为此，提出一种自调节下垂系数的控制策略，下垂系数随线路阻抗和负荷的变化而自动调整，从而实 现有功功率的合理分配；仿真分析结果表明：在DG并联运行时，线路阻抗不同和负荷变动的条件下，该方法可 以实现有功功率的合理分配，提高了微电网系统的稳定性。 关 键 词：微电网；下垂控制；分布式电源；自调节 文献标志码：A 文章编号：1673-9140（2017）02-0077-06
微电网代表了未来一种电力能源组织结构发 展趋势，是推进能源发展及经营管理方式变革的
—————————————— 收稿日期：2016-08-30 通信作者：郭
重要载体，对推进节能减排和实现能源可持续发 展具有重要意义。微电网的建设将在促进清洁能
通（1990-） ，男，硕士研究生，主要从事微电网运行与控制、新能源发电技术等研究；E-mail：gt272054746@
电 力 科 学 与 技 术 学 报 JOURNAL OF EIECTRIC POWER SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol.32 No.2 Jun.2017
基于自调节下垂系数的微电网控制策略
郭 通，李燕青，仝 年，史依茗
（华北电力大学 河北省输变电设备安全防御重点实验室，河北 保定 071003）
中图分类号：TM761
Control strategy of micro-grid based on self-adjustable droop coefficient
GUO Tong, LI Yan-qing, TONG nian, SHI Yi-ming
（Hebei Provincial Key Laboratory of Power Transmission Equipment Security Defense, North China Electric Power University, Baoding 071003, China）
Abstract: The traditional droop control method can not fully applicable in the case of R>>X in micro-grid. This paper presented that the active power of the inverter output was determined by the amplitude of voltage in low voltage micro grid. Whereas, the voltage is a local variable, the active power can not be distributed reasonably under the condition of different line impedance or mutational load demand. Thus, a self-adjustable droop coefficient control strategy was proposed in this paper, and the droop coefficient could be automatically adjusted with the change of line impedance and load. A simulation model on MATLAB/Simulink was established to verify the effectiveness of the proposed control strategy, and the simulation results show that the proposed strategy can achieve the reasonable distribution of active power on the condition of the different line impedance and mutational load demand when DGs are in parallel, which can improve the stability of micro-grid. Key words：micro-grid; droop control; distributed generation(DG); self-adjustable
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力
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与
技
术
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2017 年 6 月
源发展、保障能源安全、应对气候变化、推动能源பைடு நூலகம்和经济社会可持续发展等方面发挥重要的作用
[1-3]
网控制策略，通过仿真验证该方法可有效改善并 联系统线路阻抗不同时功率均分问题。
。
微电网的控制主要包括 V/f 控制、PQ 控制以及下垂 控制，采用下垂控制的微电网，可以实现并网与 离网的无缝切换，减小电网的冲击电流，同时可 以实现微电源的即插即用[4]。 在 3 种控制方式中，下垂控制具有明显的优 势，但也有一些问题。首先，传统下垂控制只适 用于阻抗 X ≫ R 的高压输电线路。由于低压微网中 此条件不能满足，不能忽略 R。其次，在传统下垂 控制中下垂系数固定不变，当并联线路阻抗存在 差异或负荷需求变化时， DG 输出功率会出现波 动，这将造成微网频率和电压的偏移。最后，微 网 中的 频率是 全局 变量， 但是 电压不是全 局变 量，所以当采用传统下垂控制方法时，各 DG 的线 路连接阻抗差异、负荷不同会导致微网系统功率 不能准确分配。 文献[5-6]针对DG连接线路阻抗差异影响功率 分配的问题，指出线路阻抗越大的DG分担的功率 越少；文献 [7-8] 通过加入虚拟阻抗来解决因线路 阻抗不同引起的无功功率均分问题，但虚拟阻抗 改变了控制结构，同时会产生一定压降，影响输 出电压的精确度；文献 [9] 为了实现逆变器并联系 统中阻抗不同的情况负荷功率的合理分配，给出 一种对逆变器输出端电压进行粗调和微调相结合 的下垂控制方案，但会引起PCC处的电压降低；文 献 [10] 针对低压微电网，提出了一种基于 Vg/Vdc 的 改进P/V下垂控制方法，这种控制策略下，分布式 发电单元的直流侧功率仅仅受其自身算法调节， 而不会受到逆变接口的控制算法的影响；文献[11] 基于 P-f ， Q-V ，分析了线路阻抗不同引起的功率 不能均分问题，但没有体现出在低压微电网中有 功功率P和局部变量电压V的关系；文献[12]在分析 阻性逆变器环流特性的基础上，提出了一种逆变 器并联鲁棒下垂多环控制方法，可有效实现并联 系统的环流抑制和功率精确分配；文献[13]将各逆 变器的下垂系数分别用与有功和无功相关的一次函 数来代替，根据输出功率自动调节下垂系数来实现 功率均分，其参数计算复杂且动态响应较差。 笔者针对低压微电网 R ≫ X 的特点，以 P-V 关 系模型为基础，提出一种自调节下垂系数的微电
摘
要：在微电网中，当R ≫ X时,传统的下垂控制方法并不完全适用。分析得出：在低压微电网中，电压幅值决
定换流器输出的有功功率，但电压为局部变量，在线路阻抗不同和负荷需求突变的情况下，各DG有功功率不能 合理分配；为此，提出一种自调节下垂系数的控制策略，下垂系数随线路阻抗和负荷的变化而自动调整，从而实 现有功功率的合理分配；仿真分析结果表明：在DG并联运行时，线路阻抗不同和负荷变动的条件下，该方法可 以实现有功功率的合理分配，提高了微电网系统的稳定性。 关 键 词：微电网；下垂控制；分布式电源；自调节 文献标志码：A 文章编号：1673-9140（2017）02-0077-06
微电网代表了未来一种电力能源组织结构发 展趋势，是推进能源发展及经营管理方式变革的
—————————————— 收稿日期：2016-08-30 通信作者：郭
重要载体，对推进节能减排和实现能源可持续发 展具有重要意义。微电网的建设将在促进清洁能
通（1990-） ，男，硕士研究生，主要从事微电网运行与控制、新能源发电技术等研究；E-mail：gt272054746@