微電源并網(wǎng)同步檢測與定功率輸出控制技術(shù)研究.pdf

1、作為可再生能源與分布式發(fā)電的有效組織方式，微電網(wǎng)既可并入大電網(wǎng)運行，也可自成體系而獨立運行。獨立運行的微電網(wǎng)必須滿足功率平衡以支撐其電壓與頻率的穩(wěn)定性，這就對并入微電網(wǎng)的各種微電源以及儲能裝置提出了較高要求,與傳統(tǒng)的大型發(fā)電機不同，微電源的輸出特性各異，且具有典型的間歇性和隨機性特征，多數(shù)基于電力電子逆變拓撲并入微電網(wǎng)。因逆變拓撲控制與微電網(wǎng)參數(shù)的交互耦合影響，將給微電源并網(wǎng)帶來一些亟待解決的新問題，包括并網(wǎng)逆變器的同步相位檢測方法、三

2、相逆變橋路的暫態(tài)保護技術(shù)等，這些問題的有效解決可提高微電源并網(wǎng)運行的可靠性。同時，為實現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)的功率平衡以及電壓與頻率穩(wěn)定，要求各個微電源及儲能裝置必須按照調(diào)度分配的指定功率進行發(fā)電，這迫切需要針對各種微電源和儲能裝置的輸出特性，研究相應(yīng)的定功率輸出控制策略。探索這些關(guān)鍵技術(shù)問題的解決方案，即構(gòu)成了本文研究的主要內(nèi)容。
　　 多數(shù)微電源采用電流控制型電壓源逆變器并入微電網(wǎng)。因線路電感與功率器件開關(guān)過程的交互作用，將在并網(wǎng)接入點

3、電壓上疊加一定幅值的開關(guān)紋波電壓，導(dǎo)致實際過零點時刻的多過零點現(xiàn)象，造成較大的電壓相位跟蹤誤差?；趧討B(tài)特性分析和實驗，本文系統(tǒng)研究了線路電感對接入點電壓波形的影響機制，證明采樣電壓的多過零點區(qū)域關(guān)于實際微電網(wǎng)電壓的過零點具有嚴格的左右對稱特征，并藉此提出一種改進的電壓過零點相位檢測算法，適用于單開關(guān)周期內(nèi)的多個過零點情形。針對開關(guān)電壓紋波較大的工況，將鎖相環(huán)技術(shù)和傅立葉級數(shù)計算相結(jié)合，提出一種準確跟蹤微電源并網(wǎng)接入點電壓相位的新方法，

4、并針對滯環(huán)電流控制方法，論證了基于傅立葉級數(shù)法計算電壓幅值和相位的準確度，并不受逆變器直流側(cè)電壓、線路電感及開關(guān)電壓的影響。為進一步提高相位跟蹤的實時性，并有效抑制外來干擾以及開關(guān)電壓紋波的影響，研究提出了基于“過采樣”技術(shù)的改進型三相軟件鎖相環(huán)算法，利用工頻周期的8k分解和加權(quán)均值處理，可有效抑制不利因素的影響，特別適用于三相三線制系統(tǒng)。仿真分析和物理實驗都表明上述相位檢測與跟蹤方法的有效性。
　　 針對三相逆變橋路的暫態(tài)保護

5、問題，通過建立基于器件雜散參數(shù)的等效電路模型，對微電源并網(wǎng)逆變橋的橋臂直通現(xiàn)象進行了深入分析，揭示了瞬間沖擊尖峰電流的產(chǎn)生機理，推導(dǎo)出尖峰電流幅值與瞬時變化率的計算公式。在理論分析和實驗研究的基礎(chǔ)上，基于LCRD組合網(wǎng)絡(luò)，提出一種微電源并網(wǎng)逆變橋的瞬態(tài)沖擊保護新拓撲，詳細分析了其工作機理，并藉此給出了拓撲參數(shù)的有效選擇準則。實驗研究表明，提出的沖擊保護拓撲可抑制功率器件開關(guān)瞬態(tài)過中的沖擊電流幅值以及瞬時電流與瞬時電壓變化率，有效防止開關(guān)

6、器件出現(xiàn)誤觸發(fā)和損壞，實現(xiàn)三相逆變器的正常工作和微電源的可靠并網(wǎng)。微電網(wǎng)正常運行的前提條件是保證發(fā)電和用電設(shè)備之間的有功與無功功率平衡，以實現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)的電壓與頻率穩(wěn)定，這要求對微電源及儲能實施定功率控制。本文基于理論分析和實驗，以太陽能光伏發(fā)電陣列、蓄電池儲能裝置和風(fēng)力發(fā)電裝置為主要受控對象，系統(tǒng)研究了微電源及儲能裝置的定功率輸出控制問題。
　　 基于光伏電池單元的基本參數(shù)關(guān)系，導(dǎo)出了光伏電池陣列輸出特性的單調(diào)函數(shù)關(guān)系，這為研究

7、相應(yīng)的定功率輸出快速跟蹤控制方法奠定了理論基礎(chǔ)。提出了基于高階構(gòu)造函數(shù)的光伏電池陣列定功率輸出控制方法，所構(gòu)造的函數(shù)在光伏陣列給定輸出功率點的導(dǎo)數(shù)為零，且二階導(dǎo)數(shù)小于零，使得光伏電池陣列由當(dāng)前輸出功率向給定功率自適應(yīng)逼近，可大幅度提高功率跟蹤的響應(yīng)速度?；趨⒖级搪冯娏鞣ê烷_路電壓法，推導(dǎo)出高階構(gòu)造函數(shù)中各參數(shù)的計算公式。進一步建立了基于上述方法的非線性控制系統(tǒng)模型，基于小電壓擾動和線性化方法分析了影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，并給出控制參

8、數(shù)的取值準則與范圍。針對所提出的定功率輸出跟蹤控制方法，開展了仿真和實驗研究，驗證了該方法的有效性和快速性。
　　 針對微電網(wǎng)獨立運行時儲能蓄電池的定功率充放電拓撲結(jié)構(gòu)，基于坐標變換推導(dǎo)出三相交流側(cè)指令電流的計算方法，并將滑模變結(jié)構(gòu)控制理論引入到輸出電流的跟蹤控制中，基于離散趨近率函數(shù)參數(shù)的自適應(yīng)變化，提出一種自適應(yīng)的離散滑模變結(jié)構(gòu)電流控制方法，可有效實現(xiàn)蓄電池充放電電流的實時跟蹤與柔性控制。通過對控制系統(tǒng)的深入分析，獲得了控制

9、參數(shù)應(yīng)滿足的臨界條件與定量關(guān)系式，可用于控制參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。構(gòu)建了儲能蓄電池的定功率充放電系統(tǒng)仿真模型與實驗樣機，仿真與實驗結(jié)果都表明該控制方案可較好地實現(xiàn)蓄電池的定功率充放電功能，且系統(tǒng)對外界干擾和參數(shù)攝動具有較強的魯棒性。
　　 針對微電網(wǎng)內(nèi)的定槳距雙饋風(fēng)力發(fā)電單元，通過改變風(fēng)輪機葉尖速比，建立電磁輸出功率的有效控制方法。進一步研究了雙饋風(fēng)力發(fā)電機在風(fēng)速突變時輸出功率的波動現(xiàn)象，提出一種基于超級電容器緩沖的實時功率補償方法，