本文關(guān)鍵詞：智能微型電網(wǎng)系統(tǒng)孤島模式中逆變器并聯(lián)控制技術(shù)的研究　出處：《浙江大學(xué)》2014年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：在微型電網(wǎng)孤島模式中,采用多臺(tái)電壓源型逆變器并聯(lián)可以使微型電網(wǎng)具有更好的冗余性、穩(wěn)定性和可靠性,但是各臺(tái)逆變器輸出電壓之間的微小差異會(huì)在并聯(lián)系統(tǒng)中產(chǎn)生環(huán)流,引發(fā)逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率不平衡,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致逆變器過(guò)載甚至并聯(lián)系統(tǒng)的崩潰。因此,如何根據(jù)微型電網(wǎng)中每一個(gè)逆變器單元的功率容量,精確的實(shí)現(xiàn)按任意比例均分用戶(hù)負(fù)載功率,并且有效的抑制系統(tǒng)內(nèi)部的環(huán)流,避免任何一個(gè)單元因?yàn)檫^(guò)載或者過(guò)流受到損害,對(duì)于智能微型電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。有鑒于此,本文將工作重點(diǎn)放在微型電網(wǎng)孤島模式中逆變器并聯(lián)系統(tǒng)控制技術(shù)的研究,通過(guò)對(duì)多臺(tái)電壓源型逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模分析,設(shè)計(jì)一套行之有效的控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)智能微型電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)在孤島模式中的設(shè)計(jì)需求。首先,本文簡(jiǎn)要介紹了智能微型電網(wǎng)的定義,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),運(yùn)行模式和控制系統(tǒng),并對(duì)電力電子技術(shù)在智能微型電網(wǎng)中的應(yīng)用以及智能微型電網(wǎng)中逆變器的工作模式進(jìn)行了探討。在此基礎(chǔ)之上,本文對(duì)傳統(tǒng)的逆變器并聯(lián)控制技術(shù)進(jìn)行了分析和總結(jié),提出了結(jié)合有線(xiàn)并聯(lián)和無(wú)線(xiàn)并聯(lián)二者優(yōu)勢(shì)的改進(jìn)方向。其次,本文對(duì)多臺(tái)電壓源型逆變器并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模分析,提出了多臺(tái)電壓源型逆變器按照任意比例分擔(dān)負(fù)載功率情況下逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型。隨后通過(guò)對(duì)并聯(lián)系統(tǒng)中連線(xiàn)阻抗的優(yōu)化設(shè)計(jì),本文提出了優(yōu)化的多臺(tái)電壓源型逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,包括優(yōu)化并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型,優(yōu)化并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流數(shù)學(xué)模型,優(yōu)化并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流小信號(hào)模型。同時(shí),本文還對(duì)優(yōu)化的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了研究。第三,在優(yōu)化的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,本文從以下幾方面對(duì)逆變器連線(xiàn)阻抗進(jìn)行了分析,包括：(1)逆變器連線(xiàn)阻抗對(duì)并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流的影響；(2)逆變器連線(xiàn)阻抗對(duì)交流母線(xiàn)電能質(zhì)量的影響；(3)逆變器連線(xiàn)阻抗對(duì)并聯(lián)系統(tǒng)功率損耗的影響。隨后,本文基于以上分析,對(duì)優(yōu)化的并聯(lián)系統(tǒng)中逆變器連線(xiàn)阻抗參數(shù)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了總結(jié)。第四,在優(yōu)化的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,本文提出了逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流功率數(shù)學(xué)模型,描述了在多臺(tái)電壓源逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中按照任意比例均分負(fù)載功率時(shí)環(huán)流功率與各臺(tái)逆變器輸出電壓幅值差和相位差的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系。在環(huán)流功率數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,本文對(duì)傳統(tǒng)下垂法抑制環(huán)流的機(jī)制建立了數(shù)學(xué)模型,并對(duì)傳統(tǒng)下垂法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。隨后針對(duì)傳統(tǒng)下垂法的缺點(diǎn),本文提出了一種基于環(huán)流功率的并聯(lián)控制策略(ω-Pcir和V-Qcir控制),并對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模分析,從理論上驗(yàn)證了改進(jìn)并聯(lián)控制策略的優(yōu)勢(shì)。第五,本文結(jié)合有線(xiàn)并聯(lián)的優(yōu)勢(shì),以及智能微型電網(wǎng)的應(yīng)用背景,尤其是根據(jù)并網(wǎng)／孤島模式切換過(guò)程的設(shè)計(jì)需求,對(duì)改進(jìn)的并聯(lián)控制策略進(jìn)行修正,提出了一種應(yīng)用于智能微型電網(wǎng)孤島模式的包括穩(wěn)態(tài)電壓控制器和并網(wǎng)前再同步控制器在內(nèi)的控制策略。第六,根據(jù)本文的理論研究成果和設(shè)計(jì)的控制策略,對(duì)微型電網(wǎng)孤島模式中逆變器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了細(xì)化分析,隨后對(duì)微型電網(wǎng)中逆變器單元的離散控制系統(tǒng)和功率電路涉及的參數(shù)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。在此設(shè)計(jì)過(guò)程中,本文針對(duì)傳統(tǒng)功率算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析,提出了一種基于p-1瞬時(shí)功率理論的改進(jìn)功率算法。最后,本文通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)本文提出的研究成果進(jìn)行了驗(yàn)證：(1)通過(guò)PLECS仿真平臺(tái)對(duì)優(yōu)化的多臺(tái)電壓源型逆變器并聯(lián)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,環(huán)流功率數(shù)學(xué)模型,改進(jìn)的并聯(lián)控制策略以及微型電網(wǎng)孤島模式控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證；(2)搭建了三臺(tái)單相逆變器樣機(jī),組建逆變器并聯(lián)系統(tǒng),用于模擬微型電網(wǎng)的孤島運(yùn)行模式,對(duì)本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)PLECS軟件仿真結(jié)果,驗(yàn)證了本文提出的電壓源逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型和環(huán)流功率數(shù)學(xué)模型的正確性以及可行性。同時(shí)根據(jù)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,本文提出的基于環(huán)流功率數(shù)學(xué)模型的改進(jìn)并聯(lián)控制策略(即ω-Pcir和V-Qcir控制),能夠有效地抑制并聯(lián)系統(tǒng)中的有功環(huán)流和無(wú)功環(huán)流,相比于傳統(tǒng)下垂法控制策略有更佳的穩(wěn)態(tài)性能和良好的動(dòng)態(tài)性能,是一種非常適合應(yīng)用于智能微型電網(wǎng)孤島模式中多臺(tái)電壓源型逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的控制策略。
[Abstract]:In the micro grid islanding mode, the redundancy of the parallel connection of a plurality of voltage source inverter can make the micro grid has better stability and reliability, but little difference between the output voltage of each inverter produces circulation in parallel system, causing the inverter output active power and reactive power imbalance will lead to serious inverter parallel system overload or even collapse. Therefore, according to the micro grid in each inverter unit power capacity, the realization of sharing user load power at any ratio, and effectively suppress the internal circulation, avoid any one unit because of overload or over-current damage, for the design of intelligent micro energy management system the grid is a big challenge. In view of this, this paper will focus on the micro grid islanding mode in parallel inverter Research on system control technology, through the mathematical modeling of multiple voltage source inverter parallel system analysis, design a set of effective control system to achieve the design requirements in islanding mode in smart micro grid energy management system. Firstly, this paper briefly introduces the definition of smart micro grid topology, operation mode and control system, and the electric power electronic technology in the smart micro grid and the application of intelligent inverter microgrid operation mode are discussed. On this basis, the parallel inverter of the traditional control technology are analyzed and summarized, put forward the improvement direction of the combination of wired and wireless parallel parallel two advantage. Secondly, this paper the voltage source type inverter parallel system of multiple mathematical modeling analysis, put forward a voltage source inverter with arbitrary load power sharing ratio The unified mathematical model of parallel inverter system conditions. Then based on the optimal design of parallel system of line impedance, this paper presents the mathematical model of multiple voltage source inverter parallel system optimization, including the steady-state optimization model of parallel system, circulation optimization mathematical model of parallel system, circulation of small signal model of parallel system optimization. At the same time, the dynamic characteristics optimization of parallel inverter system is studied. Third, based on the mathematical model of parallel inverter system optimization, this paper from the following aspects of inverter connected line impedance is analyzed, including: (1) effect of line impedance of parallel inverter system circulation; (2) effects of inverter line impedance on the AC bus power quality; (3) effect of line impedance of inverter parallel system power loss. Then, based on the analysis based on the optimization The design principle of inverter line impedance parameters in parallel system are summarized. Fourth, based on the mathematical model of parallel inverter system optimization, proposed power circulation mathematical model of parallel inverter system, describes the voltage source inverter and parallel system in Taiwan were according to any proportion circulation power and the inverter output voltage when the load power amplitude difference and phase difference function. Based on the mathematical model of power circulation, circulation mechanism of inhibition of the traditional droop method to establish a mathematical model, and the advantages and disadvantages of traditional droop method are summarized. Then according to the shortcomings of traditional droop method, this paper presents a parallel circulation power control strategy based on (Omega -Pcir and V-Qcir control), and carries on the mathematical modeling analysis, the improved parallel control strategy advantage in theory Fifth. In this paper, the advantages of parallel cable, and the application background of smart micro grid, especially according to the design requirements of grid connected / island mode switching process, the improved parallel control strategy is modified, the paper presents a design of intelligent micro grid islanding mode including steady-state voltage controller and synchronous controller, grid connected before control strategy. Sixth, based on the theoretical research results and the design of control strategy, implementation scheme for the inverter control system of microgrid islanding mode is analyzed in detailed analysis, analysis and design parameters then discrete control system and power circuit of inverter type micro grid unit involved. In the design process, in this paper. The disadvantages of the traditional power of the algorithm is analyzed, and proposes an improved algorithm P-1 power based on instantaneous power theory. Finally, this paper The results of simulation and experiment in this paper was verified: (1) through the PLECS simulation platform of multiple voltage source inverter mathematical model of parallel system optimization, power circulation mathematical model, parallel control strategy and control system of microgrid islanding mode simulation improved; (2) built three single-phase the formation of inverter prototype, parallel inverter system for islanding operation mode of micro grid simulation and control system designed in this paper is verified by experiment. According to the simulation results of PLECS software, confirmed the optimized mathematical model and mathematical model of circulation power voltage source inverter system proposed by this paper is correct and feasible. At the same time, according to the results of simulation and experiment proved that the improved parallel circulation power mathematical model control strategy based on the proposed (i.e. Omega -Pcir and V-Qcir, can effectively control) Suppression of active parallel circulation system and reactive power circulation, compared to the traditional droop method has better control of steady-state performance and good dynamic performance, is a very suitable for the intelligent microgrid islanded multiple voltage source inverter parallel system control strategy.

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM464

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本文編號(hào)：1438526