高泽;杨建华;季宇;刘海涛;苏剑
【摘 要】为了实现并网时直流负荷在各个接口变换器之间功率的均匀分配,提高直流母线电压质量,采用了分层控制对接口变换器进行控制。第一层控制采用直流电压-有功功率耦合的下垂控制方法,实现了负荷均匀分配;第二层控制针对下垂控制可能导致的直流母线电压跌落,采用补偿直流母线电压参考值的方法,恢复母线电压的稳定,保证了直流母线电压的质量。通过根轨迹法对控制方法进行了分析,并利用DIg SILENT仿真软件搭建微电网模型,仿真结果验证了控制策略的正确性。 【期刊名称】《电器与能效管理技术》
【年(卷),期】2015(000)002
【总页数】6页(P56-60,69)
【关键词】微电网;接口变换器;下垂控制;根轨迹;均匀分配
【作 者】高泽;杨建华;季宇;刘海涛;苏剑
【作者单位】;;;;;
【正文语种】中 文
【中图分类】TM714
0 引言
交直流混合微电网含有交流母线和直流母线，可以同时向交流负荷与直流负荷供电［1-2］，大大增加了供电的灵活性，具有较高的发展潜力。
目前，交直流母线间的AC/DC接口变换器(Interlinking Converter，IC)的并网控制方法主要包括恒功率控制、恒电压控制和下垂控制。恒功率控制需要依赖高频通信线实现电流指令信号的传输，降低了系统的可靠性，提升了系统维护成本［3］。采用恒电压控制的双向变换器使得IC的传输功率不可控，不利于并网，且母线电压或者频率的平衡完全依赖于双向变换器，降低了系统稳定性［4］。下垂控制可以依据系数分担负荷的变化量，调整各个变
换器输出电压的频率和幅值，最终实现输出功率的合理分配，无需高频通信线进行信号传输，实现分布式电源的即插即用［5］。很多学者对交直流混合微电网的控制方法进行了研究［6-11］，尤其对传统下垂控制进行了诸多的改进［12-16］。这些改进方法大都是以交流电压频率-有功功率耦合的下垂控制［2］为基础。在并网情况下，微电网交流子网的电压与频率由交流电网保持稳定，采用频率-有功功率耦合的方法已不利于直流负荷变动时IC间功率的均匀分配，降低了系统的稳定性。
本文提出了一种基于直流电压-有功功率的耦合关系的分层控制方法，在直流负荷变化时可实现IC功率的均匀分配，同时提高直流母线的电压质量。下垂控制的特性可能会带来母线电压的跌落，降低了电压质量。因此除了挑选合适的系数之外，本文还引入了直流电压的第二层控制，用以补偿电压跌落，恢复直流母线电压的稳定。
1 交直流混合微电网结构
典型的交直流混合微电网结构如图1所示。该微电网主要由交流子网、直流子网组成。交直流母线间的AC/DC接口变换器(IC)控制交直流两侧的功率流动，可以是单台或者多台。S1、S2为IC交流侧的隔离开关。分布式电源、储能与负荷通过各自的接口变换器与母线相
连。
图1 典型的交直流混合微电网结构图
豆渣搅拌机2 控制系统设计
本文设计的负荷分配与直流电压控制包括两层，控制结构图如图2所示。
图2 控制结构图
第一层控制为基于功率-直流电压耦合关系的下垂控制，对该台IC的输出功率和直流母线电压进行控制。参考有功功率P0与测量有功功率P in的计算输入功率误差，经过比例控制器后得到误差ΔU，与额定电压U0相加，得到直流电压参考值U dcref。U dcref经过已广泛采用的电压电流双环解耦控制器［2］，获得AC/DC变换器的调制信号P m。其中，直流电压环控制器主要用于保证对直流母线电压的控制，同时产生电流内环的参考信号I ref;电流内环主要进行精细的控制，用于提高IC输出的电能质量［2］。电压电流双环控制结构图如图3所示。设定无功功率参考值Q ref为0。
图3 电压电流双环结构图
下垂控制器是模仿发电机组工频静特性的一种控制方法，其控制原理如图4所示。其中，变换器的初始运行点为A，输出的额定功率P0，直流侧母线额定电压为U0。当直流微电网内负荷突然增大或分布式电源输出功率减少时，变换器输出功率增大，导致电压下降，系统运行点变为B。
ca1214综上所述，可得下垂控制为
式中:K——下垂系数。
图4 下垂控制原理
第二层控制为直流电压控制，用以补偿下垂控制造成的电压跌落，提高母线的电压质量。当直流电压未超过允许范围时，电压参考值U0与直流电压测量值U dc经过死区控制后的值为0，第二层控制不作用;直流电压超过允许范围时，直流电压控制将作用，U0与U dc的差，经过PI控制得到ΔU c，对参考电压值U dcref进行补偿，使得直流电压恢复到允许范围内。因此，式(1)可以变为
3 稳定性分析
3.1 电流控制器
电流内环控制器控制结构如图5所示。其中，G PI为交流电流比例积分控制器，G PWM为变换器传递函数，G Delay为变换器的惯性环节，G F为电感滤波器和线路的传递函数。
图5 电流内环控制器结构图
式中:k1——电流控制器的比例系数;
T1——电流控制器的积分时间常数;
k PWM——逆变器的增益;
T D——时间常数;
L——滤波器与线路的电感;
R——滤波器与线路的电阻。
取 R=0.01 Ω，L=0.01 mH，T1=0.01，T D=0.01，作出电流环比例系数的根轨迹如图6所
示。从图6可以看出，所有主导极点均位于左半平面，电流环处于稳定状态［17］。
图6 电流环根轨迹
3.2 电压控制器
直流电压环的控制结构如图7所示。其中，G PI为直流电压PI控制器，G Current为电流环传递函数，GU-I为用于连接变换器交流电流和直流电压的传递函数，其表达式可通过功率守恒得出［3］。
图7 直流电压环结构框图
在不考虑变换器损耗的情况下，变换器交直流两侧满足功率守恒关系:
式中:ed、eq——交流侧电压的 d、q 轴分量;
U dc——直流母线电压;
i L——变换器直流侧流向直流微电网方向的电流。
ecall测试
污染处理将式(8)进行小信号分析，并将结果转换到s域，可得
若交流侧电压三相对称，且满足单位功率因数，在只考虑d轴电流干扰的情况下，解得
取电流环比例系数为0.02，电压环积分时间常数为0.01，作出电压环比例系数的根轨迹如图8所示。从图8可以看出，所有主导极点均位于左半平面，直流电压环处于稳定状态。
3.3 下垂控制器
发布任务>pc104总线下垂控制采用比例控制器，控制结构图如图9所示。其中，G Voltage为电压环传递函数，GU-P为用于连接变换器有功功率和直流电压的传递函数。
图8 直流电压环根轨迹
图9 下垂控制结构框图
功率和电压的关系如式(11)所示，进行小信号分析，并将结果转换到s域，可以得到式(12)。
