下垂控制微电网的频率调节特性的研究

关键 词 ：下垂 控制 ；微 电 网；孤 岛运行模 式 ；频 率调 节 ；电压 调 节 中图分 类号 ： Ｔ Ｍ７ ２ ７ 文献标 识 码 ： Ａ 文章 编号 ：１ ６ ７ １ — ０ ３ ２ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ０ １ — ０ ５
微 电网可 以综 合利 用 网 内各 种 类 型 的分布 式 电 源 Ｄ Ｇ （ Ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） ，就地 为 负 荷 供 电 ， 与 大 电 网单 点接 人 ，减 小 可再生 、具有 间歇性 和 随 机性的 Ｄ Ｇ对 电 网的影 响 ，有 效提 高 电力 系统 运 行
统运行与控制 。
变器 不能稳定工作 ，所 以可 以近似认为 ：ｓ ｉ ｎ 圭
，
Ｃ Ｏ Ｓ 圭 ｌ 。因此 ，式（ １ ） 和（ ２ ） 可简化为式（ ３ ） 和（ ４ ） 。
．
１ ．
山
西
电
力
２ ０ １ ３年第 ５ 期
１ ． １ 有功 功 率特 性
（ 孚一 等 ＋ 等ｓ ｉ ｎ ０ ・ 咖 （ ３ ） 指 出可 以通 过 逆 变 器 控 制 回 路 调 节 逆 变 器 端 阻抗 ｚ近似 呈纯 感性 ，从 而 可 以实现 Ｐ 、Ｑ和 西、 Ｑ － （ 等号 ＋ 等ｃ ｏ ｓ ０ ・ 咖 （ ４ ） ｚ，使 的解 耦控 制 。
（ １ ． 山 西 省 电 力勘 测设 计 院 ，山西 太 原 ０ ３ ０ ０ ０ １ ； ２ ． 太 原 理 工 大 学 电 气 与动 力工 程 学 院 ，山西 太 原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
摘 要 ：指 出微 电 网采 用下 垂控 制 可 以减 小对 通信 系统 的依 赖 ，提 高微 电 网的可 靠性 ，易 于实现
第 ５期 （ 总第 １ ８ ２ 期）
２ ０ １ ３年 １ ０月
山 ５（ Ｓ ｅ ｒ ． １ ８ ２ ）
Ｏｃ ｔ ．２０１ ３
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＥＬ ＥＣ Ｔ ＲＩ Ｃ Ｐ ０ Ｗ ＥＲ
下垂控 制微 电 网的频率调节特性 的研究
杨俊 虎 ，韩 肖清 ，高文 军
分布 式 电源和 负荷 的 即插 即 用 基 于逆 变 器采 用下 垂控 制 方 式 的基 本 原 理 ．讨论 了逆 变器 的端
电压 、相 角与 其 输 出的有 功 功率 、 无功 功 率 的相 关 性 ：理 论研 究 了逆 变器采 用 下垂控 制 的 频 率
调 节 作 用和 下垂 控 制微 电 网的频 率调 节特 性 ：最 后在 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ仿 真平 台搭 建 一微 电网 的
图 １中 Ｅ表示 公共母 线 的 电压 ；Ｖ表示 逆 变器 的 端 电 势 ；假 设 Ｅ的相 角 为 ０ ， 西 则 表 示 与 Ｅ 之 间的相 角差 ；Ｚ为 逆变 器 的端 阻抗 ，０ 为 阻抗 角 。
用” ，分析了下垂控制微电网的频率调节作用 。
逆变器输出的有功功率 Ｐ 、无功功率 Ｑ可表示为式
（ １ ） 和（ ２ ） 。
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ４ — １ ２ ， 修 回 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ７ — ０ ６
作 者简介 ：杨俊虎 （ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 山西太原人 ， ２ ０ １ ２ 年毕业于太 原
理工 大学 电力 系统及其 自动化专业 ， 硕士 ， 助理 工程师 ， 研究方 向为电力 系统运行 与控 制 、 新 能源技术 ；
逆变器 输 出的频率 ∞较 相角差 西更 容易 监 测 ，一般监测频率 代替相角差 西对逆变器进行 控 制 。 逆 变 器 采 用 下 垂 控 制 模 拟 传 统 发 电机 Ｐ ＿ ∞
和Ｑ — Ｖ特 性对 微 电 网的频 率 和 电压进 行解 耦 控 制 ， 可表 示 为式 （ １ ２ ） 。其 中 ， 。 、Ｖ 。 分 别 表示 逆 变 器 的 空 载运 行 频 率 和 电压 ；ｍ ｐ 、 分别 表 示 Ｐ ＿ 和
Ｄ Ｇ逆 变器 采 用 下垂 控 制 的理论 基 础 ，理 论 研 究 了
下垂 控 制逆 变器 的频 率调 节 作用 和 下垂 控制 微 电网
图 １ 逆变器并ｌ 网的等 值 模 型
的频率调节特性 ，通过 Ｍ ａ ｔ ａ ｌ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 仿真验证了
下 垂 控 制 微 电 网 可 以实 现 负 荷 和 Ｄ Ｇ的 “ 即插 即
（ 等ｃ ｏ ｓ 咖 一 等 ＋ 等ｓ ｉ ｎ 咖 ｓ ｉ ｎ Ｏ（ １ ）
Ｑ － （ ｃ ｏ ｓ 一 等 一 等ｓ ｉ ｎ ｓ ｉ ｎ Ｏ（ ２ ）
Ｄ Ｇ并 联运 行 时 ，Ｄ Ｇ逆 变器 的端 电势 与 微 电 网节 点母 线 Ｅ的相 角差 西 非 常 小 ，否则 Ｄ Ｇ逆
韩 肖清 （ １ ９ ６ ４ 一 ） ， 女， 山西太原 人 ， 教授 ， 博士生导师 ，
研究方 向为电力 系统运行 与控 制 、 新 能源技术 ；
高文 军 （ １ ９ ８ ５ 一 ） ， 男， 山西忻州 人 ， ２ ０ １ ２ 年毕 业于太 原 理工 大学 ， 硕士， 助理 工程师 ， 主要研 究方 向为电力 系
仿 真 模 型 ．分 析 了 负荷 并 网和分 布 式 电 源并 网时微 电 网的动 态特 性 ．以及 下垂控 制 逆 变 器的频 率调 节 作 用 。研 究表 明 ，下 垂控 制 的微 电 网能 够 自动调 节 系统 的 电压 和 频 率 ．动 态调 节逆 变 器 的 空载运行 参 数 可 以实现微 电 网频 率 的无差 调 节
１ 下 垂 控 制 的原 理
Ｄ Ｇ逆 变器 并 人 微 电 网公共 交 流母 线 的等值 电
路如 图 １ 所示 。
击
的效率和供 电可靠性。 目 前微电网还处于实验室研
究 阶段 ，控 制 问题 是微 电 网实现 推 广应 用 首先 需要
解决 的问题 ［ １ ＿ ３ ］ 。
本 文 以下垂 控 制 的微 电 网为 研 究对 象 ，分 析 了