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多束缚下光储零碎的灵敏假造惯性控制办法

电网中散布式电源的少量接入低落了零碎的旋转惯性,假造同步发电机(VSG)技能作为处理这一题目的无效途径,其假造惯量的灵敏可调具有明显劣势,但其灵敏调理时必需满意多种束缚条件的限定。

该文联合实践工况提出一种多束缚限定下的灵敏假造惯性(M-FVI)控制办法,该办法统筹储能单位的极限任务形态、零碎频率变革率、换流器容量以及零碎单元工夫功率可调量的影响。搭建含光储VSG单位的四端零碎模子,并树立该零碎的小信号模子,应用根轨迹法剖析所提控制战略中要害参数对零碎波动性的影响纪律,给出了控制参数的设计办法及准绳。最初,经过硬件在环实行平台验证了所提多束缚下假造惯性控制战略的无效性与适用性。

比年来,以光伏、风电为主的新动力发电在电网中的占比敏捷添加,相较于传统以同步发电机为主的电力零碎,此类散布式电源(Distributed Generator, DG)接入零碎大多基于电力电子变更器接口,自身不存在有利于坚持零碎频率波动的旋转惯性,其浸透率的不时添加会低落零碎全体的转动惯量,当零碎发作扰动时频率的动摇会增大,严峻影响到电力零碎的静态呼应及波动性。因而怎样经过控制算法改进DG接入电网的敌对性是一个亟待处理的题目。

针对散布式电源接入大电网或许微电网,晚期接纳的控制战略包罗基于旋转坐标系解耦的电流型控制战略和下垂控制战略,可以模仿同步发电机一次调频特性并完成散布式电源的功率分派,但以上控制战略不具有旋转惯性和阻尼重量,使得电力零碎全体的惯性减小,波动性遭到影响。

因而假造同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制技能作为处理这一题目的无效途径遭到普遍存眷,该控制理念最早由德国的克劳斯塔尔产业大学Beck传授提出,为VSG控制算法的研讨奠基了头脑根底。

文献[6]经过对VSG控制算法的下垂控制器停止修正并添加微分关键以减小并联运转逆变器空载运转电压和频率差值,并无效地赔偿因盘算带来的控制滞后。文献[7]提出的VSG控制算法可以在多能互补微网中进步电能质量。

别的,许多文献均在差别方面临VSG控制算法停止改良,验证了其相比于传统控制算法的劣势。可见,现在的研讨根本构建了成熟的VSG控制算法,为之后的研讨奠基了实际根底,但以上的研讨范围于对同步发电机恒定转动惯量的模仿,其假造惯量的灵敏可控性并没有失掉充沛应用。

为克制上述缺陷,VSG零碎的灵敏可控性开端遭到越来越多的存眷。

文献[8-9]剖析了差别假造惯质变化下基于VSG控制算法的散布式电源对频率差别的静态支持状况,提出一种基于Bang- Bang控制的惯性系数调理办法。
文献[11]在有功-频率控制关键模仿了同步发电机的转子活动特性和一次调频特性,提出以零碎频率变革率为束缚条件的灵敏假造同步机(Flexible Virtual Synchronous Generator, FVSG)控制战略。
文献[16]提出接纳最佳阻尼最近克制VSG零碎功率和频率的振荡的自顺应控制战略,零碎呼应工夫和超调量等静态目标失掉优化,静态功能失掉进步。
文献[18]提出VSG频率自规复控制战略,无效克制频率越限,使频率较快规复,且能在不依赖庞大通讯零碎的状况下无效进步独立微网的频率波动性。
文献[19]提出了一种基于旋转同步坐标系的微电网分层控制战略,完成频率疾速跟踪,改进波形质量。

以上研讨大多将假造惯量同零碎频率变革联络起来,应用VSG中假造惯量的灵敏可调性来改进零碎功能。但已有的研讨疏忽了很多束缚假造惯性灵敏调理的紧张条件,如储能零碎的荷电形态(State of Charge, SOC)、霎时开释或吸取功率才能的巨细以及换流器的容量限定等,如不合错误其停止零碎研讨,这些要素将会间接障碍假造惯性零碎将来的适用化。

综上,为了加强光储灵敏惯性控制办法的适用性和工程使用代价,本文提出一种基于蓄电池充放电极限、频率变革率、换流器容量以及零碎单元工夫功率可调量影响的多束缚下灵敏假造惯性(Multi-constrained Flexible Virtual Inertia, M-FVI)控制战略。

搭建含光储VSG单位的四端零碎模子,树立小信号模子,应用根轨迹法剖析所提控制战略中要害参数对零碎波动性的影响纪律,使用条理剖析法以及三维曲面剖析给出了各个控制参数的设计办法及准绳,并经过硬件在环实行平台对所提控制战略停止了验证,以进步VSG控制技能的工程使用代价。

多束缚下光储零碎的灵敏假造惯性控制办法
图11(a)控制器级硬件在环测试平台设计框图

多束缚下光储零碎的灵敏假造惯性控制办法
图11(b)测试平台实物图

总结
1)针对光储单位提出的M-FVI控制战略,在统筹假造惯性灵敏调理的根底上,充沛思索了蓄电池荷电形态、零碎频率变革率、换流器容量以及零碎单元工夫功率可调量等多束缚的影响,具有较高工程适用性。
2)经过树立四端小信号模子及根轨迹剖析失掉了要害参数对零碎波动性的影响纪律,在此根底上接纳条理剖析法以及三维曲面图剖析给出了次要控制参数的设计办法及准绳,并探求失掉零碎波动运转的界限束缚条件,添加了参数设计的精确性。
3)无论是零碎极限运转形态下照旧正常工况下,本文所提战略可以依据各束缚的影响水平自动调理假造惯量的巨细,从而改进零碎的波动运转功能,进步蓄电池、换流器等设置装备摆设的运用寿命,关于VSG控制算法的工程化使用具有肯定的参考意义。

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