微電網(wǎng)控制策略研究

1、微電網(wǎng)控制策略研究1. 分布式電源及其等效模型1.1 分布式電源的定義國際上關(guān)于分布式發(fā)電的定義較多，沒有形成對分布式發(fā)電的統(tǒng)一定義，不僅不同國家和組織，甚至是同一國家的不同地區(qū)對分布式發(fā)電的理解和定義都不盡相同，以下是幾種比較有代表性的：（1）國際能源署對分布式發(fā)電的定義為：服務(wù)于當(dāng)?shù)赜脩艋虍?dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的發(fā)電站，包括內(nèi)燃機(jī)、小型或微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池和光伏發(fā)電技術(shù)，以及能夠進(jìn)行能量控制及需求側(cè)管理的能源綜合利用系統(tǒng)；（2）美國公共事業(yè)管理政策法對分布式發(fā)電的定義為：小規(guī)模、分散布置在用戶附近，可獨(dú)立運(yùn)行、也可以聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電系統(tǒng)；（3）丹麥對分布式發(fā)電的定義為：靠近用戶，不連接到高壓輸電網(wǎng)，裝

2、機(jī)規(guī)模小于10MW的能源系統(tǒng)；（4）德國對分布式發(fā)電的定義為：位于用戶附近，接入中低壓配電網(wǎng)的電源。接入電壓等級限制為20kV，主要包括光伏、風(fēng)電和小水電；（5）法國對分布式發(fā)電的定義為：接入低壓配電網(wǎng)，直接向用戶供電的電源。接入電壓等級限制為20kV，容量限制為10MW，主要是熱電聯(lián)產(chǎn)、小水電和柴油機(jī)。綜合以上幾種定義的共同點(diǎn)，可以認(rèn)為分布式電源指的是以新能源發(fā)電為主，容量較小且靠近負(fù)荷中心的發(fā)電設(shè)備，如小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池等。目前，微電網(wǎng)示范工程中的分布式電源主要包括柴油機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、小型水力發(fā)電機(jī)、小型風(fēng)機(jī)、燃料電池和光伏電池，此外，還有少數(shù)的生物柴油機(jī)、液流電池、超級電容、飛輪

3、儲(chǔ)能等。1.2 分布式電源的并網(wǎng)方式雖然各種分布式電源都可以接入微電網(wǎng)為負(fù)荷供電，但由于它們自身的一下特點(diǎn)和微電網(wǎng)對電能質(zhì)量及供電可靠性的要求，各類分布式電源的并網(wǎng)方式不盡相同。小型水力發(fā)電機(jī)、鼠籠型異步風(fēng)機(jī)和柴油機(jī)等小型常規(guī)發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定，可直接并網(wǎng)。光伏電池、燃料電池和直流風(fēng)機(jī)等直流分布式電源輸出直流電，通常需要經(jīng)逆變器接入交流微電網(wǎng)，這種并網(wǎng)方式稱為直交式并網(wǎng)。微型燃?xì)廨啓C(jī)和同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出幅值頻率變化的交流電電氣量,需要整流逆變后才能并網(wǎng)，這種并網(wǎng)方式稱為交直交并網(wǎng)，對應(yīng)的分布式電源統(tǒng)稱交直2交分布式電源。為了保證分布式電源的靈活性和可靠性，在微電網(wǎng)設(shè)計(jì)中主要采用經(jīng)逆變器接入的分布式

4、電源，包括直流分布式電源和交直交分布式電源。另外，微電網(wǎng)設(shè)計(jì)中還加入了大量的儲(chǔ)能裝置，如蓄電池、超級電容和液流電池等，它們也需要經(jīng)過雙向逆變器與微電網(wǎng)連接。本文把直流分布式電源和交直交分布式電源統(tǒng)稱為逆變型分布式電源(Inverter Basic Distributed Generation,下文簡稱IBDG),并對其進(jìn)行建模。1.3 分布式電源建模無論直流分布式電源，還是交直交分布式電源,為了使逆變器輸入端電壓滿足要求（電壓等級和電壓穩(wěn)定性要求），逆變器前端通常需要加入DC-DC變換器，因此逆變器前端可以看做直流穩(wěn)壓電源，IBDG也就可以看做直流穩(wěn)壓電源和逆變器的串聯(lián)模型，如圖1所示。IBD

5、G等效模型中的PWM逆變器為電壓型逆變器，下文對逆變器的分析均針對電壓型逆變器。圖1 IBDG等效模型圖2. 逆變器常用的控制方法根據(jù)上文，IBDG由直流環(huán)節(jié)經(jīng)電壓型逆變器并網(wǎng)，逆變器輸出端的電壓電流頻率由逆變器的控制策略決定，電壓的幅值由逆變器輸入端直流電壓和逆變器控制策略共同決定。因此，逆變器的控制策略在整個(gè)微電網(wǎng)控制中就顯得尤為重要。常用的控制方法有PQ控制，VF控制和下垂控制。2.1 PQ控制PQ控制指的是逆變器輸出的有功功率P和無功功率Q的大小可控，均可以根據(jù)設(shè)定值輸出。圖2 PQ雙環(huán)控制框圖PQ雙環(huán)控制框圖如圖2所示。在逆變器與電網(wǎng)連接線上測量電流和電壓，并對測定得值進(jìn)行dq變換，

6、dq變換得到電壓的d軸分量ud和q軸分量uq，電流的d軸分量id和q軸分量iq。瞬時(shí)功率模塊根據(jù)基于dq變換的瞬時(shí)功率計(jì)算方法計(jì)算時(shí)候逆變器輸出的有功功率P和無功功率Q，并將所得結(jié)果P和Q輸出。功率外環(huán)控制模塊根據(jù)有功功率的設(shè)定值Pref和無功功率的設(shè)定值Qref以及逆變器輸出的實(shí)時(shí)有功功率P和無功功率Q生成電流直軸分量參考值id_ref和交軸分量參考值iq_ref并輸出。電流內(nèi)環(huán)控制模塊根據(jù)id_ref，iq_ref，id和iq，生成脈寬調(diào)制系數(shù)d軸分量Pmd和q軸分量Pmq。逆變驅(qū)動(dòng)信號生成模塊根據(jù)Pmd和Pmq生成逆變器驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)逆變器工作，使逆變器輸出功率與設(shè)定值接近，從而實(shí)現(xiàn)了逆變

7、器的PQ控制。圖3 PQ外環(huán)控制框圖PQ雙環(huán)控制包括PQ外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制。PQ外環(huán)控制框圖如圖3所示，逆變器輸出的實(shí)時(shí)有功功率P與參考值Pref作比較得到差值P，實(shí)時(shí)有功功率Q與參考值Qref作比較得到差值Q,對P和Q分別進(jìn)行PI控制輸出電流直軸分量參考值idref和交軸分量參考值iqref。本文中，考慮到實(shí)際中逆變器均有限流環(huán)節(jié)，所以對參考電流進(jìn)行了限幅控制。限幅控制通過中的dq分量限幅模塊實(shí)現(xiàn)。圖4電流內(nèi)環(huán)控制框圖電流內(nèi)環(huán)控制如圖4所示，id_ref和id差值通過比例積分控制輸出脈寬調(diào)制系數(shù)d軸分量Pmd，iq_ref和iq差值通過比例積分控制輸出脈寬調(diào)制系數(shù)q軸分量Pmq。逆變驅(qū)動(dòng)

8、信號生成模塊根據(jù)Pmd和Pmq以及PWM相關(guān)算法（本文選擇SPWM算法）生成逆變器驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)逆變器開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷，控制逆變器工作。PQ控制下的逆變器，只要有功功率的設(shè)定值Pref和無功功率的設(shè)定值Qref設(shè)置得當(dāng)，不超過逆變器的容量和最大允許電流，則逆變器輸出的有功功率有功功率P和無功功率Q跟隨設(shè)定值，因而實(shí)現(xiàn)了PQ控制。PQ控制方式通過將有功功率和無功功率解耦，對電流進(jìn)行控制。在微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行模式下，微電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷波動(dòng)、頻率和電壓擾動(dòng)均由大電網(wǎng)承擔(dān)，各分布式電源不參與微電網(wǎng)頻率和電壓的調(diào)節(jié)，直接采用電網(wǎng)頻率和電壓作為支撐。綜上，PQ控制的優(yōu)勢在于，可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)節(jié)有功功率的設(shè)定值Pr

9、ef和無功功率的設(shè)定值Qref，將其應(yīng)用到光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等發(fā)電量不穩(wěn)定系統(tǒng)中，可以最大限度地提高新能源的利用率。其缺點(diǎn)在于，采用該種控制方式的分布式電源并不能維持系統(tǒng)的頻率和電壓。如果是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的微網(wǎng)系統(tǒng)。則系統(tǒng)中必須有維持頻率和電壓的分布式電源。如果是與常規(guī)電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，則由常規(guī)電網(wǎng)維持電壓和頻率。2.2 V-f控制V-f控制即恒壓恒頻控制，指的是通過控制手段使逆變器輸出端口電壓的幅值U和頻率f保持恒定。圖5 V-f雙環(huán)控制框圖V-f控制通常采用雙環(huán)控制，雙環(huán)控制框圖如圖5所示。與上文中PQ雙環(huán)控制一樣，V-f雙環(huán)控制以同樣的方法得到id，iq和P。另外，V-f雙環(huán)控制通過鎖相環(huán)測得

10、系統(tǒng)頻率f，通過電壓幅值計(jì)算模塊得到逆變器出口處線電壓幅值U。V-f外環(huán)控模塊根據(jù)電壓幅值的設(shè)定值Uref、頻率的設(shè)定值fref、逆變器輸出的實(shí)時(shí)有功功率P、系統(tǒng)頻率f和逆變器出口處線電壓幅值U生成電流直軸分量參考值id_ref和交軸分量參考值iq_ref并輸出。電流內(nèi)環(huán)控制模和逆變驅(qū)動(dòng)信號生成模塊功能與上文PQ雙環(huán)控制一樣，不再贅述。圖6 V-f外環(huán)控制框圖V-f外環(huán)控制框圖如圖6所示，頻率設(shè)定值fref與實(shí)時(shí)系統(tǒng)頻率f差值f經(jīng)PI控制輸出有功功率參考值Pref，Pref與逆變器輸出有功功率P差值經(jīng)比例積分控制輸出電流參考值直流分量，電壓額定值Uref和逆變器端口電壓U差值U經(jīng)比例積分控制輸

11、出電流參考值交流分量，電流參考值交直流分量經(jīng)dq分量綜合限幅模塊進(jìn)行幅值限制，輸出id_ref和iq_ref。V-f雙環(huán)控制的內(nèi)環(huán)控制也是電流控制，與PQ雙環(huán)控制中的電流內(nèi)環(huán)控制方法一樣，因此不再贅述。在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式下，由V-f控制的IBDG調(diào)節(jié)微電網(wǎng)內(nèi)的微電網(wǎng)頻率和電壓,維持微電網(wǎng)的頻率和電壓穩(wěn)定。2.3 下垂（Droop）控制下垂（Droop）控制是指通過控制逆變器實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的頻率一次調(diào)整相類似的調(diào)節(jié)特性。目前針對逆變器主要采用的下垂控制方法與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)相似，采用有功頻率（Pf）和無功電壓（QV）的調(diào)節(jié)方式。逆變器的有功頻率（Pf）的調(diào)節(jié)特性如圖7所示，當(dāng)系統(tǒng)頻率f

12、下降時(shí)，逆變器輸出的有功功率P增加；系統(tǒng)頻率f上升時(shí)，逆變器輸出的用功功率P減小。因此逆變器輸出的有功功率P隨著系統(tǒng)頻率f變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到維持系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的作用。顯然這種調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)，與同步發(fā)電機(jī)的頻率一次調(diào)整類似。圖7有功頻率（Pf）調(diào)節(jié)特性逆變器的無功電壓（QV）的調(diào)節(jié)特性如圖8所示，當(dāng)出口電壓U下降時(shí)，逆變器輸出的無功功率Q增加；出口電壓U上升時(shí)，逆變器輸出的無功功率Q減小。因此逆變器輸出的無功功率Q隨著出口電壓U變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到維持出口電壓U穩(wěn)定的作用。顯然這種調(diào)節(jié)是也是有差調(diào)節(jié)，與同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)相類似。圖8無功電壓（QV）調(diào)節(jié)特性3. DIgSILENT仿真軟件

13、簡介DIgSILENT是德國DIgSILENTGmbH公司開發(fā)的一款電磁、機(jī)電暫態(tài)混合仿真程序，它適用于電力系統(tǒng)幾乎所有領(lǐng)域，并提供了全面準(zhǔn)確的分析功能。DIgSILENT這一名稱來源于DIgital SImuLation and Electrical NeTwork。3.1 DIgSILENT常用功能介紹DIgSILENT（以14.0.512為準(zhǔn)）包含11個(gè)常用模塊和6個(gè)附件模塊。常用模塊包括基本功能模塊（包括潮流計(jì)算和故障分析）、保護(hù)模塊、配電網(wǎng)優(yōu)化模塊、諧波分析模塊、最優(yōu)潮流模塊（包括無功功率優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)性調(diào)度功能）、可靠性分析模塊、狀態(tài)估計(jì)模塊、穩(wěn)定性分析模塊、電磁暫態(tài)模塊和小信號穩(wěn)定性

14、（特征值分析）模塊，附件模塊包括動(dòng)態(tài)參數(shù)識(shí)別、DSL動(dòng)態(tài)仿真語言加密、PSS/E數(shù)據(jù)接口、IEC61970標(biāo)準(zhǔn)CIM接口、IEC61968標(biāo)準(zhǔn)CIM接口和OPC(過程控制的連接與嵌入)接口。下面針對一些常用功能進(jìn)行詳細(xì)介紹。1. 潮流計(jì)算DIgSILENT可以描述復(fù)雜的單相和三相交流系統(tǒng)及各種交直流混合系統(tǒng)。潮流求解過程提供了3種方法以供選擇：經(jīng)典的牛頓拉夫遜算法、牛頓拉夫遜電流迭代法和線性方程法（直接將所有模型作線性化處理）。在進(jìn)行潮流計(jì)算的同時(shí)，DIgSILENT 還有變電站控制、網(wǎng)絡(luò)控制和變壓器分接頭調(diào)整控制可供選擇。2、故障分析DIgSILENT 故障分析功能既可以分別根據(jù)IEC 90

15、9、IEEE std141/ ANSIe37. 5 以及德國的 VDE102標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，也可以根據(jù) DIgSILENT自身所提供的綜合故障分析方法進(jìn)行。DIgSILENT故障分析功能支持幾乎所有的故障類型（包括復(fù)故障分析）。3、動(dòng)態(tài)仿真DIgSILENT軟件提供的仿真語言(DIgSILENT Simulation Language-DSL)，使用戶可以自定義模型：任何類型的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)的多輸入/多輸出模型，例如電壓控制器、PSS 等。該軟件既可以進(jìn)行短期（電磁）暫態(tài)仿真，也可以進(jìn)行中期（機(jī)電）暫態(tài)仿真和長期暫態(tài)仿真。DIgSILENT幾乎可以仿真各種類型的故障。仿真過程中的任何變量(包括DSL 所

16、提供的) 都可以被觀察，并可將其通過虛擬表計(jì)功能(VirtualInstrument - VI) 繪制成曲線圖。此曲線圖可以被保留，以便于與其他仿真過程進(jìn)行比較。4、諧波分析DIgSILENT可以模擬各種諧波電流源和電壓源，并提供計(jì)及集膚效應(yīng)和內(nèi)在自感的與頻率相關(guān)的元件模型。在綜合考慮網(wǎng)絡(luò)中所有元件后，計(jì)算出三相諧波電壓和電流的分布（非平衡諧波潮流），確定和分析諧波失真系數(shù)，并以合適的步長繪制網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)圖。5、保護(hù)分析DIgSILENT保護(hù)分析工具是該軟件基本功能元件庫的補(bǔ)充，它包含了許多額外的元件如 CT、VT、繼電器等，同時(shí)還允許用戶自定義保護(hù)方案。所有這些保護(hù)元件在靜態(tài)、暫態(tài)情況下都能

17、夠使用。在所有可能的仿真模式如潮流分析、故障分析、機(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)等情況下這些保護(hù)元件都能夠響應(yīng)。6、可靠性分析DIgSILENT提供的可靠性計(jì)算將系統(tǒng)充裕性和安全性進(jìn)行了綜合考慮，主要包括三個(gè)方面：預(yù)想事故分析、發(fā)電可靠性估計(jì)和網(wǎng)絡(luò)可靠性估計(jì)。7、最優(yōu)潮流計(jì)算最優(yōu)潮流計(jì)算是對基本潮流計(jì)算的有效補(bǔ)充。最優(yōu)潮流計(jì)算主要采用內(nèi)點(diǎn)法，并提供了多種約束條件和控制手段，其考慮的目標(biāo)函數(shù)主要有最小網(wǎng)損、最小燃料費(fèi)用、最大利潤及最小區(qū)域交換潮流。8、配網(wǎng)優(yōu)化DIgSILENT能夠?qū)崿F(xiàn)以下三種優(yōu)化功能：電容器選址優(yōu)化、解環(huán)點(diǎn)優(yōu)化、電纜補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)化。電容器最優(yōu)選址用于確定電容器在安裝至配網(wǎng)時(shí)的最優(yōu)位置、型號以及容

18、量，使用梯度搜索或Tabu搜索方法。解環(huán)點(diǎn)優(yōu)化能夠在滿足電網(wǎng)電壓和負(fù)荷要求的同時(shí)通過改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥钚』W(wǎng)損。電纜補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)化能夠?qū)^載電纜實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)有效的升級，針對給定的電纜成本和電壓跌落限值能夠自動(dòng)選出相應(yīng)的電纜。9、低壓網(wǎng)絡(luò)分析DIgSILENT 的低壓網(wǎng)絡(luò)分析使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)：根據(jù)連接到某一線路上的用戶數(shù)量來定義負(fù)荷、考慮負(fù)荷的多樣性、在進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)考慮負(fù)荷多樣性并計(jì)算電壓最大跌落值和最大支路電流、電壓跌落和電纜負(fù)載率分析等。低壓網(wǎng)絡(luò)分析是 DIgSILENT軟件的標(biāo)準(zhǔn)特征之一。3.2 DIgSILENT的三種操作模式DIgSILENT的最大特點(diǎn)之一是數(shù)據(jù)庫管理、高度的圖形化操作和仿真語言三

19、種操作模式相結(jié)合，用戶既可以通過數(shù)據(jù)管理器在數(shù)據(jù)庫中對電網(wǎng)組件或控制部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和修改，也可以選擇直接在圖形窗口中進(jìn)行電網(wǎng)繪制并進(jìn)行數(shù)據(jù)的設(shè)置和修改，控制功能和仿真過程皆可以在圖形窗口搭建模塊和設(shè)置，也可以編程實(shí)現(xiàn)，三種模式相互結(jié)合，大大提高了軟件的可操作性，為使用者提供了極大的便利。1. 圖形窗口與元件模型庫DIgSILENT 提供了全面的電力系統(tǒng)元件的模型庫，包括發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、線路、動(dòng)態(tài)負(fù)荷、并聯(lián)設(shè)備（母線和開關(guān)設(shè)備）和控制器的模型，還有風(fēng)電機(jī)組電氣部分的模型如：雙饋感應(yīng)電機(jī)、變頻器等都包含在已有模型庫的標(biāo)準(zhǔn)元件中。在圖形窗口，使用者可以以拖拽方式使用元件模型庫中的標(biāo)準(zhǔn)電氣

20、模型搭建電氣連接圖，完成電氣網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建并完成部分電氣參數(shù)的設(shè)置。2. 數(shù)據(jù)庫DIgSILENT通過數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。它采用多用戶數(shù)據(jù)庫服務(wù)，每個(gè)用戶只能通過各自的賬號登陸，登錄后只能對自己賬號名下的Project進(jìn)行操作而無權(quán)訪問他人的賬號。所有賬號均可訪問共同的數(shù)據(jù)庫Library ，這樣不僅方便操作，還保證了各用戶的數(shù)據(jù)安全。Library里存儲(chǔ)了以各種元件在不同電壓等級下的參數(shù)、部分元件的控制模塊和常用的傳遞函數(shù)等。風(fēng)速、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、空氣動(dòng)力學(xué)部分及風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)都采用動(dòng)態(tài)仿真語言 DSL 在軟件中編寫和創(chuàng)建，并存存放于DIgSILENT的數(shù)據(jù)庫中。3. DSL和DPL仿真語

21、言DIgSILENT不但有著豐富的模型庫和各種內(nèi)嵌的計(jì)算功能，而且還向用戶提供了面向程序化過程的編程語言DPL (DIgSILENT Programming Language)和面向連續(xù)過程的仿真語言DSL( DIgSILENT Simulation Language，使用戶能夠方便的創(chuàng)建自定義的控制模型和計(jì)算功能。DSL主要用來描述數(shù)學(xué)模型，比如控制器、控制對象等。用戶可以根據(jù)需要，使用DSL創(chuàng)建一個(gè)新的動(dòng)態(tài)控制單元，從系統(tǒng)中提取信號，然后經(jīng)過信號的控制處理，將信號回饋回系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)按照要求運(yùn)行，類似于寫傳遞函數(shù)。同其它仿真和編程語言相同，DSL擁有一套專門的語法。DPL主要編寫新的計(jì)算

22、功能以分析電力系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行仿真中的某些控制、動(dòng)作之類的操作或事件，如用DPL在動(dòng)態(tài)仿真時(shí)改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。4. DIgSILENT實(shí)例仿真4.1 逆變器PQ控制策略仿真圖 9 逆變器PQ控制策略仿真電氣接線圖在DIgSILENT搭建如圖 9所示的電氣接線圖，用來做PQ控制策略的仿真研究。逆變器直流側(cè)經(jīng)直流母線DC Bus接理想直流電源，交流側(cè)接交流母線AC Bus，AC Bus另一側(cè)與外部電網(wǎng)和負(fù)載Load連接。DC Bus額定電壓設(shè)為1kV，AC Bus額定電壓設(shè)為0.4kV，Load額定功率設(shè)定為，外部電網(wǎng)以SL節(jié)點(diǎn)模式輸出，承擔(dān)系統(tǒng)的頻率和電壓擾動(dòng)。圖 10逆

23、變器PQ控制策略仿真雙環(huán)控制框圖根據(jù)上文章節(jié)2.1的PQ雙環(huán)控制策略在DIgSILENT中搭建雙環(huán)控制框圖如圖 10所示。PQ測量模塊測量逆變器輸出有功功率P和無功功率Q，測得結(jié)果輸入PQ控制模塊，PQ參考值設(shè)置模塊對有功功率參考值pref和無功功率參考值qref進(jìn)行設(shè)定,PQ控制模塊是整個(gè)控制的核心，鎖相環(huán)提供逆變器出口線電壓相角余弦值cosref和正弦值sinref，電流內(nèi)環(huán)控制使用DIgSILENT自帶模塊，嵌套在逆變器模塊內(nèi)部，控制邏輯如上文章節(jié)2.1的圖4所示，參數(shù)設(shè)置如下：Kd=0.4,Td=0.1,Kq=0.4,Tq=0.1。圖 11 逆變器PQ控制策略仿真外環(huán)控制框圖圖 12

24、PI環(huán)節(jié)DSL語言圖 13 dq Limiter DSL語言在DIgSILENT中搭建的PQ外環(huán)控制框圖如圖 11所示，PI調(diào)節(jié)模塊和dq Limiter通過編寫DSL語言實(shí)現(xiàn)，如圖 12和圖 13所示。PI調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置如下：Kd=1,Td=0.01,Kq=1,Tq=0.01。PQ參考值設(shè)置功能通過編寫DSL語言實(shí)現(xiàn),參考值pref和qref在仿真過程中可以按照需要進(jìn)行更改。PQ測量模塊和鎖相環(huán)模塊均使用DIgSILENT自帶模塊。設(shè)pref =0.20MW,qref =0.10Mvar,設(shè)置仿真時(shí)間為2s,仿真模式選擇電磁暫態(tài)(EMT)模式，對PQ控制逆變器輸出有功功率P和無功功率Q進(jìn)行觀測

25、,結(jié)果如圖 14所示。從結(jié)果可以看出，逆變器在所用PQ雙環(huán)控制方法下能夠按照設(shè)定值穩(wěn)定輸出結(jié)果，達(dá)到了預(yù)期效果。圖 14 PQ控制策略下逆變器輸出有功功率和無功功率為了驗(yàn)證PQ雙環(huán)控制算法具有較快的響應(yīng)速度，在仿真過程中動(dòng)態(tài)改變有功功率和無功功率的設(shè)定值。0秒時(shí)，與上文一樣，設(shè)pref =0.20MW,qref =0.10Mvar；0.4秒時(shí)，同時(shí)減小有功功率和無功功率設(shè)定值，設(shè)pref =0.18MW,qref =0.08Mvar；0.8秒時(shí)，同時(shí)增大有功功率和無功功率設(shè)定值，設(shè)pref =0.22MW,qref =0.12Mvar；1.2秒時(shí)，減小有功功率并增大無功功率設(shè)定值，設(shè)pref

26、=0.18MW,qref =0.14Mvar；1.6秒時(shí)，增大有功功率并減小無功功率設(shè)定值，設(shè)pref =0.24MW,qref =0.08Mvar。PQ控制逆變器輸出功率跟蹤設(shè)定值效果如圖 15所示，從效果曲線可以看到，本文PQ雙環(huán)控制算法具有較快的響應(yīng)速度，經(jīng)定量測算，當(dāng)有功功率設(shè)定值改變0.02MW時(shí)，響應(yīng)時(shí)間tP約為0.05秒；當(dāng)無功功率設(shè)定值改變0.02MVar時(shí)，響應(yīng)時(shí)間tQ也約為0.05秒。因此，本文所設(shè)計(jì)PQ雙環(huán)控制算法的響應(yīng)速度能都滿足工程要求。圖 15 PQ控制逆變器輸出功率跟蹤設(shè)定值效果曲線圖4.2 逆變器V-f控制策略仿真圖 16 逆變器V-f控制策略仿真電氣接線圖在D

27、IgSILENT搭建如圖 16所示的電氣接線圖，用來做V-f控制策略的仿真研究。逆變器直流側(cè)經(jīng)直流母線DC Bus接理想直流電源，交流側(cè)接交流母線AC Bus，AC Bus另一側(cè)與負(fù)載Load連接。DC Bus額定電壓設(shè)為1kV，AC Bus額定電壓設(shè)為0.4kV，Load額定功率設(shè)定為，V-f控制逆變器承擔(dān)整個(gè)小系統(tǒng)頻率和電壓擾動(dòng)。圖 17逆變器V-f控制策略仿真雙環(huán)控制框圖根據(jù)上文2.2的V-f雙環(huán)控制策略在DIgSILENT中搭建雙環(huán)控制框圖如圖 17所示。PQ測量模塊測量逆變器輸出有功功率，測得結(jié)果輸入V-f控制模塊，V和f參考值設(shè)置模塊對逆變器出口端線電壓參考值Uref和頻率參考值f

28、ref進(jìn)行設(shè)定,V-f控制模塊是整個(gè)控制的核心，鎖相環(huán)提供逆變器出口線電壓相角余弦值cosref、正弦值sinref和頻率f，電流內(nèi)環(huán)控制與PQ控制策略仿真一樣，使用DIgSILENT自帶模塊，嵌套在逆變器模塊內(nèi)部，控制邏輯如上文章節(jié)2.1的圖4所示，參數(shù)設(shè)置如下：Kd=0.6,Td=0.01,Kq=0.6,Tq=0.01。圖 18逆變器V-f控制策略仿真外環(huán)控制框圖根據(jù)上文2.2所提出的控制原理在DIgSILENT中搭建的V-f外環(huán)控制框圖如圖 18所示。比例積分環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置如下：K=1,T=10,Kd=2,Td=0.01,Kq=2,Tq=0.002。V和f參考值設(shè)置功能通過編寫DSL語言

29、實(shí)現(xiàn),設(shè)置參考值Uref =0.4kV,fref =50Hz。PQ測量模塊和鎖相環(huán)模塊均使用DIgSILENT自帶模塊。設(shè)置仿真時(shí)間為1s,仿真模式選擇電磁暫態(tài)(EMT)模式，對V-f控制逆變器輸出電壓的線電壓有效值、相電壓波形和頻率f進(jìn)行觀測，結(jié)果如圖 20和圖 20所示。圖 19 V-f控制策略下逆變器輸出電壓的線電壓有效值和相電壓波形圖 20 V-f控制策略下逆變器輸出電壓的頻率f從結(jié)果可以看出，逆變器在所用V-f雙環(huán)控制方法下能夠按照設(shè)定值穩(wěn)定輸出結(jié)果，達(dá)到了預(yù)期效果。為了驗(yàn)證本文中基于V-f雙環(huán)控制策略的IBDG能承擔(dān)整個(gè)小系統(tǒng)頻率和電壓擾動(dòng)，在仿真過程中動(dòng)態(tài)投入和切除電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，觀測V-f控制逆變器輸出電壓的線電壓有效值U和頻率f的變化情況。圖 21 逆變器V-f控制策略仿真電氣接線圖（含電動(dòng)機(jī)