基于逆变器控制特性的微电网故障分析

【摘要】：为了解决电能供给问题,大量使用清洁能源的微电网发电技术被提出,并受到广泛的重视。微电网技术在实现新能源高效利用的同时,可以在必要情况下进入孤岛运行,保证重要负荷的稳定工作。然而,由于微电网系统使用了大量的电力电子设备,其在故障状态以及不正常工作状态下的运行特性主要受到电力电子设备控制策略的影响。因此,微电网逆变器控制策略的数学特性分析对于整个微电网系统的安全可靠运行有重要意义。首先介绍了微电网处于并网运行时的PQ控制策略的基本原理。从数学分析的角度出发,研究了PQ控制逆变器在故障状态下的数学特征。根据逆变器容量以及双闭环控制策略的特性,推导出PQ控制逆变器存在电压饱和与电流饱和两种极限故障状态,并因此提出了两种状态下的边界条件和数学分析模型。利用PSCAD/EMTDC软件建立了并网运行下的微电网系统,通过仿真验证了所推导的数学模型的正确性。进一步分析了微电网进入孤岛运行时的VF控制策略的基本原理。根据逆变器容量的限制和控制策略的特性,推导出故障条件下的VF控制逆变器存在恒压与恒流两种工作状态,并据此提出了VF控制逆变器在故障状态下的边界条件和数学分析模型。经由PSCAD/EMTDC软件建立了孤岛运行下的微电网仿真系统,通过仿真验证了所推导的数学分析模型的正确性。当微电网系统进入孤岛运行时候,由于系统容量的限制,会出现负荷缺口问题。通过分析指出,微电网的故障状态分析与负荷出现缺口时的状态分析具有相似性。以所推导的PQ与VF控制策略的故障特性为基础,通过VF控制逆变器的输出电流是否饱和作为判断系统功率是否平衡的依据,提出了微电网进入孤岛运行时的负荷削减算法与控制策略,使处于孤岛运行的微电网系统通过削减尽可能少的负荷来恢复功率平衡。使用PSCAD/EMTDC软件,通过仿真分析验证了所推导的负荷削减算法与控制策略的有效性。