[发明专利]一种阻抗调节装置、微网三相系统、微网及下垂控制方法

说明书

本发明公开了一种阻抗调节装置、微网三相系统、微网及下垂控制方法，装置包括：变压器、电压源逆变器、电流检测单元、第一放大器、第二放大器、移相单元、PWM驱动信号生成单元、阻抗检测单元、第一加法器及第二加法器；根据线路电阻、电阻指令值生成第一放大倍数k₁，根据线路电抗和电抗指令值生成第二放大倍数k₂，电流信号被放大k₁倍生成第一参考信号，电流信号被放大k₂倍并移相90°生成第二参考信号，PWM驱动信号生成单元根据参考信号叠加后的信号生成驱动信号，并控制电压源逆变器产生施加于变压器二次侧绕组两端的电压，从而改变变压器一次侧绕组的等效阻抗。本发明使下垂控制能够适用于阻性或阻感性线路的中低压微网，并实现无功功率的按比例分担。

技术领域

本发明属于可调电抗器技术领域，更具体地，涉及一种阻抗调节装置、微网三相系统、微网及下垂控制方法。

背景技术

随着经济社会的快速发展，能源的优化和使用越来越成为当前发展经济急需解决的问题。大力发展可持续的新能源，特别是以光伏储能、风能发电为典型的洁净可再生能源，可以有效地提高能源利用率，降低对环境的污染，同时也很大程度上提升电网对我国能源资源优化配置的能力。微网是由分布式电源、储能以及负荷组成的小型模块化的供能网络，它可以实现可再生能源的友好接入，并通过能源梯级利用提高能效，因此，微网引起了社会和学术界的广泛关注。

微网的控制方式可分为主从控制和对等控制，其中对等控制利用本地信息实现控制，鲁棒性较好，有利于实现即插即用，因此受到广泛关注。对等控制的重要实现手段是将传统发电机的P-f和Q-V功率下垂特性植入微网逆变器，实现对有功功率和无功功率的无互联线控制。P-f、Q-V下垂控制适用于感性线路，但目前微网电压等级多为10kV及以下的中、低压网络，线路阻抗多为阻性或阻感性，如果采用传统基于感性线路阻抗模型的下垂控制，会引入有功和无功功率的耦合，下垂控制的效果很差甚至使系统不能稳定运行。

为了降低线路阻感比对下垂控制的影响，提高下垂控制的适用性，国内外学者做了大量研究工作，目前主要的研究成果其研究尚未解决的问题或造成的影响如下：

(1)线路为阻性时，使用P-V、Q-f下垂控制可获得较好效果。但这种方法不适用于既有阻性线路也有感性线路的微网。

(2)通过设计控制环的控制参数，使逆变器输出呈感性，以降低线路阻抗的影响。但该方法取决于电压、电流环的控制参数，其选取必须首先保证控制器的稳定，因而控制效果受到较大限制。

(3)采用虚拟阻抗技术。将逆变器输出电流通过感性虚拟阻抗反馈至电压参考值，从而灵活改变逆变器输出阻抗性质。当虚拟电感取值较大时，可以大幅减小线路参数对下垂控制器的影响，降低系统有功无功的耦合，提高逆变器的功率分配精度。但为了改变线路特性，必须取较大的虚拟阻抗幅值才能获得较好的效果，而过大的虚拟阻抗又会造成过大的压降，最终会影响分布式电源输出电压的质量。另外过大的虚拟电感对高次谐波呈现较高的感抗，当系统带谐波含量较大的负载时，会使控制参考电压大幅降低，输出电压畸变严重，影响系统运行的稳定性。

(4)在逆变器输出侧增加外接输出电感，使线路主要呈感性。这种方法实施简单，降低了控制器的复杂程度，增加了系统的惯性，对于线路短、阻抗小的微网系统是极好的补充。但过大的外接电感会增加建设费用和网损，影响系统传输效率。

除此之外，在微网中，下垂控制主要用于使分布式电源分担的负荷和其额定容量成正比(后文简称为按比例分担)。事实上传统的P-f、Q-V下垂控制只能实现有功功率P的按比例分担，而无法实现无功功率Q的按比例分担，这是由其固有缺陷决定的。即使低压微网的线路阻抗能够呈现感性，也只能使有功P和无功Q能独立控制，互不影响，而无法解决无功功率Q的分担存在的问题。