微电网改进下垂控制策略研究

2024.06.03

田越　高强

摘要：传统下垂控制在包含多个并联逆变器的微电网中会造成功率分配不均，而且当负载突变时，无法维持微电网的稳定性。针对上述问题，提出了一种动态自适应下垂控制策略：在传统下垂控制的基础上，加入动态环节和自适应环节，解决微源功率分配不平衡的问题，并且提高了微电网运行的稳定性。搭建了基于MATLAB微电网仿真模型，仿真结果表明本文所提动态自适应下垂控制策略的可行性和有效性。

关键词：微电网;下垂控制;功率均分;系统稳定

中图分类号：TM727文献标识码：A

Abstract：Traditional droop control in a microgrid containing multiple parallel inverters will result in uneven power distribution and the stability of the microgrid cannot be maintained when the load is suddenly changed.In view of the above problems，a dynamic adaptive droop control strategy is proposed：on the basis of traditional droop control，dynamic and adaptive links are added to solve the problem of unbalanced power distribution of micro-sources，and improve the stability of micro-grid operation.The simulation model based on MATLAB is built.The simulation results show the feasibility and effectiveness of the dynamic adaptive droop control strategy proposed in this paper.

Key words：microgrid;droop control;power sharing;system stability

随着能源需求扩大和全球变暖日益加深，分布式发电设备得到了广泛的应用[1-5]。文献[2，3]给出了微电网的定义：由分布在配电网一侧的分布式发电单元组成的网络群，为负载提供能量。当微电网在孤岛模式运行时，通常采用下垂控制[5]，而传统下垂控制存在着分布式电源功率分配不均、频率电压无法稳定等问题。

为了保证微电网功率均分并且维持微电网的稳定运行。文献[6]提出了一种基于虚拟阻抗和补偿电压的改进下垂控制策略方法，可以实现均衡的功率共享。文献[7]在反向下垂控制的控制回路中增加虚拟阻抗以改善功率共享并提高系统的稳定性。在文献[8]设计了一种考虑复数阻抗影响的新型下垂控制器，该控制器可以实现精准的功率共享。文献[9]对传统的鲁棒下垂控制器进行了改进，增加了模糊逻辑控制器和频率降频方法。

本文提出了的动态自适应的下垂控制策略，在传统下垂控制的基础上，引入PI控制环节和动态控制环节，保证微电网的稳定运行。

1 传统下垂控制策略

如图1所示兩个并联的分布式电源的传统下垂控制等效电路[16]。

2.2 动态自适应下垂控制策略的实现

动态自适应下垂控制的结构由功率外环和电压电流内环构成[10]。动态自适应下垂控制，动态环节通过加入与功率相关的项，使下垂控制动态变化。自适应环节通过PI控制实现[11]。当微电网运行时通过判断输出频率电压和额定频率电压的差值，当电压幅值超过额定电压的±5%，频率变化超过额定频率的±0.2Hz时，通过动态自适应下垂控制策略的进行调整。

3 仿真与实验

仿真实验分为两个部分。第一部分验证当系统单电源时接入大负载时改进下垂控制能否稳定微电网的运行的频率和电压;第二部分对比传统下垂控制和动态自适应下垂控制策略的功率均分效果，对比两个分布式电源输出的有功功率和无功功率。逆变器输入电压为直流800V，输出电压为交流311V。开关频率20kHz，LC滤波器，L=5mH和C=40μF。线路阻抗Z=（0.02+j0.0013）Ω。频率等级为50Hz。

3.1 单电源稳定性测试

负载2的功率设定为15kW供过载使用。开关K在04s关闭，在0.7s断开，如图4单电源稳定性测试结构图。

由图5可知，与传统下垂控制相比采用动态自适应下垂控制后，频率变化远小于额定频率±0.2Hz，电压变化小于额定电压±5%。

3.2 双电源功率均分测试

实验在0.5s，1s时增加负载，1.5s，2s时减少负载，仿真时间为2.5s。如图6双电源功率均分测试结构图。

由图7可知，两种下垂控制策略都可以实现功率平衡。当负载发生变化时，功率输出曲线也随之变化。动态自适应下垂控制响应速度快而且波动范围小。

4 结语

本文针对传统的下垂控制的局限性，提出了动态自适应下垂控制策略，并分析了动态自适应下垂控制的原理，在仿真实验中，比较了传统下垂控制、动态自适应下垂控制在大负载连接、切断时频率和电压的变化特性以及微源的功率均分情况，仿真结果表明动态自适应下垂控制策略控制效果良好，并且可以维持微电网系统运行的稳定。

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