微电网变流器并网运行及并网和孤岛切换技术研究

作为一种可最大化接纳分布式电源、提高供电可靠性和应急供电能力的电网络拓扑,微电网技术得到了越来越多的关注。本文针对以光伏、风电、储能电池和微型燃气轮机等以电力电子装置(微电网变流器)并网的分布式电源组成的微电网系统为研究对象,重点对微电网变流器的并网运行特性及并网和孤岛切换技术展开研究： (1)围绕微电网变流器并网运行特性展开研究。根据适用环境分析讨论了微电网变流器不同输出下垂特性方式,基于输出电压和输出阻抗等效电路,建立了微电网变流器并网运行输出有功和无功功率数学模型,分析了控制参数在改善输出有功、无功功率耦合性及提高对电网波动抗扰性的作用,仿真结果表明本文建立的数学模型正确,分析结果有效。分析了微电网变流器并网谐波电流机理,通过对控制环节的改进在不改变基波输出阻抗的基础上增大了谐波输出阻抗,实现了对谐波电流的抑制,并对具体的参数取值进行了分析研究,通过仿真和实验进行了验证。 (2)围绕微电网变流器不同模式相互切换方法展开研究。基于输出功率动态响应和并网向孤岛切换时刻输出电压平滑控制等方面对比分析了微电网变流器并网运行不同模式,结果表明PQ控制模式和下垂控制模式在并网运行时各有优缺点。分析了下垂控制模式相互切换、PQ控制模式与下垂三环控制模式相互切换工作原理。提出了一种PQ控制模式和功率单环下垂控制模式相互切换控制方法,采用输出闭环跟踪的方式,该跟踪思想同样可应用于其他模式切换方法中。给出了切换控制框图,分析了工作原理,并对闭环跟踪环节具体参数取值进行了讨论,针对微电网系统计划性孤岛、非计划性孤岛不同切换过程给出了具体实现方式,仿真和实验结果验证了该方法的可行性。 (3)围绕微电网系统参数及状态检测技术展开研究。分析了复数滤波器工作原理,给出了复数滤波器数字实现方式。提出采用复数滤波器进行谐波测量的电网阻抗估算方法,基于动态性能等方面选取了复数滤波器参数,通过仿真和实验进行了验证。分析了孤岛现象形成的原理,在传统孤岛检测方法基础上,根据微电网变流器不同与传统分布式电源的孤岛检测要求,提出采用非特征谐波正反馈方式实现微电网变流器孤岛检测,分析了正反馈工作原理和正反馈回路参数设计,采用复数滤波器测量非特征谐波并讨论了复数滤波器参数取值,从并联微电网变流器孤岛检测相互影响方面提出了具体的实现方式,通过仿真和实验进行了验证。 (4)围绕微电网系统孤岛向并网切换时电压同步技术展开研究。介绍了发电机组与电网及电网与电网之间两种同期并列原理,分析了电压同步控制方法。给出了微电网系统三层控制框架。在微电网系统传统电压同步方法基础上提出了一种微电网系统电压同步控制改进方法,将频率调节和相角调节进行了统一,针对外部电网三相不平衡工况,基于低速通信线路通过对正负序分量分别调节实现了电压同步,最后通过仿真和实验验证了所提出电压同步控制方法的有效性和可行性。