光伏微网中下垂控制器的设计与优化

由于全球范围工业化的迅猛发展,对能源的需求越来越大,不可再生能源的储量越来越少,所带来的能源和环境问题日益严峻。而太阳能作为新能源中的清洁能源,因具有独特的优势成为新能源开发中新兴研究的热点。随着光伏发电研究的深入,光伏系统并网逐渐普遍的同时,并网对系统运行引发的弊端也更加明显。微电网通常是利用新型可再生能源作为发电方式的分布式电源构成的小型网络,输出的功率可以送给大电网使用。光伏是微电网中普遍应用且研究理论与工程实践相对完善清洁能源。微网的核心技术就是体现在控制逆变器,逆变器是关系微电网维持可靠运行的的核心器件,所以本文主要研究内容就是光伏微网逆变器旳控制。微网逆变电源的控制方式一般有三种:下垂控制、恒压恒频控制和恒功率控制。现今使用最普遍的方法是下垂控制。该方法利用的是同步发电机工作时的下垂特征,从而在微网输电时具备一定的调频性能,然而该调频作用类似于电力系统的一次调频,实现不了无差调频。在微网运行时,下垂控制方式运用会引起明显的弊端,当系统负荷有扰动时,频率波动大且迅速,低频减载设备或许没有足够的时间来动作消除扰动,阻碍电网维持稳定状态。论文从课题的研究背景开始介绍,进而讨论了微网的定义、特点还有目前的研究情况,论述了各种控制方法的研究现状。从光伏电池特性与最大功率跟踪点出发,对其跟踪方法进行详述,构建光伏电池的模型,在MATLAB中进行仿真分析;细致分析微网逆变电源的控制方法与多微源系统工作时的控制方法。然后,在详述下垂控制工作的原理的基础上搭建下垂控制器,一般由功率控制器、电压电流双环控制环节、滤波环节、下垂控制环节、参考电压合成环节五部分组成。由理论计算设置出控制器各部分的参数,构建控制器的模型。利用仿真运行,证明了下垂控制模型的有效性与可行性,但是下垂控制的缺点也显现出来。在Matlab/Simulink环境下搭建小型光伏微网模型,采取对等控制策略,系统中逆变电源都采取下垂控制策略,分析了光伏微网的工作特性与负载变动时的微网的工作特性。其次,在下垂控制器的P-f控制环节中加入虚拟阻抗来优化下垂控制方法,在无功计算环节引入积分计算,弥补了传统下垂控制方法的不足:在系统负载出现一定扰动时,频率可以较为平缓的趋近于稳态值,从而得到充足的时间令低频减载设备切负荷,让系统运行时频率可以保持在稳定值;分析了加入积分环节后,各个电源的功率分配情况,仿真得出系统能够按照微源容量进行功率分配。最后,搭建单台逆变电源,模拟光伏并网,组成微网硬件平台,采用32位定点的TMS320F28027 DSP进行控制,用C语言编程,进行逆变电源的硬件电路和软件程序的设计,实验结果证明所采用的控制方法的有效性。