基于无线互联的微网系统下垂控制小信号分析郭海平杨美娟吴斌卓放王兆安（西安交通大学电气工程学院，西安710049）摘要微网一个很大的特点是即插即用，这不仅要求微网与大电网能对等的实现即插即用，而且微网内部的各个微源往往采取下垂控制，使功率达到一定的冗余度。传统的小信号分析方法较为复杂，导致闭环设计过程困难。动态向量法在电网功率的瞬态过程分析以及电力电子的建模中得到了很大应用。本文通过仿真证明了采用动态向量法同样能达到小信号分析的效果，而且过程简单，方便了闭环系统的设计。关键词微网，即插即用，下垂控制，小信号，稳定性。1引言以表示为[17]：近年来，以太阳能、风能为主的分布式发电技术EUP=3sin(δ)及应用发展迅速，但是却给电网的稳定性、以及电能X(1)U2−UEcos(δ)质量等带来很多问题[1-4]。将多个分布式电源和负载Q=3集中管理，并加上一定的储能环节，形成和独立大电X其中Z=jX，X为线路感抗，U、E为单相相网对等的微型电网，是未来电网发展的一个方向[3,电压有效值。从(1)可以看出，当δ很小的时候，线路5]。微型电网的一个很大的特点是即插即用[6,7]，传输的有功与相角成正比，无功与电压成正比。因此这不仅需要微网与大电网能实现无缝切换，也需要微如果检测逆变器输出的功率反过来减小相角（或者频网内的各个逆变器能实现冗余控制。其中基于无线并率），那么系统的有功最终会稳定在恒定值，同理电压联的下垂控制方法是目前一个研究的热点[8-11]。文也会稳定在一个恒定值。下垂控制的规律如下：献[12-16]对单相的逆变器并网进行了小信号分析，证ωω=0−kPp明了通过简化模型为单机无穷大系统进行稳定性和设(2)U=U0−kQv计是可能的。对于三相系统，由于存在瞬时功率平衡，控制框图如下图2所示：因此文献[17]应用动态向量法[18,19]进行三相的小信号稳定性分析，提高了快速性和稳定性。本文将传ωU统的下垂控制小信号分析方法和应用动态向量法进行00ωE稳定性分析方法对比分析，证明了三相无线并联的微Ekpkv网系统采取下垂控制时候，采用动态向量法比传统的下垂控制小信号分析方法分析和设计简单，同时能达∆PPQ到较好的效果。∆Q有功下垂曲线无功下垂曲线2下垂控制的基本原理图2下垂控制原理图InverterStiffACgrid假若微网的容量很大，可以等效为无穷大电网，ZIAB那么有功功率最终会稳定为∆P，无功功率最终会稳定为∆Q。以有功功率进入稳定状态为例，可以得到如U∠δE∠0下图3闭环控制框图。其中1为滤波环节。τs1+∆f2πδ3U2∆P+-sωL图1单个逆变器并联到微网如图1所示的单个三相逆变器连接到微网，假设1kp逆变器的相角超前微网的相角为，假设线路电阻远τs+1δ小于线路感抗，那么从逆变器侧传输到微网的功率可图3有功功率闭环框图当逆变器初始并网时候，与微网的相角差为0°，可能引起系统的不稳定。但是初始频率高于微网频率，于是逆变器的相角ω0ωE当逆变器相电压有效值为UV=220，初始角频率会逐渐超前微网的相角，直到两者达到平衡。为315.1593rad/s、电网电压相电压有效值为220V，3考虑动态向量法的下垂控制方法线路电阻为R=0.5Ω，线路电感为8mH时，一阶滤波动态向量法通过忽略傅里叶变换中变换较小的部器时间常数取值为0.1s，有功和无功下垂系数取值为分、简化系统，达到较好的建模效果[18-20]。文献[17]kk==1×10−4。得到考虑动态向量法结果和实际仿通过动态向量法，得到忽略线路阻抗时候，三相有功pv和无功功率的传递函数如下：真结果对比如下图7所示：ωLU2∆=P3∆δ0.2(Ls++R)()22ωL(3)0.15ωLU仿真结果∆=QU3∆(Ls++R)()22ωL0.1采用动态向量法的结果对动态向量法的验证如下图4所示，其中，微网0.05phase/rad的相电压有效值恒定为220V，线路电感为8mL，电阻0为0.5。逆变器相电压为230V，在0.01s时候，相Ω-0.05角突然超前10°，有功功率的变化如下。00.511.5time/s4验证动态向量法x102图7采用动态向量法分析相角变化（−4）动态向量法kkpv==1×10实际仿真结果1.5将下垂系数、各放大30倍，即kpkv1P/W−30.5，得到仿真结果如图8所示：kkpv==3×10000.050.10.151仿真结果time/s采用动态向量法的结果图4动态向量法建模精确性对比0.5可见，采用动态向量法之后，相