带虚拟惯量的微电网系统稳定性分析及协调控制

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微电网系统是一种由分布式发电、负载、控制装置和电力变换装置共同组成的一种小型发配电系统,可将风力发电,光伏发电等新能源发电方式互联,从而构成小规模的电网为负荷供电,并能与电力系统连接进行功率交换。微电网系统有利于提高能源的综合利用效率,使能源结构清洁化,作为电力系统的有效补充能提高运行的局部可靠性。但由于新能源发电固有的一些特点,使得对微电网系统的控制受到了极大的挑战,因此本文针对微电网系统的稳定性以及协调控制的问题做了一定的研究。
  首先,针对分布式发电的低惯性、阻尼小会使微电网系统产生波动甚至不稳定,本文设计了带虚拟惯量的分布式微源初级控制器,模拟了电力系统中同步发电机的特性,将惯性与阻尼加入到控制器中,增加了分布式微源的惯性;在此基础上建立了微电网系统的小信号模型,得到了系统的特征矩阵,根据特征根的分布分析了系统的稳定性,并用根轨迹描绘了虚拟惯量、下垂系数等重要参数对稳定性的影响。
  然后,针对分布式微源初级控制在发生负载扰动时电压和频率的稳态误差问题,本文设计了基于滑模控制分布式二级协调控制器,并通过微电网系统中的通信网络获取各个分布式微源的信息,实现了相对分散的分布式微源的协调控制,保证了微电网系统中电压和频率的同步,且在发生负载扰动时能快速使系统运行在基准状态。
  最后,在MATLAB/Simulink仿真平台下,建立了单机分布式微源的仿真模型,验证了虚拟惯量控制对改善系统频率响应的有效性;建立了3-DG型微电网系统,通过负载扰动实验验证了系统的稳定性;最后搭建了IEEE14总线微电网仿真测试系统,采用了带虚拟惯量控制的微源模型并加入分布式二级协调控制器,仿真结果证明了本文所提出的方法的正确性及可行性。
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