微電網(wǎng)控制策略研究1. 分布式電源及其等效模型1.1 分布式電源的定義國際上關(guān)于分布式發(fā)電的定義較多，沒有形成對分布式發(fā)電的統(tǒng)一定義，不僅不同國家和組織，甚至是同一國家的不同地區(qū)對分布式發(fā)電的理解和定義都不盡相同，以下是幾種比較有代表性的：（1）國際能源署對分布式發(fā)電的定義為：服務(wù)于當?shù)赜脩艋虍數(shù)仉娋W(wǎng)的發(fā)電站，包括內(nèi)燃機、小型或微型燃氣輪機、燃料電池和光伏發(fā)電技術(shù)，以及能夠進行能量控制及需求側(cè)管理的能源綜合利用系統(tǒng)；（2）美國公共事業(yè)管理政策法對分布式發(fā)電的定義為：小規(guī)模、分散布置在用戶附近，可獨立運行、也可以聯(lián)網(wǎng)運行的發(fā)電系統(tǒng)；（3）丹麥對分布式發(fā)電的定義為：靠近用戶，不連接到高壓輸電網(wǎng)，裝機規(guī)模小于10mw的能源系統(tǒng)；（4）德國對分布式發(fā)電的定義為：位于用戶附近，接入中低壓配電網(wǎng)的電源。接入電壓等級限制為20kv，主要包括光伏、風(fēng)電和小水電；（5）法國對分布式發(fā)電的定義為：接入低壓配電網(wǎng)，直接向用戶供電的電源。接入電壓等級限制為20kv，容量限制為10mw，主要是熱電聯(lián)產(chǎn)、小水電和柴油機。綜合以上幾種定義的共同點，可以認為分布式電源指的是以新能源發(fā)電為主，容量較小且靠近負荷中心的發(fā)電設(shè)備，如小型風(fēng)力發(fā)電機和光伏電池等。目前，微電網(wǎng)示范工程中的分布式電源主要包括柴油機、微型燃氣輪機、小型水力發(fā)電機、小型風(fēng)機、燃料電池和光伏電池，此外，還有少數(shù)的生物柴油機、液流電池、超級電容、飛輪儲能等。1.2 分布式電源的并網(wǎng)方式雖然各種分布式電源都可以接入微電網(wǎng)為負荷供電，但由于它們自身的一下特點和微電網(wǎng)對電能質(zhì)量及供電可靠性的要求，各類分布式電源的并網(wǎng)方式不盡相同。小型水力發(fā)電機、鼠籠型異步風(fēng)機和柴油機等小型常規(guī)發(fā)電機輸出穩(wěn)定，可直接并網(wǎng)。光伏電池、燃料電池和直流風(fēng)機等直流分布式電源輸出直流電，通常需要經(jīng)逆變器接入交流微電網(wǎng)，這種并網(wǎng)方式稱為直交式并網(wǎng)。微型燃氣輪機和同步風(fēng)力發(fā)電機輸出幅值頻率變化的交流電電氣量,需要整流逆變后才能并網(wǎng)，這種并網(wǎng)方式稱為交直交并網(wǎng)，對應(yīng)的分布式電源統(tǒng)稱交直2交分布式電源。為了保證分布式電源的靈活性和可靠性，在微電網(wǎng)設(shè)計中主要采用經(jīng)逆變器接入的分布式電源，包括直流分布式電源和交直交分布式電源。另外，微電網(wǎng)設(shè)計中還加入了大量的儲能裝置，如蓄電池、超級電容和液流電池等，它們也需要經(jīng)過雙向逆變器與微電網(wǎng)連接。本文把直流分布式電源和交直交分布式電源統(tǒng)稱為逆變型分布式電源(inverter basic distributed generation,下文簡稱ibdg),并對其進行建模。1.3 分布式電源建模無論直流分布式電源，還是交直交分布式電源,為了使逆變器輸入端電壓滿足要求（電壓等級和電壓穩(wěn)定性要求），逆變器前端通常需要加入dc-dc變換器，因此逆變器前端可以看做直流穩(wěn)壓電源，ibdg也就可以看做直流穩(wěn)壓電源和逆變器的串聯(lián)模型，如圖1所示。ibdg等效模型中的pwm逆變器為電壓型逆變器，下文對逆變器的分析均針對電壓型逆變器。圖1 ibdg等效模型圖2. 逆變器常用的控制方法根據(jù)上文，ibdg由直流環(huán)節(jié)經(jīng)電壓型逆變器并網(wǎng)，逆變器輸出端的電壓電流頻率由逆變器的控制策略決定，電壓的幅值由逆變器輸入端直流電壓和逆變器控制策略共同決定。因此，逆變器的控制策略在整個微電網(wǎng)控制中就顯得尤為重要。常用的控制方法有pq控制，vf控制和下垂控制。2.1 pq控制pq控制指的是逆變器輸出的有功功率p和無功功率q的大小可控，均可以根據(jù)設(shè)定值輸出。圖2 pq雙環(huán)控制框圖pq雙環(huán)控制框圖如圖2所示。在逆變器與電網(wǎng)連接線上測量電流和電壓，并對測定得值進行dq變換，dq變換得到電壓的d軸分量ud和q軸分量uq，電流的d軸分量id和q軸分量iq。瞬時功率模塊根據(jù)基于dq變換的瞬時功率計算方法計算時候逆變器輸出的有功功率p和無功功率q，并將所得結(jié)果p和q輸出。功率外環(huán)控制模塊根據(jù)有功功率的設(shè)定值pref和無功功率的設(shè)定值qref以及逆變器輸出的實時有功功率p和無功功率q生成電流直軸分量參考值id_ref和交軸分量參考值iq_ref并輸出。電流內(nèi)環(huán)控制模塊根據(jù)id_ref，iq_ref，id和iq，生成脈寬調(diào)制系數(shù)d軸分量pmd和q軸分量pmq。逆變驅(qū)動信號生成模塊根據(jù)pmd和pmq生成逆變器驅(qū)動信號驅(qū)動逆變器工作，使逆變器輸出功率與設(shè)定值接近，從而實現(xiàn)了逆變器的pq控制。圖3 pq外環(huán)控制框圖pq雙環(huán)控制包括pq外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制。pq外環(huán)控制框圖如圖3所示，逆變器輸出的實時有功功率p與參考值pref作比較得到差值p，實時有功功率q與參考值qref作比較得到差值q,對p和q分別進行pi控制輸出電流直軸分量參考值idref和交軸分量參考值iqref。本文中，考慮到實際中逆變器均有限流環(huán)節(jié)，所以對參考電流進行了限幅控制。限幅控制通過中的dq分量限幅模塊實現(xiàn)。圖4電流內(nèi)環(huán)控制框圖電流內(nèi)環(huán)控制如圖4所示，id_ref和id差值通過比例積分控制輸出脈寬調(diào)制系數(shù)d軸分量pmd，iq_ref和iq差值通過比例積分控制輸出脈寬調(diào)制系數(shù)q軸分量pmq。逆變驅(qū)動信號生成模塊根據(jù)pmd和pmq以及pwm相關(guān)算法（本文選擇spwm算法）生成逆變器驅(qū)動信號驅(qū)動逆變器開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷，控制逆變器工作。pq控制下的逆變器，只要有功功率的設(shè)定值pref和無功功率的設(shè)定值qref設(shè)置得當，不超過逆變器的容量和最大允許電流，則逆變器輸出的有功功率有功功率p和無功功率q跟隨設(shè)定值，因而實現(xiàn)了pq控制。pq控制方式通過將有功功率和無功功率解耦，對電流進行控制。在微電網(wǎng)并網(wǎng)運行模式下，微電網(wǎng)內(nèi)的負荷波動、頻率和電壓擾動均由大電網(wǎng)承擔(dān)，各分布式電源不參與微電網(wǎng)頻率和電壓的調(diào)節(jié)，直接采用電網(wǎng)頻率和電壓作為支撐。綜上，pq控制的優(yōu)勢在于，可以根據(jù)需要動態(tài)調(diào)節(jié)有功功率的設(shè)定值pref和無功功率的設(shè)定值qref，將其應(yīng)用到光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等發(fā)電量不穩(wěn)定系統(tǒng)中，可以最大限度地提高新能源的利用率。其缺點在于，采用該種控制方式的分布式電源并不能維持系統(tǒng)的頻率和電壓。如果是一個獨立運行的微網(wǎng)系統(tǒng)。則系統(tǒng)中必須有維持頻率和電壓的分布式電源。如果是與常規(guī)電網(wǎng)并網(wǎng)運行，則由常規(guī)電網(wǎng)維持電壓和頻率。2.2 v-f控制v-f控制即恒壓恒頻控制，指的是通過控制手段使逆變器輸出端口電壓的幅值u和頻率f保持恒定。圖5 v-f雙環(huán)控制框圖v-f控制通常采用雙環(huán)控制，雙環(huán)控制框圖如圖5所示。與上文中pq雙環(huán)控制一樣，v-f雙環(huán)控制以同樣的方法得到id，iq和p。另外，v-f雙環(huán)控制通過鎖相環(huán)測得系統(tǒng)頻率f，通過電壓幅值計算模塊得到逆變器出口處線電壓幅值u。v-f外環(huán)控模塊根據(jù)電壓幅值的設(shè)定值uref、頻率的設(shè)定值fref、逆變器輸出的實時有功功率p、系統(tǒng)頻率f和逆變器出口處線電壓幅值u生成電流直軸分量參考值id_ref和交軸分量參考值iq_ref并輸出。電流內(nèi)環(huán)控制模和逆變驅(qū)動信號生成模塊功能與上文pq雙環(huán)控制一樣，不再贅述。圖6 v-f外環(huán)控制框圖v-f外環(huán)控制框圖如圖6所示，頻率設(shè)定值fref與實時系統(tǒng)頻率f差值f經(jīng)pi控制輸出有功功率參考值pref，pref與逆變器輸出有功功率p差值經(jīng)比例積分控制輸出電流參考值直流分量，電壓額定值uref和逆變器端口電壓u差值u經(jīng)比例積分控制輸出電流參考值交流分量，電流參考值交直流分量經(jīng)dq分量綜合限幅模塊進行幅值限制，輸出id_ref和iq_ref。v-f雙環(huán)控制的內(nèi)環(huán)控制也是電流控制，與pq雙環(huán)控制中的電流內(nèi)環(huán)控制方法一樣，因此不再贅述。在微電網(wǎng)孤島運行模式下，由v-f控制的ibdg調(diào)節(jié)微電網(wǎng)內(nèi)的微電網(wǎng)頻率和電壓,維持微電網(wǎng)的頻率和電壓穩(wěn)定。2.3 下垂（droop）控制下垂（droop）控制是指通過控制逆變器實現(xiàn)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的頻率一次調(diào)整相類似的調(diào)節(jié)特性。目前針對逆變器主要采用的下垂控制方法與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機調(diào)節(jié)相似，采用有功頻率（pf）和無功電壓（qv）的調(diào)節(jié)方式。逆變器的有功頻率（pf）的調(diào)節(jié)特性如圖7所示，當系統(tǒng)頻率f下降時，逆變器輸出的有功功率p增加；系統(tǒng)頻率f上升時，逆變器輸出的用功功率p減小。因此逆變器輸出的有功功率p隨著系統(tǒng)頻率f變化而自動調(diào)節(jié)，以達到維持系統(tǒng)頻率動態(tài)穩(wěn)定的作用。顯然這種調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)，與同步發(fā)電機的頻率一次調(diào)整類似。圖7有功頻率（pf）調(diào)節(jié)特性逆變器的無功電壓（qv）的調(diào)節(jié)特性如圖8所示，當出口電壓u下降時，逆變器輸出的無功功率q增加；出口電壓u上升時，逆變器輸出的無功功率q減小。因此逆變器輸出的無功功率q隨著出口電壓u變化而自動調(diào)節(jié)，以達到維持出口電壓u穩(wěn)定的作用。顯然這種調(diào)節(jié)是也是有差調(diào)節(jié)，與同步發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)相類似。圖8無功電壓（qv）調(diào)節(jié)特性3. digsilent仿真軟件簡介digsilent是德國digsilentgmbh公司開發(fā)的一款電磁、機電暫態(tài)混合仿真程序，它適用于電力系統(tǒng)幾乎所有領(lǐng)域，并提供了全面準確的分析功能。digsilent這一名稱來源于digital simulation and electrical network。3.1 digsilent常用功能介紹digsilent（以14.0.512為準）包含11個常用模塊和6個附件模塊。常用模塊包括基本功能模塊（包括潮流計算和故障分析）、保護模塊、配電網(wǎng)優(yōu)化模塊、諧波分析模塊、最優(yōu)潮流模塊（包括無功功率優(yōu)化和經(jīng)濟性調(diào)度功能）、可靠性分析模塊、狀態(tài)估計模塊、穩(wěn)定性分析模塊、電磁暫態(tài)模塊和小信號穩(wěn)定性（特征值分析）模塊，附件模塊包括動態(tài)參數(shù)識別、dsl動態(tài)仿真語言加密、pss/e數(shù)據(jù)接口、iec61970標準cim接口、iec61968標準cim接口和opc(過程控制的連接與嵌入)接口。下面針對一些常用功能進行詳細介紹。1. 潮流計算digsilent可以描述復(fù)雜的單相和三相交流系統(tǒng)及各種交直流混合系統(tǒng)。潮流求解過程提供了3種方法以供選擇：經(jīng)典的牛頓拉夫遜算法、牛頓拉夫遜電流迭代法和線性方程法（直接將所有模型作線性化處理）。在進行潮流計算的同時，digsilent 還有變電站控制、網(wǎng)絡(luò)控制和變壓器分接頭調(diào)整控制可供選擇。2、故障分析digsilent 故障分析功能既可以分別根據(jù)iec 909、ieee std141/ ansie37. 5 以及德國的 vde102標準進行，也可以根據(jù) digsilent自身所提供的綜合故障分析方法進行。digsilent故障分析功能支持幾乎所有的故障類型（包括復(fù)故障分析）。3、動態(tài)仿真digsilent軟件提供的仿真語言(digsilent simulation language-dsl)，使用戶可以自定義模型：任何類型的靜態(tài)/動態(tài)的多輸入/多輸出模型，例如電壓控制器、pss 等。該軟件既可以進行短期（電磁）暫態(tài)仿真，也可以進行中期（機電）暫態(tài)仿真和長期暫態(tài)仿真。digsilent幾乎可以仿真各種類型的故障。仿真過程中的任何變量(包括dsl 所提供的) 都可以被觀察，并可將其通過虛擬表計功能(virtualinstrument - vi) 繪制成曲線圖。此曲線圖可以被保留，以便于與其他仿真過程進行比較。4、諧波分析digsilent可以模擬各種諧波電流源和電壓源，并提供計及集膚效應(yīng)和內(nèi)在自感的與頻率相關(guān)的元件模型。在綜合考慮網(wǎng)絡(luò)中所有元件后，計算出三相諧波電壓和電流的分布（非平衡諧波潮流），確定和分析諧波失真系數(shù)，并以合適的步長繪制網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)圖。5、保護分析digsilent保護分析工具是該軟件基本功能元件庫的補充，它包含了許多額外的元件如 ct、vt、繼電器等，同時還允許用戶自定義保護方案。所有這些保護元件在靜態(tài)、暫態(tài)情況下都能夠使用。在所有可能的仿真模式如潮流分析、故障分析、機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)等情況下這些保護元件都能夠響應(yīng)。6、可靠性分析digsilent提供的可靠性計算將系統(tǒng)充裕性和安全性進行了綜合考慮，主要包括三個方面：預(yù)想事故分析、發(fā)電可靠性估計和網(wǎng)絡(luò)可靠性估計。7、最優(yōu)潮流計算最優(yōu)潮流計算是對基本潮流計算的有效補充。最優(yōu)潮流計算主要采用內(nèi)點法，并提供了多種約束條件和控制手段，其考慮的目標函數(shù)主要有最小網(wǎng)損、最小燃料費用、最大利潤及最小區(qū)域交換潮流。8、配網(wǎng)優(yōu)化digsilent能夠?qū)崿F(xiàn)以下三種優(yōu)化功能：電容器選址優(yōu)化、解環(huán)點優(yōu)化、電纜補強優(yōu)化。電容器最優(yōu)選址用于確定電容器在安裝至配網(wǎng)時的最優(yōu)位置、型號以及容量，使用梯度搜索或tabu搜索方法。解環(huán)點優(yōu)化能夠在滿足電網(wǎng)電壓和負荷要求的同時通過改變網(wǎng)絡(luò)拓撲最小化網(wǎng)損。電纜補強優(yōu)化能夠?qū)^載電纜實現(xiàn)最經(jīng)濟有效的升級，針對給定的電纜成本和電壓跌落限值能夠自動選出相應(yīng)的電纜。9、低壓網(wǎng)絡(luò)分析digsilent 的低壓網(wǎng)絡(luò)分析使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)：根據(jù)連接到某一線路上的用戶數(shù)量來定義負荷、考慮負荷的多樣性、在進行潮流計算時考慮負荷多樣性并計算電壓最大跌落值和最大支路電流、電壓跌落和電纜負載率分析等。低壓網(wǎng)絡(luò)分析是 digsilent軟件的標準特征之一。3.2 digsilent的三種操作模式digsilent的最大特點之一是數(shù)據(jù)庫管理、高度的圖形化操作和仿真語言三種操作模式相結(jié)合，用戶既可以通過數(shù)據(jù)管理器在數(shù)據(jù)庫中對電網(wǎng)組件或控制部分的數(shù)據(jù)進行輸入和修改，也可以選擇直接在圖形窗口中進行電網(wǎng)繪制并進行數(shù)據(jù)的設(shè)置和修改，控制功能和仿真過程皆可以在圖形窗口搭建模塊和設(shè)置，也可以編程實現(xiàn)，三種模式相互結(jié)合，大大提高了軟件的可操作性，為使用者提供了極大的便利。1. 圖形窗口與元件模型庫digsilent 提供了全面的電力系統(tǒng)元件的模型庫，包括發(fā)電機、電動機、變壓器、線路、動態(tài)負荷、并聯(lián)設(shè)備（母線和開關(guān)設(shè)備）和控制器的模型，還有風(fēng)電機組電氣部分的模型如：雙饋感應(yīng)電機、變頻器等都包含在已有模型庫的標準元件中。在圖形窗口，使用者可以以拖拽方式使用元件模型庫中的標準電氣模型搭建電氣連接圖，完成電氣網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建并完成部分電氣參數(shù)的設(shè)置。2. 數(shù)據(jù)庫digsilent通過數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的儲存。它采用多用戶數(shù)據(jù)庫服務(wù)，每個用戶只能通過各自的賬號登陸，登錄后只能對自己賬號名下的project進行操作而無權(quán)訪問他人的賬號。所有賬號均可訪問共同的數(shù)據(jù)庫library ，這樣不僅方便操作，還保證了各用戶的數(shù)據(jù)安全。library里存儲了以各種元件在不同電壓等級下的參數(shù)、部分元件的控制模塊和常用的傳遞函數(shù)等。風(fēng)速、機械傳動系統(tǒng)、空氣動力學(xué)部分及風(fēng)電機組的控制系統(tǒng)都采用動態(tài)仿真語言 dsl 在軟件中編寫和創(chuàng)建，并存存放于digsilent的數(shù)據(jù)庫中。3. dsl和dpl仿真語言digsilent不但有著豐富的模型庫和各種內(nèi)嵌的計算功能，而且還向用戶提供了面向程序化過程的編程語言dpl (digsilent programming language)和面向連續(xù)過程的仿真語言dsl( digsilent simulation language，使用戶能夠方便的創(chuàng)建自定義的控制模型和計算功能。dsl主要用來描述數(shù)學(xué)模型，比如控制器、控制對象等。用戶可以根據(jù)需要，使用dsl創(chuàng)建一個新的動態(tài)控制單元，從系統(tǒng)中提取信號，然后經(jīng)過信號的控制處理，將信號回饋回系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)按照要求運行，類似于寫傳遞函數(shù)。同其它仿真和編程語言相同，dsl擁有一套專門的語法。dpl主要編寫新的計算功能以分析電力系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行仿真中的某些控制、動作之類的操作或事件，如用dpl在動態(tài)仿真時改變發(fā)電機的勵磁電流。4. digsilent實例仿真4.1 逆變器pq控制策略仿真圖 9 逆變器pq控制策略仿真電氣接線圖在digsilent搭建如圖 9所示的電氣接線圖，用來做pq控制策略的仿真研究。逆變器直流側(cè)經(jīng)直流母線dc bus接理想直流電源，交流側(cè)接交流母線ac bus，ac bus另一側(cè)與外部電網(wǎng)和負載load連接。dc bus額定電壓設(shè)為1kv，ac bus額定電壓設(shè)為0.4kv，load額定功率設(shè)定為，外部電網(wǎng)以sl節(jié)點模式輸出，承擔(dān)系統(tǒng)的頻率和電壓擾動。圖 10逆變器pq控制策略仿真雙環(huán)控制框圖根據(jù)上文章節(jié)2.1的pq雙環(huán)控制策略在digsilent中搭建雙環(huán)控制框圖如圖 10所示。pq測量模塊測量逆變器輸出有功功率p和無功功率q，測得結(jié)果輸入pq控制模塊，pq參考值設(shè)置模塊對有功功率參考值pref和無功功率參考值qref進行設(shè)定,pq控制模塊是整個控制的核心，鎖相環(huán)提供逆變器出口線電壓相角余弦值cosref和正弦值sinref，電流內(nèi)環(huán)控制使用digsilent自帶模塊，嵌套在逆變器模塊內(nèi)部，控制邏輯如上文章節(jié)2.1的圖4所示，參數(shù)設(shè)置如下：kd=0.4,td=0.1,kq=0.4,tq=0.1。圖 11 逆變器pq控制策略仿真外環(huán)控制框圖圖 12 pi環(huán)節(jié)dsl語言圖 13 dq limiter dsl語言在digsilent中搭建的pq外環(huán)控制框圖如圖 11所示，pi調(diào)節(jié)模塊和dq limiter通過編寫dsl語言實現(xiàn)，如圖 12和圖 13所示。pi調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置如下：kd=1,td=0.01,kq=1,tq=0.01。pq參考值設(shè)置功能通過編寫dsl語言實現(xiàn),參考值pref和qref在仿真過程中可以按照需要進行更改。pq測量模塊和鎖相環(huán)模塊均使用digsilent自帶模塊。設(shè)pref =0.20mw,qref =0.10mvar,設(shè)置仿真時間為2s,仿真模式選擇電磁暫態(tài)(emt)模式，對pq控制逆變器輸出有功功率p和無功功率q進行觀測,結(jié)果如圖 14所示。從結(jié)果可以看出，逆變器在所用pq雙環(huán)控制方法下能夠按照設(shè)定值穩(wěn)定輸出結(jié)果，達到了預(yù)期效果。圖 14 pq控制策略下逆變器輸出有功功率和無功功率為了驗證pq雙環(huán)控制算法具有較快的響應(yīng)速度，在仿真過程中動態(tài)改變有功功率和無功功率的設(shè)定值。0秒時，與上文一樣，設(shè)pref =0.20mw,qref =0.10mvar；0.4秒時，同時減小有功功率和無功功率設(shè)定值，設(shè)pref =0.18mw,qref =0.08mvar；0.8秒時，同時增大有功功率和無功功率設(shè)定值，設(shè)pref =0.22mw,qref =0.12mvar；1.2秒時，減小有功功率并增大無功功率設(shè)定值，設(shè)pref =0.18mw,qref =0.14mvar；1.6秒時，增大有功功率并減小無功功率設(shè)定值，設(shè)pref =0.24mw,qref =0.08mvar。pq控制逆變器輸出功率跟蹤設(shè)定值效果如圖 15所示，從效果曲線可以看到，本文pq雙環(huán)控制算法具有較快的響應(yīng)速度，經(jīng)定量測算，當有功功率設(shè)定值改變0.02mw時，響應(yīng)時間tp約為0.05秒；當無功功率設(shè)定值改變0.02mvar時，響應(yīng)時間tq也約為0.05秒。因此，本文所設(shè)計pq雙環(huán)控制算法的響應(yīng)速度能都滿足工程要求。圖 15 pq控制逆變器輸出功率跟蹤設(shè)定值效果曲線圖4.2 逆變器v-f控制策略仿真圖 16 逆變器v-f控制策略仿真電氣接線圖在digsilent搭建如圖 16所示的電氣接線圖，用來做v-f控制策略的仿真研究。逆變器直流側(cè)經(jīng)直流母線dc bus接理想直流電源，交流側(cè)接交流母線ac bus，ac bus另一側(cè)與負載load連接。dc bus額定電壓設(shè)為1kv，ac bus額定電壓設(shè)為0.4kv，load額定功率設(shè)定為，v-f控制逆變器承擔(dān)整個小系統(tǒng)頻率和電壓擾動。圖 17逆變器v-f控制策略仿真雙環(huán)控制框圖根據(jù)上文2.2的v-f雙環(huán)控制策略在digsilent中搭建雙環(huán)控制框圖如圖 17所示。pq測量模塊測量逆變器輸出有功功率，測得結(jié)果輸入v-f控制模塊，v和f參考值設(shè)置模塊對逆變器出口端線電壓參考值uref和頻率參考值fref進行設(shè)定,v-f控制模塊是整個控制的核心，鎖相環(huán)提供逆變器出口線電壓相角余弦值cosref、正弦值sinref和頻率f，電流內(nèi)環(huán)控制與pq控制策略仿真一樣，使用digsilent自帶模塊，嵌套在逆變器模塊內(nèi)部，控制邏輯如上文章節(jié)2.1的圖4所示，參數(shù)設(shè)置如下：kd=0.6,td=0.01,kq=0.6,tq=0.01。圖 18逆變器v-f控制策略仿真外環(huán)控制框圖根據(jù)上文2.2所提出的控制原理在digsilent中搭建的v-f外環(huán)控制框圖如圖 18所示。比例積分環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置如下：k=1,t=10,kd=2,td=0.01,kq=2,tq=0.002。v和f參考值設(shè)置功能通過編寫dsl語言實現(xiàn),設(shè)置參考值uref =0.4kv,fref =50hz。pq測量模塊和鎖相環(huán)模塊均使用digsilent自帶模塊。設(shè)置仿真時間為1s,仿真模式選擇電磁暫態(tài)(emt)模式，對v-f控制逆變器輸出電壓的線電壓有效值、相電壓波形和頻率f進行觀測，結(jié)果如圖 20和圖 20所示。圖 19 v-f控制策略下逆變器輸出電壓的線電壓有效值和相電壓波形圖 20 v-f控制策略下逆變器輸出電壓的頻率f從結(jié)果可以看出，逆變器在所用v-f雙環(huán)控制方法下能夠按照設(shè)定值穩(wěn)定輸出結(jié)果，達到了預(yù)期效果。為了驗證本文中基于v-f雙環(huán)控制策略的ibdg能承擔(dān)整個小系統(tǒng)頻率和電壓擾動，在仿真過程中動態(tài)投入和切除電動機負荷，觀測v-f控制逆變器輸出電壓的線電壓有效值u和頻率f的變化情況。圖 21 逆變器v-f控制策略仿真電氣接線圖（含電動機負荷）如圖 21所示，圖中的電動機負荷額定功率為4kw，通過斷路器的開合，控制電動機的投切，具體設(shè)置如下：00.4秒時，電動機不投入運行；0.40.8秒時，電動機投入運行；1.2秒時，電動機退出運行。仿真時間設(shè)置為2秒，響應(yīng)情況如圖 23所示圖 22和圖 23所示。圖 22 動態(tài)投切電動機負荷時，v-f控制逆變器輸出功率響應(yīng)曲線從圖 22可以看出，電動機在0.4秒投入運行和1.2秒退出運行時，逆變器輸出功率快速響應(yīng)，以維持系統(tǒng)有功功率和無功功率平衡。圖 23 動態(tài)投切電動機負荷時，v-f控制逆變器輸出電壓響應(yīng)從圖 23可以看出，電動機在0.4秒投入運行和1.2秒退出運行時，逆變器輸出電壓的幅值和頻率都有小幅度的波動，但逆變器快速響應(yīng)，使逆變器輸出電壓的幅值和頻率快速恢復(fù)。這就驗證了，在逆變器容量范圍內(nèi)，本文中基于v-f雙環(huán)控制策略的ibdg能夠承擔(dān)整個小系統(tǒng)頻率和電壓擾動，并且具有很快的響應(yīng)速度。5. 微電網(wǎng)計劃孤島運行仿真由上文的分析可以知道， pq控制ibdg能最大限度提高新能源利用率，但不能維持系統(tǒng)電壓和頻率穩(wěn)定；vf控制ibdg能夠維持系統(tǒng)電壓和頻率穩(wěn)定。結(jié)合兩者的特點，設(shè)計微電網(wǎng)計劃孤島網(wǎng)絡(luò)如圖 24所示。計劃孤島中，設(shè)計兩臺ibdg，ibdg 1的逆變器用pq控制策略控制，ibdg 2的逆變器用v-f控制策略控制。ibdg 1出口母線bus 1上連接負載load 1，其額定功率為：，。ibdg 2出口母線bus 2上連接負載load 3和電動機1，load 3額定功率為：，電動機1額定功率為4kw。bus 1和bus 2 分別經(jīng)過1km和500m電纜連接到微電網(wǎng)公共母線上，電纜型號為bd-fpe al2-4x5，單位電阻r0