微网系统电压分层控制策略及电压稳定性研究

This project aims to research a hierarchical voltage conrol srategy and voltage stabiliy of a microgrid.The distribution of reactive power among the inverters has the close relationship with the output impedances of inverters and line impedances.To reduce the reactive current loop and make sure the effective of voltage control and reactive power optimization,the ratios of resistances to inductances which are the summations of each output impedance of inverter participating the voltage control and relative line impedance should be same. So inverter with variable output impedance and inverter with self adaptive output impedance are researched respectively in this project. The secondary control is a important way to keep the voltage level of the microgrid.These problems, including the selection principle of the key bus and effective generator units involving in the secondary voltage control, the optimizating design of the secondary voltage control and the optimizating distribution of unplaned reactive power,are all need to be solved. Voltage stability model of microgrid should be established. And then the boundaries and factors affecting the voltage stability,transient and static proformance of a microgrid should be analyzed detailly. The experimental platform of microgrid with multiple inverters,line impedance simulators,all kinds of loads and a centrol controller will be established to verify the correction and effective of proposoed control strategies in the situation of changing system topologies and line impedances.

本项目主要研究由多逆变器组成的微网系统电压分层控制策略和电压稳定性问题。无功功率在各逆变器间的分配与逆变器的输出阻抗和线路阻抗大小密切相关，为了减小无功环流，保证系统电压控制的效果和无功功率的优化，必须使各台参与电压调节的逆变器的输出阻抗和线路阻抗之和具有相同的阻感比例关系，为此，本项目分别从变输出阻抗的微网逆变器和输出阻抗具有网络自适应特性的微网逆变器两个方面进行研究；二次电压控制是保证系统电压水平的重要措施，二次电压控制的枢纽母线和有效发电单元的选取原则、二次电压控制器的优化设计、计划外无功功率的最优分配算法都是亟待解决的重要问题；建立微网系统电压稳定性模型，详细分析影响系统电压稳定性和动静态性能的因素和边界条件；搭建由多台微网逆变器、线路阻抗模拟器和各种负载以及中央控制器组成的微网系统试验平台，通过改变系统拓扑结构和线路阻抗特性，详细验证所提控制策略的正确性和有效性。

本项目主要研究多逆变器组成的微网系统电压分层控制策略和电压稳定性问题。为了改善逆变器输出阻抗和线路阻抗不匹配带来的无功功率在各台逆变器间分配精度较差现象以及微网系统多母线电压水平，本项目分别从逆变器本地控制和中央控制器电压控制两个层面进行研究。逆变器本地控制层面，提出了考虑微网逆变器功率输出能力、有功无功解耦度约束以及系统动态性能和稳定性的虚拟阻抗优化设计方法和一种依靠微网设备之间的精确时钟同步功能来计算微网中线路阻抗的方法，并提出了具有网络自适应特性的微网逆变器下垂控制策略来改善电压和无功功率精确分配的效果，该控制策略在系统波动较小时具有较好的电压控制和无功功率精确分配能力，而在系统波动较大时，系统稳态控制精度较差，需要依靠中央控制器进行电压协调控制；中央控制器二次电压控制层面，完成了微网实验平台的搭建工作，验证了基于PI控制器的微网二次电压频率控制的有效性。针对基于PI控制器的二次电压控制的缺点，提出了一种多目标最优二次电压控制策略，充分利用微网中已有的分布式发电单元的无功调节能力，控制微网中多关键节点的电压幅值偏差最小，抑制系统无功功率环流；稳定性分析方面，建立了微网系统小信号模型，分析了各种控制参数、网络参数以及负荷对系统稳定性和动态性能的影响，对控制器和系统的优化设计提供理论指导。