畢業(yè)論文-下垂控制時(shí)微源故障特性仿真分析

湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第頁(yè)HUNANUNIVERSITY畢業(yè)論文論文題目下垂控制時(shí)微源故障特性仿真分析學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化七班學(xué)院名稱(chēng)電氣及信息工程學(xué)院指導(dǎo)老師學(xué)院院長(zhǎng)2015年05月20日 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第=1\*ROMANI頁(yè)頁(yè)第一章緒論1.1課題研究背景分布式發(fā)電系統(tǒng)是一種新興的區(qū)別于傳統(tǒng)集中式電力生產(chǎn)的分散式的電力管理模式。隨著常規(guī)能源的日益枯竭以及環(huán)境的日益惡化，以新能源為主的分布式發(fā)電系統(tǒng)越來(lái)越受到各國(guó)的重視。充分利用可再生能源與新能源，依托現(xiàn)代通訊信息技術(shù)，積極有效發(fā)展“智能電網(wǎng)”已經(jīng)越來(lái)越成為世界的共識(shí)[11]。美國(guó)著名的安德遜咨詢(xún)公司認(rèn)為：“電力工業(yè)在2015年前將發(fā)生根本的變化，大型和遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的電廠(chǎng)將越來(lái)越多地被靠近負(fù)荷中心的小型和清潔的發(fā)電方式所代替，這些負(fù)荷中心將減少對(duì)昂貴的遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)路的需求。”美國(guó)天然氣基金會(huì)預(yù)測(cè)到2010年世界每年新增的新能源發(fā)電容量會(huì)占到總發(fā)電容量的30%。美國(guó)已經(jīng)制定了一系列政策確保在在今后10年左右的時(shí)間內(nèi)分布式發(fā)電容量占其國(guó)內(nèi)總發(fā)電容量的10%~20%。歐洲各主要國(guó)家也紛紛宣布未來(lái)一段時(shí)間的新能源為主的分布式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。我國(guó)政府在面臨我國(guó)人口眾多，人均資源占有率較少，環(huán)境壓力日益加大的現(xiàn)狀也提出大力發(fā)展新能源為主的分布式發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)劃。至2005年我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)100萬(wàn)千瓦，并且還有很多大型風(fēng)力發(fā)電站正在積極建設(shè)之中。到2020年，國(guó)家發(fā)改委規(guī)劃包括水電在內(nèi)的可再生能源的占總裝機(jī)容量不低于30%。到2050年，可再生能源的裝機(jī)容量所占比例不低于50%。在未來(lái)的一段時(shí)間中國(guó)政府鼓勵(lì)包括新能源在內(nèi)的可再生能源發(fā)展成為了必然趨勢(shì)。分布式發(fā)電一般是指容量在之間，小規(guī)模，分散式的發(fā)電系統(tǒng)。其主要微源為太陽(yáng)能發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電，微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電以及燃料電池等新能源形式的發(fā)電系統(tǒng)。分布式發(fā)電不僅可以降低環(huán)境污染，緩解能源短缺，還能夠提高用電側(cè)的供電質(zhì)量與可靠性，減少大電網(wǎng)傳送電能時(shí)所產(chǎn)生的電能損耗。分布式電源的合理選址，在負(fù)荷峰值期間能夠起到削峰填谷的作用，對(duì)于提高整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有良好的作用。近些年隨著新能源發(fā)電的成本日益降低以及國(guó)家在新能源發(fā)電所產(chǎn)生的電能的并網(wǎng)價(jià)格補(bǔ)貼優(yōu)惠鼓勵(lì)政策，新能源發(fā)電迎來(lái)了爆發(fā)式增長(zhǎng)的黃金時(shí)期。因此以新能源為主的分布式發(fā)電系統(tǒng)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)將與傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，相輔相成，共同組成電力系統(tǒng)的能源主體。由于分布式電源大多容量較小，分布分散，且大多為新能源發(fā)電，受環(huán)境，天氣等因素影響較大，所以分布式電源接入電網(wǎng)給大電網(wǎng)帶來(lái)的不確定性值得去研究。在這種情況下，將分布式電源，控制方式，儲(chǔ)能裝置以及負(fù)荷組合成的系統(tǒng)得到廣泛重視。然而在多分布式電源結(jié)構(gòu)的微網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生故障的時(shí)候，故障電流流動(dòng)的多方向，故障電流值較小等現(xiàn)狀，使得微網(wǎng)內(nèi)部的保護(hù)顯得尤為復(fù)雜。因此研究微網(wǎng)在不同工作模式下的故障特性，進(jìn)而去確定相應(yīng)的保護(hù)方式尤為必要。1.2微網(wǎng)研究現(xiàn)狀關(guān)于微網(wǎng)，各國(guó)有各自不同的定義。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，微網(wǎng)是指以新能源為主體的分布式發(fā)電系統(tǒng)及本地負(fù)荷所組成的可以獨(dú)立于大電網(wǎng)獨(dú)自運(yùn)行的電能系統(tǒng)。微網(wǎng)通過(guò)單點(diǎn)與大電網(wǎng)進(jìn)行連接（即公共連接點(diǎn)），并聯(lián)于大電網(wǎng)獨(dú)立為負(fù)荷提供電能。因此在一定程度上，微網(wǎng)大大提高了負(fù)荷側(cè)供電的可靠性。由于上述優(yōu)勢(shì)，各國(guó)先后提出各自的微網(wǎng)概念及研究相關(guān)技術(shù)。其中美國(guó)，歐盟以及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家積極推進(jìn)相關(guān)技術(shù)，已經(jīng)取得了一定成果。我國(guó)也積極推進(jìn)微網(wǎng)研究的相關(guān)進(jìn)程，但仍然沒(méi)有一個(gè)明確的定義。微網(wǎng)中多個(gè)分布式電源的接入不僅給微網(wǎng)內(nèi)部故障定位，故障判斷以及故障保護(hù)都提出了新的挑戰(zhàn)。而面對(duì)這一現(xiàn)狀，仍然沒(méi)有一個(gè)明確的，系統(tǒng)性的關(guān)于微網(wǎng)保護(hù)策略與方式的論述。1.2.1微網(wǎng)技術(shù)微網(wǎng)系統(tǒng)主要包括幾個(gè)部分，即微源，控制系統(tǒng)，保護(hù)系統(tǒng)。其中微源包含以逆變器接口為主的新能源發(fā)電系統(tǒng)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)。這些微源大多輸出直流電或者是非工頻交流電，所以需要逆變器接口接入電網(wǎng)向符合供電。另外，由于微源大多為新能源發(fā)電，其發(fā)電能力受天氣條件影響較大，難以維持穩(wěn)定的功率輸出。在負(fù)荷擾動(dòng)的過(guò)程中，由于大量電力電子裝置的存在，使得其響應(yīng)速度快，然而系統(tǒng)慣性較小，難以維持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。所以往往儲(chǔ)能單元對(duì)于微源發(fā)電裝置至關(guān)重要，是體現(xiàn)其抗干擾性，維持穩(wěn)定性的重要依托。微網(wǎng)對(duì)外的輸出特性取決于其控制系統(tǒng)。如何在微網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷發(fā)生變化，在微網(wǎng)的工作模式切換及各種暫態(tài)過(guò)程中保持穩(wěn)定，是研究微網(wǎng)的關(guān)鍵問(wèn)題。而這些問(wèn)題大多指向微網(wǎng)的控制方式問(wèn)題，理所當(dāng)然，研究微網(wǎng)的控制方式是研究微網(wǎng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。傳統(tǒng)的微網(wǎng)存在兩種工作模式，在正常狀態(tài)下，微網(wǎng)與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，工作于并網(wǎng)模式。此時(shí)要求微網(wǎng)要做一個(gè)“好公民”，能夠向符合提供一定的功率，然而其內(nèi)部的電壓幅值與頻率由大電網(wǎng)給定；而一旦大電網(wǎng)發(fā)生故障，為了避免故障對(duì)負(fù)荷側(cè)電能供應(yīng)的影響，微網(wǎng)與大電網(wǎng)斷開(kāi)獨(dú)立運(yùn)行。此時(shí)微源需要向負(fù)荷提供電壓與頻率，保證其正常運(yùn)行?？偨Y(jié)起來(lái)，微網(wǎng)的控制方法需要解決的問(wèn)題為：在孤島運(yùn)行模式下，能夠提供較為穩(wěn)定的電壓與頻率；在并網(wǎng)模式下，微網(wǎng)不參與整個(gè)電網(wǎng)的電壓頻率調(diào)節(jié)，但需要為大電網(wǎng)分壓，微源向內(nèi)部提供自給電能；在兩種工作模式切換過(guò)程中，保證負(fù)荷側(cè)供電可靠性與穩(wěn)定性；在微網(wǎng)故障發(fā)生等暫態(tài)過(guò)程時(shí)保證逆變器中電力半導(dǎo)體器件的安全，在一定程度上盡可能保證正確檢測(cè)故障，清除故障。由此可知，微網(wǎng)的控制主要集中于其在孤島，并網(wǎng)兩種模式以及兩種模式之間的切換過(guò)程中的控制?，F(xiàn)行的主要控制策略是根據(jù)傳統(tǒng)電網(wǎng)的分層控制方案將微網(wǎng)控制分為分布式電源原動(dòng)機(jī)控制、分布式電源接口控制和微網(wǎng)及多微網(wǎng)上層管理系統(tǒng)的控制。另外一些觀(guān)點(diǎn)出于微網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)靈活性的角度考慮提出了“即插即用”式的控制方案。這里有必要說(shuō)明，“即插即用”是指微網(wǎng)內(nèi)部接入或者斷開(kāi)任一分布式電源時(shí)候微網(wǎng)內(nèi)部其他設(shè)置不需要更改即可平滑穩(wěn)定運(yùn)行。出于這些方面的考慮，目前微網(wǎng)從整體控制策略上來(lái)說(shuō)可分為主從控制與對(duì)等控制。從對(duì)分布式電源的控制方法上來(lái)說(shuō)可以分為下垂控制，恒功率與恒壓恒頻控制。下面將分別對(duì)分布式電源的集中控制方式進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。（1）恒功率控制恒功率即PQ控制，指分布式電源輸出固定的有功無(wú)功功率，而微網(wǎng)內(nèi)部的電壓頻率由大電網(wǎng)或者其他分布式電源提供。其輸出特性如下圖1.1所示：圖1.1PQ控制原理如上圖所示，當(dāng)系統(tǒng)輸出額定有功、無(wú)功功率的時(shí)候，系統(tǒng)工作于額定頻率與額定電壓，即B點(diǎn)。然而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，為了保持分布式電源仍然輸出額定功率Pref與Qref，控制器改變其頻率與幅值特性，頻率（幅值）增加時(shí)移動(dòng)至A點(diǎn)，降低時(shí)移動(dòng)至C點(diǎn)。這種控制方法適用于微網(wǎng)并網(wǎng)后的工作模式，不參與系統(tǒng)調(diào)頻，調(diào)壓，只輸出固定有功、無(wú)功功率。（2）恒壓恒頻控制恒頻恒壓控制即V/f控制，無(wú)論逆變器輸出的功率如何變化，其輸出的電壓幅值與頻率固定不變。其控制特性如下圖1.2所示：圖1.2V/f控制原理如圖1.2所示，當(dāng)分布式電源工作于額定狀態(tài)的時(shí)候，其輸出有功無(wú)功率分別為P2與Q2，即其工作于B點(diǎn)。當(dāng)微網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷發(fā)生變化，或者系統(tǒng)發(fā)生其他小擾動(dòng)的需要逆變器的輸出功率改變的時(shí)候，當(dāng)輸出功率增加，為了保持電壓頻率與幅值不變，其工作點(diǎn)由B轉(zhuǎn)移至A點(diǎn)。同理當(dāng)輸出有功無(wú)功減少的時(shí)候，其工作點(diǎn)由B點(diǎn)轉(zhuǎn)移至C點(diǎn)。根據(jù)這樣的控制特性設(shè)計(jì)的控制器即為V/f控制器。（3）下垂控制下垂控制是指分布式電源輸出的電壓幅值與頻率分別隨有功與無(wú)功功率呈線(xiàn)性變化的控制特性。這種特性與傳統(tǒng)的并聯(lián)發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性相一致，因此具有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。其控制原理如下圖1.3所示：圖1.3下垂控制原理上述下垂特性曲線(xiàn)又稱(chēng)為下垂特性曲線(xiàn)，其中無(wú)功與電壓，有功與頻率的下垂特性是基于逆變器輸出阻抗成感性的狀態(tài)（當(dāng)通過(guò)輸電線(xiàn)路輸電的時(shí)候，即線(xiàn)路阻抗與逆變器輸出阻抗之和呈感性）。其公式推導(dǎo)如下： （1.1）其中由于較小，所以進(jìn)行了簡(jiǎn)化運(yùn)算,得上式。該控制原理具有天然的使并聯(lián)分布式電源均分負(fù)荷的能力。因此以下垂控制為控制方式的逆變器能夠很好的根據(jù)負(fù)荷的改變控制其輸出電壓與頻率。在微網(wǎng)內(nèi)部，這樣的特性不需要分布式電源之間的強(qiáng)通信聯(lián)系，極大地緩解分布式電源選址分散帶來(lái)的通信成本上升的壓力，因而廣受關(guān)注。由于分布式電源大多靠近負(fù)荷，位于配電網(wǎng)側(cè)。然而配電網(wǎng)的電壓等級(jí)一般較低，輸電線(xiàn)路呈阻性，有功與無(wú)功控制的耦合性太強(qiáng)，給控制算法帶來(lái)麻煩。已有的一些解決辦法有在逆變器輸出端加變壓器，使得輸電線(xiàn)路阻抗呈感性；或者增加虛擬阻抗控制環(huán)，提高輸電線(xiàn)路感性，減少輸電線(xiàn)路長(zhǎng)度的不同對(duì)逆變器輸出的影響。另外，為了確保在空載運(yùn)行時(shí)，并聯(lián)分布式電源之間不會(huì)有環(huán)流產(chǎn)生（環(huán)流在分布式電源正常運(yùn)行時(shí)可能導(dǎo)致流過(guò)電力半導(dǎo)體器件的電流過(guò)大，損害器件），所以在空載狀態(tài)下，并聯(lián)逆變器的下垂特性曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的幅值與頻率必須相等。這樣每個(gè)下垂控制逆變器的下垂系數(shù)就可以根據(jù)其額定運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行確定。由推導(dǎo)可知，下垂控制增益的大小根據(jù)逆變器輸出容量的大小進(jìn)行選擇，數(shù)學(xué)公式可寫(xiě)為： （1.2）一般而言，頻率的變化范圍在，電壓幅值的變化范圍在。由上所述，微網(wǎng)在正常運(yùn)行條件下其輸出特性由其控制系統(tǒng)確定；而在故障條件下，則需要保護(hù)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，避免重要負(fù)荷失去供電。電力系統(tǒng)在配電網(wǎng)側(cè)的結(jié)構(gòu)大多為放射狀，這樣的結(jié)構(gòu)有助于負(fù)荷側(cè)過(guò)電流保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。由于在配電網(wǎng)側(cè)只有單向電源，所以在檢測(cè)到過(guò)電流時(shí)，只需要斷開(kāi)電源側(cè)的斷路器就可以切斷故障電流。然而當(dāng)分布式電源接入配電網(wǎng)時(shí)，配電網(wǎng)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，在發(fā)生故障時(shí)，短路電流大小及電流方向均發(fā)生較大改變，因此對(duì)于微網(wǎng)內(nèi)部故障保護(hù)提出新的挑戰(zhàn)。微網(wǎng)中的微源容量大多較小，在微網(wǎng)內(nèi)部故障時(shí)提供的故障電流并不大，然而當(dāng)微網(wǎng)內(nèi)部接入大量的分布式電源之后，每個(gè)分布式電源產(chǎn)生的故障電流合起來(lái)大小就很可觀(guān)，足以引起與原有繼電保護(hù)裝置整定值的不匹配，影響電力系統(tǒng)安全隱患。在這樣的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，分布式電源的選址對(duì)于故障特性也會(huì)有不同的影響效果。1.2.2微網(wǎng)特點(diǎn)逆變器接口的分布式電源特點(diǎn)對(duì)于傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)，其暫態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定性均可以從其轉(zhuǎn)子軸的運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo)，其方程可寫(xiě)為：（1.3）其中為同步發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩，為同步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，而為發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)。由該方程可知，當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的負(fù)荷增加，發(fā)電機(jī)的輸出功率增大，其所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)增加，轉(zhuǎn)子軸力矩不平衡，轉(zhuǎn)子速度降低，轉(zhuǎn)子軸存儲(chǔ)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵?。?dāng)發(fā)電機(jī)的檢測(cè)裝置測(cè)到其速度降低時(shí)，發(fā)電機(jī)會(huì)增加原動(dòng)機(jī)的輸入，此時(shí)輸入轉(zhuǎn)矩增加使得轉(zhuǎn)子軸力矩再度平衡。有上述分析過(guò)程可知，發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速確定，而電壓幅值則由發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行控制。與此相對(duì)的是，逆變器接口的分布式電源發(fā)電系統(tǒng)在上述擾動(dòng)暫態(tài)過(guò)程中，電容等儲(chǔ)能單元替代了同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能以維持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定，但不同的是，電容在此過(guò)程中所能提供的能量小得多。因此在暫態(tài)過(guò)程中以逆變器為接口的分布式電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性差得多。另外，逆變器接口的分布式電源系統(tǒng)輸出的電壓幅值與頻率是由逆變器的控制策略以及直流側(cè)電壓決定。所以對(duì)于分布式發(fā)電系統(tǒng)而言，控制方法對(duì)于整個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性至關(guān)重要。配電網(wǎng)側(cè)微網(wǎng)特點(diǎn)微網(wǎng)內(nèi)部微源大多為新能源發(fā)電，具有容量小，慣性小，響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。微網(wǎng)通過(guò)PCC點(diǎn)與大電網(wǎng)連接；微源之間距離較為分散，系統(tǒng)穩(wěn)定性受線(xiàn)路阻抗特性影響大，對(duì)微網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性有一定的影響；微網(wǎng)可以工作于并網(wǎng)與孤島運(yùn)行兩種工作模式，兩種運(yùn)行狀態(tài)對(duì)于微網(wǎng)的要求也不同。在并網(wǎng)模式下，大電網(wǎng)需要微網(wǎng)提供一定功率供應(yīng)負(fù)荷側(cè)，分擔(dān)大電網(wǎng)的壓力；而在孤島模式下，微網(wǎng)內(nèi)部的分布式電源要能給重要負(fù)荷提供合格的電能，維持微網(wǎng)的正常運(yùn)行。此外在發(fā)生負(fù)荷擾動(dòng)或其他暫態(tài)過(guò)程時(shí)能維持微網(wǎng)穩(wěn)定性；微網(wǎng)一般連接低壓配電網(wǎng)側(cè)，其線(xiàn)路阻抗呈阻性，有功無(wú)功耦合程度大，給功率控制增加了難度；微網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性依賴(lài)微源的儲(chǔ)能裝置，一定程度上說(shuō)，只有有合格的較大容量的儲(chǔ)能裝置，微網(wǎng)才能有較好的暫態(tài)特性；微源的接入使得原本功率單向流動(dòng)的配電網(wǎng)變成功率多向流動(dòng)；容量較小的分布式電源在孤島狀態(tài)下故障時(shí)較小的故障電流也給保護(hù)的準(zhǔn)確性，可靠性帶來(lái)沖擊。1.2.3微網(wǎng)保護(hù)關(guān)于微網(wǎng)保護(hù)目前還沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)性的論述，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的探索，微網(wǎng)保護(hù)問(wèn)題可以總結(jié)為如下兩個(gè)方面：微網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生故障，如何能夠快速，準(zhǔn)確地切除故障；在并網(wǎng)模式下配網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障，微網(wǎng)是穿越故障運(yùn)行還是與大電網(wǎng)斷開(kāi)孤島運(yùn)行以維持負(fù)荷側(cè)供電穩(wěn)定；若穿越運(yùn)行，如何確保繼電器不會(huì)誤動(dòng)作；若孤島運(yùn)行，微網(wǎng)如何與大電網(wǎng)斷開(kāi)連接?，F(xiàn)行通用的研究手段是對(duì)故障狀態(tài)下的微網(wǎng)進(jìn)行建模，然后分析其故障特性由此確定微網(wǎng)的保護(hù)方式。上述兩個(gè)問(wèn)題是目前微網(wǎng)故障保護(hù)亟待解決的問(wèn)題，又可以簡(jiǎn)稱(chēng)為微網(wǎng)內(nèi)部保護(hù)與微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)保護(hù)。關(guān)于這兩種保護(hù)，可以作如下說(shuō)明：（1）微網(wǎng)內(nèi)部保護(hù)的問(wèn)題在于微網(wǎng)內(nèi)部分布式電源較為分散，且大多容量較小，原本單向流動(dòng)的功率流動(dòng)方向變得復(fù)雜。在并網(wǎng)模式下，配電網(wǎng)在故障處提供的故障電流較大，有利于保護(hù)裝置的動(dòng)作；然而在孤島模式下，微源提供的故障電流很小，保護(hù)裝置的整定值就出現(xiàn)不匹配，影響保護(hù)的可靠性；（2）微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的保護(hù)問(wèn)題在于在配電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障時(shí)如何確定微網(wǎng)應(yīng)該是穿越故障運(yùn)行還是與配電網(wǎng)斷開(kāi)運(yùn)行。論文[11]對(duì)電力聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的隔離原則進(jìn)行了總結(jié)，這一原則可以概括為兩個(gè)因素的定性分析，即微網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷的重要程度和微網(wǎng)與配電網(wǎng)的功率交換量。當(dāng)微網(wǎng)與配電網(wǎng)功率交換量較大時(shí)，配電網(wǎng)發(fā)生故障，微網(wǎng)應(yīng)該繼續(xù)穿越故障運(yùn)行。因此在配電網(wǎng)故障的暫態(tài)過(guò)程中，整個(gè)電網(wǎng)的靜態(tài)儲(chǔ)備容量減少，在微網(wǎng)與配電網(wǎng)有大量功率交換的前提下，斷開(kāi)微網(wǎng)使得配電網(wǎng)側(cè)很可能會(huì)失穩(wěn)，進(jìn)而引起更大的故障。如果它們之間的功率交換量較小，則斷開(kāi)微電網(wǎng)既不會(huì)影響配電網(wǎng)側(cè)穩(wěn)定性，也不會(huì)干擾微網(wǎng)內(nèi)部的功率平衡。而當(dāng)微網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷是重要負(fù)荷時(shí)，保證重要負(fù)荷的供電則是首要前提，這時(shí)候微網(wǎng)得與配電網(wǎng)斷開(kāi)孤島運(yùn)行，以保護(hù)重要負(fù)荷。上述兩個(gè)因素在配電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障微網(wǎng)的電力聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的保護(hù)原則起到指導(dǎo)性的作用。1.3論文任務(wù)及內(nèi)容安排本文旨在研究以逆變器為主的分布式電源在下垂控制的控制方法下，在并網(wǎng)，負(fù)荷擾動(dòng)，線(xiàn)路故障等一系列暫態(tài)過(guò)程中的特性。本文總共分為四章，各部分主要內(nèi)容如下：;緒論。這章主要講述課題的研究背景，關(guān)于分布式電源，微網(wǎng)技術(shù)等方面的簡(jiǎn)要介紹，其中著重分析了微源下垂控制的基本原理；簡(jiǎn)要分析了微網(wǎng)內(nèi)部分布式電源的特點(diǎn)給微網(wǎng)的控制與保護(hù)增加了一定的難度。關(guān)于微網(wǎng)的保護(hù)，由于本篇論文旨在分析微網(wǎng)的故障特性，所以本節(jié)只是介紹了現(xiàn)在微網(wǎng)保護(hù)的主要內(nèi)容，這與論題相為契合。至于繼電保護(hù)器的通訊方式，故障計(jì)算算法等均暫未說(shuō)明。：微網(wǎng)的建模與控制。本章建立了微網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型，并且詳細(xì)介紹了微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，濾波參數(shù)，控制器的設(shè)計(jì)以及參數(shù)的選擇，然后據(jù)此建立了微網(wǎng)故障下的數(shù)學(xué)模型。：微網(wǎng)仿真結(jié)果分析。這章展示了所設(shè)計(jì)控制器在微網(wǎng)正常工作條件下的工作特性，重點(diǎn)給出不同故障類(lèi)型下微網(wǎng)的故障特性仿真結(jié)果，并作出分析總結(jié)。：總結(jié)。對(duì)本篇論文所設(shè)計(jì)的控制器特性，不同故障類(lèi)型下微網(wǎng)的故障特性作總結(jié)并提出還未解決的問(wèn)題。第二章微網(wǎng)建模與控制2.1微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)本文需要，構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其包括兩個(gè)以逆變器為基礎(chǔ)的分布式電源，三個(gè)負(fù)荷中心，以及兩條低壓電力傳輸線(xiàn)路，另外還包含微網(wǎng)通過(guò)公共連接點(diǎn)與大電網(wǎng)連接的一個(gè)等效電壓源。其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1微網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖2.1的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，配電網(wǎng)側(cè)與微網(wǎng)內(nèi)部的電壓等級(jí)均為0.38KV，負(fù)荷1有功功率為7KW，無(wú)功功率為4Kvar；負(fù)荷2有功功率為12KW，無(wú)功功率為6Kvar；負(fù)荷3有功功率為10KW，無(wú)功功率為6Kvar。輸電線(xiàn)路1、2參數(shù)相同，由于需要分析不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)微源的故障特性，所以輸電參數(shù)以正序、負(fù)序、零序阻抗的形式設(shè)置為：正序、負(fù)序阻抗為0.5,6mH,零序阻抗為0.5，8mH。對(duì)于微網(wǎng)中的兩個(gè)分布式電源，其結(jié)構(gòu)均是由直流電壓源作為微源逆變器作為輸出接口的分布式電源，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及整體控制框圖如圖2.2所示。圖2.2分布式電源拓?fù)浼翱刂平Y(jié)構(gòu)2.2微網(wǎng)控制方式及原理如圖2.2所示，系統(tǒng)的外環(huán)為下垂控制器，內(nèi)環(huán)為電壓電流控制環(huán)，采用這樣的控制結(jié)構(gòu)既有分布式電源在微網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的較好的均分負(fù)荷能力，又能減小負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)于逆變器輸出電壓的影響，整個(gè)系統(tǒng)具有較好的魯棒性。下面將分別針對(duì)這三個(gè)控制環(huán)進(jìn)行特性分析及控制參數(shù)的選擇。2.2.1外部功率下垂控制圖2.3下垂控制框圖功率下垂特性曲線(xiàn)如圖1.3所示，通過(guò)控制參數(shù)的合理選擇使分布式電源輸出阻抗呈感性，這樣就形成了的下垂控制特性。對(duì)于并聯(lián)UPS系統(tǒng)而言，其下垂系數(shù)的大小不僅影響各逆變器的均分負(fù)荷特性，還可能在負(fù)荷擾動(dòng)，線(xiàn)路故障等條件下影響其穩(wěn)定性。上文已經(jīng)提及，在選擇下垂增益的時(shí)候根據(jù)公式（1.2）進(jìn)行確定。另外在空載狀態(tài)下，并聯(lián)逆變器的空載電壓幅值與頻率相等，以防止環(huán)流的產(chǎn)生。所以，并聯(lián)逆變器的下垂特性曲線(xiàn)可總結(jié)為圖2.4：圖2.4并聯(lián)逆變器下垂特性曲線(xiàn)根據(jù)逆變器的P-f，Q-V下垂特性其數(shù)學(xué)公式可表述為式（2.1），（2.2）： （2.1） （2.2）其中m、n均為負(fù)值。下垂系數(shù)的大小會(huì)影響逆變器的穩(wěn)定性，一般而言根據(jù)空載至最大負(fù)荷時(shí)電壓幅值變化范圍在，頻率變化范圍在對(duì)下垂系數(shù)進(jìn)行選擇。2.2.2電壓電流內(nèi)環(huán)控制圖2.5電壓電流內(nèi)環(huán)控制框圖如圖2.5所示為電壓電流內(nèi)環(huán)控制框圖，其輸入?yún)?shù)為由外部功率環(huán)確定的電壓基準(zhǔn)值，電容電壓與電容電流。為了保證控制內(nèi)環(huán)的響應(yīng)速度以及控制精度，電壓控制為PI控制，電流控制為比例控制。采用電容電壓與電容電流作為輸入量可以逆變器在濾波器之后的輸出電壓跟蹤外部下垂功率環(huán)控制所產(chǎn)生的電壓基準(zhǔn)值，能夠有效地抑制符合擾動(dòng)，不對(duì)稱(chēng)符合等對(duì)逆變器輸出端電壓的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。與此同時(shí)，電容電壓諧波率較少，逆變器輸出的電能質(zhì)量更為可靠。2.2.3同步并網(wǎng)控制微網(wǎng)的兩種工作模式下不同類(lèi)型的故障發(fā)生時(shí)微網(wǎng)的輸出特性是本文分析的重點(diǎn)，所以并網(wǎng)控制自然是該控制器所要考慮的重要部分。電壓電流內(nèi)環(huán)是對(duì)逆變器輸出特性的控制，其電壓幅值是跟蹤外環(huán)功率環(huán)控制所得到的電壓基準(zhǔn)值，所以并網(wǎng)控制也是對(duì)于電壓基準(zhǔn)值的控制，使得其與大電網(wǎng)的電壓同步?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)是在功率控制環(huán)的輸出增加一個(gè)經(jīng)過(guò)PI控制環(huán)節(jié)電壓幅值與相角誤差分量。所以其控制結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。圖2.6微網(wǎng)中分布式電源的整體控制結(jié)構(gòu)圖這里需要提及一個(gè)問(wèn)題，本文中無(wú)論是計(jì)算功率的下垂控制，還是電壓電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制，其控制均在abc三相靜止坐標(biāo)系下完成。之所以沒(méi)有選取dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系在于：其一，由于濾波器的設(shè)計(jì)，逆變器的輸出電壓電流中低頻諧波較少，對(duì)基頻功率計(jì)算沒(méi)有影響；其二，由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的響應(yīng)速度肯定比abc三相坐標(biāo)系下的計(jì)算慢，而內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì)計(jì)算速度快是一個(gè)重要的條件，故不采用；其三，本文設(shè)計(jì)到并網(wǎng)，線(xiàn)路故障等暫態(tài)過(guò)程，在此過(guò)程中坐標(biāo)變換依賴(lài)的鎖相環(huán)輸出誤差較大，影響控制器精度。由于上述三個(gè)原因，本文中所設(shè)計(jì)的控制器均在三相坐標(biāo)系下完成。并網(wǎng)同步控制過(guò)程中，考慮到逆變器中電力半導(dǎo)體器件額耐壓耐流的問(wèn)題，所以控制器控制參數(shù)不宜過(guò)大。這里取，以確保同步過(guò)程中電壓基準(zhǔn)值瞬間變化不大（），不至引起電壓幅值、頻率變化過(guò)大。2.3微網(wǎng)建模及參數(shù)選擇（1）SPWM調(diào)制原理上述所提及的分布式電源是基于的下垂控制算法。其中通過(guò)下垂控制所得的電壓幅值與頻率形成相應(yīng)的正弦電壓波，并將其與載波進(jìn)行比較得到電力半導(dǎo)體器件的觸發(fā)脈沖，這一過(guò)程就稱(chēng)為SPWM調(diào)制。載波頻率一般遠(yuǎn)大于調(diào)制波的頻率。SPWM調(diào)制可分為同步調(diào)制與異步調(diào)制。同步調(diào)制是指載波的頻率與調(diào)制波頻率之比固定不變，異步調(diào)制則是指載波頻率與調(diào)制波的頻率比值不是一個(gè)固定值。本文SPWM調(diào)制過(guò)程中采用異步調(diào)制，即載波頻率固定不變?yōu)?000，調(diào)制波的頻率由逆變器的有功輸出經(jīng)過(guò)下垂控制確定。圖2.2中所示的逆變器是由6個(gè)橋臂組成的三相電壓型逆變器，當(dāng)逆變器上開(kāi)關(guān)S1閉合時(shí)，ag之間的電勢(shì)差為，當(dāng)下開(kāi)關(guān)S1閉合時(shí)，ag之間的電勢(shì)差為0。由于SPWM調(diào)制的調(diào)制波頻率較高，所以以a相為例，其輸出的ag點(diǎn)之間的電壓則不停在0與之間跳換。因?yàn)閷?duì)于慣性系統(tǒng)而言，在很短的時(shí)間內(nèi)面積相等的脈沖信號(hào)通過(guò)該系統(tǒng)時(shí)所產(chǎn)生的沖擊相等（稱(chēng)為面積相等定則）。所以在一個(gè)工頻周期之內(nèi)，經(jīng)過(guò)SPWM調(diào)制的調(diào)制波信號(hào)通過(guò)逆變器所產(chǎn)生的正弦基波信號(hào)可以表述為（a相為例）： （2.3）其中m在載波信號(hào)的幅值大于調(diào)制波幅值的時(shí)候可以表述為：。是調(diào)制波的幅值而則是載波信號(hào)的幅值。因此當(dāng)直流源電壓的一半等于載波信號(hào)的幅值時(shí)，經(jīng)過(guò)SPWM調(diào)制的逆變器輸出的基波電壓幅值就等于調(diào)制波的電壓幅值。同理，b相c相電壓推導(dǎo)與上述過(guò)程相同，但相角分別滯后a相120°與240°。這樣經(jīng)過(guò)SPWM調(diào)制之后輸出的電壓除了含有高頻諧波之外，其基波幅值則可以通過(guò)調(diào)整直流電壓源的電壓值與載波信號(hào)幅值得以確定。（2）LC濾波器的設(shè)計(jì)如上所述，經(jīng)過(guò)SPWM調(diào)制的逆變器輸出電壓含有高頻諧波，對(duì)于分布式電源而言，要輸出合乎電能質(zhì)量要求的電能必須要對(duì)輸出電壓進(jìn)行簡(jiǎn)單的濾波，LC濾波器就是這種操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)的濾波裝置。LC濾波器結(jié)構(gòu)如圖2.7所示：圖2.7濾波器結(jié)構(gòu)其傳遞函數(shù)可寫(xiě)為：（2.4）其中增加一個(gè)小電阻R是為了防止濾波器震蕩引起不穩(wěn)定。根據(jù)濾波需求取，其頻率特性如圖2.8所示：圖2.8濾波器幅頻、相頻特性圖2.8濾波器幅頻、相頻特性從上圖可知，該濾波器在工頻處具有良好的跟蹤效應(yīng)，且無(wú)相角偏移，而在高頻處有明顯的抑制諧波作用。（3）控制器建模要分析電壓電流控制環(huán)的頻域特性首先得建立其控制模型得到傳遞函數(shù)。如前所述，雙閉環(huán)控制輸出的調(diào)制波經(jīng)過(guò)SPWM調(diào)制環(huán)節(jié)及逆變器之后輸出的電壓基波幅值為（a相為例）： (2.5)本文中所取直流側(cè)電壓為1200，載波幅值為,由上式可推得逆變器輸出的基波電壓幅值就等于雙閉環(huán)控制所產(chǎn)生的電壓基準(zhǔn)值，所以該部分的傳遞函數(shù)可記為1（此處是電流內(nèi)環(huán)比例系數(shù)以及SPWM調(diào)制系數(shù)之積）。另外，控制中加入了電容電流（增加一個(gè)經(jīng)過(guò)CS環(huán)的通路）的前饋通路，使得電壓幅值增益的帶寬更廣，加快響應(yīng)速度。如此，整個(gè)雙閉環(huán)控制的控制框圖如下圖2.9所示：圖2.9系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的傳遞函數(shù)其傳遞函數(shù)為：（2.6）上式可簡(jiǎn)寫(xiě)為： （2.7）其中G(s)為控制環(huán)的電壓增益，Z(s)為逆變器的等效輸出阻抗，對(duì)兩個(gè)傳遞函數(shù)分別進(jìn)行幅頻相頻特性分析。仿真中，此時(shí)傳遞函數(shù)G(s）幅頻相頻特性曲線(xiàn)（Bode圖）如下圖2.10所示。圖2.10中，的頻域特性帶寬較寬，在50Hz附近，傳遞函數(shù)由較好的跟蹤特性；在高頻段其截止頻率在50000Hz左右，該控制方式能夠起到抑制作用。其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，帶寬較寬，具有良好的穩(wěn)定性。的頻域特性如圖2.11所示。由圖可知，負(fù)載電流對(duì)控制環(huán)增益影響很小，可以忽略。在工頻段，逆變器輸出阻抗呈感性，能夠減少有功無(wú)功輸出的耦合程度，便于無(wú)功有功的分別控制。在高頻段阻抗呈阻性與容性，有助于諧波的濾除，提高輸出的電能質(zhì)量。綜上所述，本文所設(shè)計(jì)的控制在控制速度及性能方面有良好的特性。該控制器具有下垂特性能夠很好地均分負(fù)荷；而內(nèi)環(huán)的電壓電流控制則增加了逆變器抗負(fù)荷擾動(dòng)能力，改善了逆變器輸出有功無(wú)功與電壓幅值和頻率的耦合特性，在微網(wǎng)并網(wǎng)及孤島模式下均具有良好的抗干擾能力。圖2.10.電壓增益的幅頻相頻特性圖2.11逆變器等效輸出阻抗頻域特性2.4微網(wǎng)故障模型本小節(jié)將建立如圖2.1所示的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，在線(xiàn)路1長(zhǎng)度50%處發(fā)生不同故障類(lèi)型時(shí)微網(wǎng)的故障模型，并且給出不同故障類(lèi)型時(shí)的故障特性分析。由式（2.5）可知，在電壓電流內(nèi)環(huán)控制模型下逆變器的輸出等效為一個(gè)受控電壓源與串聯(lián)阻抗，其數(shù)學(xué)模型如圖2.12所示：圖2.12逆變器等效模型在不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)需要進(jìn)行正序、負(fù)序、零序分量的分析，故在此分別建立各序網(wǎng)絡(luò)短路故障模型。其中電源的等效模型如圖2.12所示，輸電線(xiàn)路的正序、負(fù)序、零序阻抗參數(shù)由本章開(kāi)始處給出，分別記為、、。（1）孤島模式下的正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)圖2.13單相正序等值電路網(wǎng)絡(luò)圖2.14單相負(fù)序等值電路網(wǎng)絡(luò)圖2.15單相零序等值電路網(wǎng)絡(luò)并網(wǎng)模式下的正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)圖2.16單相正序等值網(wǎng)絡(luò)圖2.17單相零序等值網(wǎng)絡(luò)圖2.18單相零序等值網(wǎng)絡(luò)上述等值電路均可簡(jiǎn)化為下圖模型：圖2.19正序、負(fù)序、零序等效電路其數(shù)學(xué)公式可分別表述為： （2.8） （2.9） （2.10）在處理線(xiàn)路1長(zhǎng)度50%處發(fā)生不同類(lèi)型故障時(shí)的一般方法是首先依據(jù)故障的邊界條件以及式（2.8）（2.9）（2.10）建立復(fù)合序網(wǎng)，由正序等效定則分別求解A相故障電流與電壓，然后分別求出B、C相電壓、電流就可以分析求得不同故障類(lèi)型下網(wǎng)絡(luò)的故障電流大小。分析微網(wǎng)在孤島模式與并網(wǎng)模式下的各序等值網(wǎng)絡(luò)，我們可以發(fā)現(xiàn)由于在并網(wǎng)模式下配電網(wǎng)的鉗制，在線(xiàn)路2末端的電壓幅值與頻率幾乎是固定不變的，所以分布式電源2所輸出的電壓電流也近似不變，故障處的故障電流主要由配電網(wǎng)與分布式電源1提供。圖2.16中的電源V即為配電網(wǎng)的等效電源與阻抗。由于其等效阻抗較小，所以在故障時(shí)配電網(wǎng)側(cè)流入的故障電流較大。而在孤島模式下，故障電流有分布式電源1、2共同提供，由于分布式電源1、2的容量均較小，所能提供的故障電流也較小，此時(shí)故障電流應(yīng)該會(huì)小于并網(wǎng)模式下的故障電流。第三章微網(wǎng)仿真結(jié)果分析本節(jié)將通過(guò)仿真分別驗(yàn)證微網(wǎng)中的并聯(lián)逆變器在上述控制器的控制下應(yīng)對(duì)負(fù)荷擾動(dòng)，并網(wǎng)控制等條件下的輸出特性，并且著重分析在在并網(wǎng)與孤島兩種模式下微網(wǎng)的故障特性。3.1微網(wǎng)正常運(yùn)行特性3.1.1負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)均分負(fù)荷特性圖3.1負(fù)荷擾動(dòng)下并聯(lián)逆變器的均分有功負(fù)荷曲線(xiàn)在0.25s的時(shí)候負(fù)荷側(cè)發(fā)生擾動(dòng)，分布式電源1、2如圖3.1、3.2所示能夠很好地按照預(yù)先設(shè)定的下垂系數(shù)均分負(fù)荷。電壓幅值、頻率的下垂特性如圖3.3、3.4所示，逆變器1、2輸出電壓值并不相等，逆變器之間存在無(wú)功流動(dòng)，而由于在一個(gè)系統(tǒng)中電壓頻率處處相等，所以并聯(lián)逆變器下垂特性相同，暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程略有不同。由此可以說(shuō)明并聯(lián)逆變器良好的均分負(fù)荷能力。圖3.2負(fù)荷擾動(dòng)下并聯(lián)逆變器的均分無(wú)功負(fù)荷曲線(xiàn)圖3.3負(fù)荷擾動(dòng)下電壓下垂曲線(xiàn)圖3.4負(fù)荷擾動(dòng)下頻率下垂曲線(xiàn)3.1.2同步過(guò)程中的電源輸出特性在大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，為了保持負(fù)荷側(cè)供電穩(wěn)定性，微網(wǎng)與大電網(wǎng)脫離切換至孤島模式。而當(dāng)大電網(wǎng)故障修復(fù)之后，微網(wǎng)與大電網(wǎng)準(zhǔn)備重新連接。這一過(guò)程稱(chēng)為再同步過(guò)程。同步控制器就在這一過(guò)程中使得微網(wǎng)末端電壓幅值、頻率、相角滿(mǎn)足并網(wǎng)條件。為了使并網(wǎng)控制器作用，必須對(duì)該控制器進(jìn)行時(shí)序控制，即當(dāng)檢測(cè)到大電網(wǎng)故障消除后，并網(wǎng)控制開(kāi)始作用，準(zhǔn)備并網(wǎng)；而一旦微網(wǎng)末端電壓滿(mǎn)足并網(wǎng)條件閉合靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)之后，分布式電源切換至并網(wǎng)工作狀態(tài)，同步控制器切除對(duì)分布式電源的控制，不致干擾并網(wǎng)狀態(tài)下逆變器的工作特性。其時(shí)序流程圖如下：圖3.5同步控制時(shí)序流程圖圖3.5同步控制時(shí)序流程圖當(dāng)同步控制器啟動(dòng)控制時(shí)分布式電源輸出特性如下圖3.6、圖3.7所示：圖3.6同步過(guò)程分布式電源有功輸出曲線(xiàn)圖3.7同步過(guò)程分布式電源無(wú)功輸出曲線(xiàn)圖3.8同步過(guò)程微網(wǎng)末端電壓與配電網(wǎng)側(cè)電壓由上圖3.6、3.7可知，在同步過(guò)程中逆變器的輸出有功無(wú)功增加。從圖3.8可知，由于孤島運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)內(nèi)部電壓幅值低于配電網(wǎng)側(cè)并且存在相角差，在同步過(guò)程中同步控制器提高逆變器輸出電壓幅值并且改變輸出電壓頻率以期與配電網(wǎng)側(cè)同步，這也解釋了在這一過(guò)程中逆變器輸出的有功無(wú)功會(huì)增加的原因。從同步控制0.5s開(kāi)始作用至微網(wǎng)并網(wǎng)完成用時(shí)約0.35s，能夠較快的完成微網(wǎng)末端電壓的同步工作，使得配電網(wǎng)故障消除后能夠快速再并網(wǎng)連接。3.1.3并網(wǎng)后分布式電源輸出特性微網(wǎng)由孤島模式切換至并網(wǎng)模式之后，由于大電網(wǎng)的鉗制且微網(wǎng)容量較小，所以微網(wǎng)內(nèi)部電壓幅值與頻率由大電網(wǎng)確定，下垂控制下的并聯(lián)逆變器有功輸出接近于額定值（頻率相同）；但由于分布式電源需要從大電網(wǎng)吸收無(wú)功或者供給無(wú)功，其輸出電壓幅值差別較大導(dǎo)致分布式電源1、2的無(wú)功輸出相接近。其輸出特性如圖3.9、3.10所示。圖3.9并網(wǎng)連接后分布式電源輸出有功曲線(xiàn)3.10并網(wǎng)連接后分布式電源輸出無(wú)功曲線(xiàn)3.2微網(wǎng)故障運(yùn)行特性在圖2.1的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，線(xiàn)路1長(zhǎng)度50%處分別發(fā)生不同故障類(lèi)型分別分析其故障特性。此時(shí)配電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生較大的故障電流，分布式電源1由于靠近故障點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生故障電流，而分布式電源2距離故障點(diǎn)較遠(yuǎn)，在并網(wǎng)模式下的輸出特性與孤島模式下差別較大，下面將給出不同故障類(lèi)型下分布式電源輸出的仿真圖形。3.2.1在并網(wǎng)模式下的故障特性(a)三相短路條件下故障處電流(b)三相短路條件下分布式電源1的輸出電壓(c)三相短路條件下分布式電源1的輸出電流圖3.11三相短路故障下故障處電流，分布式電源1輸出故障電流與電壓(a)AC兩相短路條件下故障處電流（b）AC兩相短路條件下分布式電源1的輸出電壓（c）AC兩相短路條件下分布式電源1的輸出電流圖3.12AC相間短路下故障處電流，分布式電源1輸出的故障電流與電壓(a)AC兩相接地短路故障處電流（b）AC兩相接地短路分布式電源1的輸出電壓（c）AC兩相接地短路分布式電源1的輸出電流圖3.13AC兩相接地短路下故障處電流，分布式電源1輸出的故障電流與電壓(a)A相接地短路下故障處電流（b）A相接地短路下分布式電源1的輸出電壓（b）A相接地短路下分布式電源1的輸出電流圖3.14A相接地短路下故障處電流，分布式電源1輸出的故障電流與電壓3.2.2在孤島模式下的故障特性如上所述，在孤島運(yùn)行時(shí)分布式電源1的輸出特性幾乎不變，而此時(shí)由于缺少配電網(wǎng)的鉗制，分布式電源2的輸出變化明顯。下面將給出電源2輸出特性仿真波形。(a)三相短路條件下故障處電流(b)三相短路條件下分布式電源2的輸出電壓(c)三相短路條件下分布式電源2的輸出電流圖3.15三相短路下故障處電流，分布式電源2輸出的故障電流與電壓(a)AC兩相短路條件下故障處電流（b）AC兩相短路條件下分布式電源2的輸出電壓（c）AC兩相短路條件下分布式電源2的輸出電流圖3.16AC兩相短路下故障處電流，分布式電源2輸出的故障電流與電壓(a)AC兩相接地短路故障處電流（b）AC兩相接地短路分布式電源2的輸出電壓（c）AC兩相接地短路分布式電源2的輸出電流圖3.17AC兩相接地短路下故障處電流，分布式電源2輸出的故障電流與電壓(a)A相接地短路下故障處電流（b）A相接地短路下分布式電源2的輸出電壓（c）A相接地短路下分布式電源2的輸出電流圖3.18A相接地短路下故障處電流，分布式電源2輸出的故障電流與電壓3.3微網(wǎng)運(yùn)行特性分析本文所設(shè)計(jì)控制器有良好的下垂特性，能夠很好地均分負(fù)荷。在空載狀態(tài)下，并聯(lián)逆變器之間無(wú)環(huán)流，保證了其安全性。在同步控制的過(guò)程中，逆變器輸出電壓幅值、頻率均增大以滿(mǎn)足并網(wǎng)條件，因此導(dǎo)致這一過(guò)程中分布式電源輸出的有功無(wú)功均增加?？刂破鬏^小的增益系數(shù)能夠保證在同步過(guò)程中電壓幅值、頻率不致改變過(guò)大。同步控制完成并網(wǎng)工作后，由于大電網(wǎng)的鉗制，分布式電源在同步過(guò)程中承擔(dān)的負(fù)荷由配電網(wǎng)承擔(dān)，分布式電源輸出功率下降，此時(shí)微網(wǎng)內(nèi)部電壓幅值、頻率由配電網(wǎng)提供，下垂控制不再起作用。在線(xiàn)路1長(zhǎng)度50%處發(fā)生不同類(lèi)型故障時(shí)，三相短路故障短路電流最大，單相故障危害最小。由于逆變器的外環(huán)功率下垂控制，突然增加的輸出功率導(dǎo)致分布式電源1負(fù)荷側(cè)端口電壓下降幅度較大。本文所采用的內(nèi)環(huán)電壓電流控制在一定程度上迫使分布式電源輸出端口電壓維持在基準(zhǔn)值附近，在兩相短路，兩相接地短路，單相短路等不對(duì)稱(chēng)短路發(fā)生時(shí)仍能較好的保證三相電壓的對(duì)稱(chēng)性，但相較于V/f控制下的分布式電源，由于下垂特性，其輸出電壓下降，導(dǎo)致故障電流減小，不利于線(xiàn)路保護(hù)裝置的啟動(dòng)。分布式電源2在并網(wǎng)模式下由于大電網(wǎng)的鉗制