下垂控制介紹

4.2下垂控制UPS并聯(lián)也即是內(nèi)部逆變環(huán)節(jié)間實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，UPS電源并聯(lián)運(yùn)行具有以下優(yōu)勢(shì)：一是能夠有效提高供電系統(tǒng)的冗余性和可靠性；二是大電流電力電子器件數(shù)量有限且昂貴，通過多個(gè)小功率電源系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行能夠提高供電系統(tǒng)的容量；三是并聯(lián)運(yùn)行能夠有效減輕大功率逆變器熱管理和設(shè)計(jì)的困難[44]。4.2.1逆變器并聯(lián)運(yùn)行分析如圖4-6所示為兩臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行給一個(gè)負(fù)載供電。忽略供電線路的線#2，號(hào)逆變器的輸出阻抗為1Z，o22路阻抗，#1號(hào)逆變器的輸出阻抗為Zo1負(fù)載阻抗為Z。Z∠θZ∠θo22V∠0°o11oE∠δE∠δvvr1Zr21122圖4-6兩臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行電路圖Fig.4-6Circuitdiagramofparalleloperationoftwoinverters設(shè)兩臺(tái)逆變器輸出的電壓分別為：11v2Esin(t)(4-10)r112v2Esin(t)r222則逆變器的視在功率分別為：*ES1**II*1(4-11)(4-12)S2E**2逆變器公共負(fù)載電壓為：vvRivRio22or1o11r2由于負(fù)載效應(yīng)，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)會(huì)造成v跌落，為了有功功率和無功功率按o照逆變器容量成比例的進(jìn)行分配，需要采取一定的控制策略。下面具體分析單個(gè)電源向負(fù)載供電的功率傳輸問題。如圖4-7所示，一臺(tái)逆變器向一個(gè)電壓源傳輸功率，傳輸線路電流為：ZIEV0=EcosVjEsin(4-13)ooZoo∠θoZiv∠0°VoE∠δvro圖4-7單臺(tái)逆變器供電電路圖Fig.4-7Powersupplycircuitdiagramofasingleinverter逆變器傳輸?shù)诫妷涸吹挠泄β屎蜔o功功率分別為：[45]P(ocosV)cosEV2EVosinsinoZZZ(4-14)oooQ(EVZ2ocosV)sinEVosincosZoZooo式中，為逆變器輸出電壓與電壓源之間的相位差，這實(shí)際反映了電壓型逆變器接入到終端電壓為ov的無窮大電網(wǎng)的情況。上式寫成矩陣形式為：EVosinsinPcossinZ(4-15)(4-16)ocosQEVocosV2oZZoo定義：則有：sincosPPsincosQQEVosinZP(4-17)(4-18)oQVEVocos2oZZoo因此，對(duì)于一個(gè)小的，有：PEVosinEVoZZooQEVocosVZo2ZEVoVZooo從而可以通過控制和來分別控制和，這就是下垂控制的基本原則。EQP4.2.2傳統(tǒng)下垂控制算法電壓型逆變器模型可以用一個(gè)理想交流電壓源和逆變器輸出阻抗串聯(lián)等vr[46]效，針對(duì)不同的輸出阻抗，應(yīng)采用不同的下垂控制策略。對(duì)于R型逆變器，也即當(dāng)逆變器輸出阻抗為阻性時(shí)，=0，有：PEVocosV2oZZ(4-19)ooQEVosinZocos1，sin=，從而：當(dāng)很小時(shí)，可認(rèn)為EVV2PooZZ(4-20)ooEVoZQo~表示“正相關(guān)于”。據(jù)此可得R型逆變器Q因此可知，，其中PE的傳統(tǒng)下垂控制策略為：EE*nP(4-21)iiimQi*iiPQR型逆變器有，QP，其下垂控制策略曲線如圖4-8所示。ωiEiE*ω*-E=Ei*nPiω=ω*+mQiiiii容性感性0Qi*QiPPii*圖4-8R型逆變器下垂控制策略Fig.4-8R-typeinverterdroopcontrolstrategy對(duì)于，有：L型逆變器，也即當(dāng)逆變器輸出阻抗為感性時(shí)，=90EVZosinP(4-22)oQEVocosV2oZZoo當(dāng)很小時(shí)，可認(rèn)為cos1，sin=，從而：EVoPZ(4-23)oQEVV2ooZZoo因此可知，。據(jù)此可R得型逆變器的傳統(tǒng)下垂控制策略為：QEPEE*nQimP(4-24)iii*iiL型逆變器有PP，QQ，其下垂控制策略曲線如圖4-9所示。ωωEii*E*--ω=ω*mPiE=Ei*nQiiiii容性感性0Qi*QiPPii*圖4-9L型逆變器下垂控制策略Fig.4-9L-typeinverterdroopcontrolstrategy對(duì)于C型逆變器，也即當(dāng)逆變器輸出阻抗為感性時(shí)，=-90，有：EVPosinZ(4-25)(4-26)oQEVocosV2oZZoo當(dāng)很小時(shí)，可認(rèn)為cos1，sin=，從而：EVoZPoQEVV2ooZZooC因此可知，。據(jù)此可得型逆變器的傳統(tǒng)下垂控制策略為：QEPEE*nQimP(4-27)iii*iiC型逆變器有PP，，其下垂控制策略曲線如圖4-10所示。QQωωEii*E*ω=ω*+mPiE=Ei*+nQiiiii容性感性0Pi*PiQi*Qi圖4-10C型逆變器下垂控制策略Fig.4-10C-typeinverterdroopcontrolstrategy無論那種類型逆變器，其下垂控制策略都是為了實(shí)現(xiàn)P、Q與、E之間形成負(fù)反饋，從而使得下垂控制能夠調(diào)節(jié)頻率和電壓。為了使逆變器能夠根據(jù)各自容量自動(dòng)按比例分配功率，各臺(tái)逆變器下垂控制系數(shù)需要滿足以下要求：nS*nS*1122(4-28)mSmS**1122也即：n1=n2mm(4-29)12在實(shí)際傳統(tǒng)下垂控制應(yīng)用中，為了使逆變器能夠?qū)崿F(xiàn)按各自容量按比例分配功率，還需要各臺(tái)逆變器必須具有相同的阻抗標(biāo)幺值和電壓有效值設(shè)定，這兩個(gè)條件都很難滿足。除此之外，逆變器間饋線阻抗不同、元件不匹配、參數(shù)漂移等不確定因素都會(huì)影響最終逆變器間功率的按比例分配，因此需要有相關(guān)機(jī)制來確保下垂控制效果。4.2.3魯棒下垂控制算法下面以R型逆變器為例，說明魯棒性下垂控制算法。由式(4-21)可得：EEEnP(4-30)*iiii從而通過對(duì)E的積分就能得到電壓，即：EiiE=Edt(4-31)tii0對(duì)于并網(wǎng)逆變器，E最終為0，因而逆變器能夠按照指令功率無偏差饋入i電網(wǎng)。對(duì)于離網(wǎng)逆變器，其輸出功率由負(fù)載大小決定，因而離網(wǎng)逆變器和并網(wǎng)增大會(huì)造成線路電壓的降落，由下垂控制公式可知，下垂控制本身也造成電壓的降落，減小下垂系數(shù)可以減弱這種降落，但這樣做將逆變器快速響應(yīng)性能。為了將電壓降落控制在逆變器在需要采取不同的控制策略。此外，負(fù)載的因此，一定范圍內(nèi)，可以采用將電壓降落幅度E*V進(jìn)行加入到下垂算法中進(jìn)行反饋o控制。如圖4-11所示為R型逆變器魯棒下垂控制控制框圖。*V經(jīng)過放大器KEeo后加到E上，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，積分器輸出為0，因此：inPK(E*V)(4-32)iieo從而只要各臺(tái)逆變器的K選的相同，式(4-32)右側(cè)總是一樣的，也即各臺(tái)式(4-28)所示的條件，各臺(tái)逆變器自容量進(jìn)行功率該魯棒下垂控制器不需要各臺(tái)逆變器具有相同E也能保證準(zhǔn)確的有功功率e逆變器滿足能夠按照各分配。分i配，能夠大