微網(wǎng)逆變器的控制策略研究國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u11715微網(wǎng)逆變器的控制策略研究國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 144691.1課題背景 1320591.2微網(wǎng)的研究現(xiàn)狀 251921.3微網(wǎng)及分布式電源 390121.3.1微網(wǎng)的概念 342621.3.2微網(wǎng)的特點(diǎn) 4302981.4微網(wǎng)中逆變器的控制策略 412981.4.1PQ控制策略 4316481.4.2恒壓恒頻（V/F）控制策略 5187531.4.3下垂（droop）控制策略 51.1課題背景在當(dāng)前高速發(fā)展的社會(huì)中，煤炭、石油等能源是衡量發(fā)展速度和社會(huì)穩(wěn)定的重要指標(biāo)，但隨著進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”產(chǎn)業(yè)的改進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)效率得到了高速提升，在增加產(chǎn)值的前提下，也造成了能源的高速消耗，為了能夠滿足當(dāng)前的能源使用需求，隨著新能源的使用不僅能夠緩解傳統(tǒng)能源的危機(jī)，還能有效解決傳統(tǒng)能源使用過程中造成的污染問題。如何去克服這些劣勢，充分利用其優(yōu)勢，是科研人員及學(xué)者的研究重要內(nèi)容，這時(shí)提出了分布式發(fā)電系統(tǒng)的概念，進(jìn)而建立了微網(wǎng)系統(tǒng)。然而，經(jīng)過大量的研究調(diào)查表明，許多因素影響著可循環(huán)利用資源的開發(fā)，尤其是自然因素的影響。在無規(guī)律、大規(guī)模的微電網(wǎng)系統(tǒng)中，由大電網(wǎng)產(chǎn)生的大沖擊力將導(dǎo)致并網(wǎng)機(jī)會(huì)的控制率下降，與此同時(shí)電壓沖擊力較大時(shí)可能造成大電網(wǎng)崩潰的現(xiàn)象，進(jìn)而威脅供配電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行，為了發(fā)揮其分布式發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢，抹去一些原因帶來的缺點(diǎn)，尤其是自然因素所帶來的缺點(diǎn)，研究專家及學(xué)者們在對微網(wǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)理論創(chuàng)建的前提下，思慮到將微網(wǎng)變頻器系統(tǒng)產(chǎn)生的能量，改善了電網(wǎng)振動(dòng)時(shí)的低谷。為了進(jìn)一步研究微網(wǎng)系統(tǒng)，可以像傳統(tǒng)能源一樣開發(fā)，使其接入大電網(wǎng)中，在全球各地建立了大型示范工程。到目前為止，微網(wǎng)系統(tǒng)的研究取得了大量豐富的成果，微網(wǎng)系統(tǒng)可以工作在兩種工作模式：并網(wǎng)運(yùn)行模式和孤島運(yùn)行模式，為了擴(kuò)大微網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，微網(wǎng)的一項(xiàng)功能很難滿足客戶用戶端的需求，所以要求微網(wǎng)系統(tǒng)要具備并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行兩種工作模式，并且能夠靈活切換。如何實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)逆變器的雙模式平滑切換是近年來世界的研究熱點(diǎn)，各國的專家學(xué)者都進(jìn)行了大量的深入研究。如果能夠?qū)崿F(xiàn)微網(wǎng)逆變器的快速平滑切換，不但能解決配電網(wǎng)遠(yuǎn)距離傳輸、髙電壓、高損耗、高成本的問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)的智能化，緩解過渡消耗、減少環(huán)境污染的一系列能源問題，能夠使我國的自然能源更合理的利用與開發(fā)。1.2微網(wǎng)的研究現(xiàn)狀光伏發(fā)電手段通常為光熱發(fā)電。光熱發(fā)電的原理是先將光輻射中熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能之后再將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，由于熱量的采集和?chǔ)存相對于光照來說更為容易，所以這種發(fā)電方式轉(zhuǎn)換效率更高，年發(fā)電小時(shí)數(shù)更長。同火電類似通常適用于大型集中發(fā)電，并且由于轉(zhuǎn)換形式直接導(dǎo)致它對地域光輻射條件要求更高，僅有30%的地區(qū)滿足要求，因而未形成產(chǎn)業(yè)化。光伏發(fā)電的原理是光伏半導(dǎo)體材料受陽光照射產(chǎn)生電勢差形成電流，整個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)對地理?xiàng)l件要求不高，規(guī)模靈活如小規(guī)模、分布式發(fā)電等，也包括以單個(gè)家庭為單位的獨(dú)立光伏系統(tǒng)，并且與光熱發(fā)電相比我國在核心技術(shù)掌握上更得心應(yīng)手，產(chǎn)業(yè)化也更為成熟。因而本文研討的課題就獨(dú)立微電網(wǎng)展開。從國際現(xiàn)狀來看，光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率多數(shù)在10%到20%左右，而火電的轉(zhuǎn)換效率大多在35%到38%左右，可以看出光伏發(fā)電技術(shù)要想進(jìn)一步普及首要攻克的技術(shù)難關(guān)就是提高光電轉(zhuǎn)換效率。優(yōu)化光電轉(zhuǎn)換效率的手段有兩種：①升級太陽電池制造工藝。優(yōu)化電池材料，比如新型二氧化鈦光伏電池，鈣鈦礦電池等，它們的轉(zhuǎn)換率能夠達(dá)到30%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)硅電池；開發(fā)由多種半導(dǎo)體材料構(gòu)成的新型電池構(gòu)造，達(dá)成對多種光譜的吸收利用。但這些方法普適性不強(qiáng)，研發(fā)成本也更高。②利用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)（MPPT）。光伏組件表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性特征，受多種環(huán)境因素影響，處于不同環(huán)境下所對應(yīng)的最大功率點(diǎn)不同。MPPT技術(shù)是通過對光伏組件輸出特性進(jìn)行調(diào)控，將其自身電阻與負(fù)載電阻進(jìn)行匹配，從而讓光伏系統(tǒng)能夠一直在功率最大位置運(yùn)行，達(dá)成提升整個(gè)系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換效率的目的。MPPT調(diào)控手段多樣，除了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型跟蹤方法，也涉及到了很多人工智能跟蹤手段。最早出現(xiàn)的MPPT控制策略是基于恒定檢測參量調(diào)控的固定電壓法（CVT），這種方法控制參數(shù)少，對控制器件要求不高但不能根據(jù)環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，能源浪費(fèi)率高。之后人們?yōu)榱烁倪M(jìn)CVT法，又提出了基于CVT的查表調(diào)節(jié)法，可根據(jù)相關(guān)環(huán)境下的最大功率工作電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了達(dá)到讓工作點(diǎn)始終跟蹤最大功率點(diǎn)的目的，人們又相繼提出了基于優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的控制策略如：分?jǐn)?shù)開路電壓法。同一時(shí)期，通過采集光伏電池工作電壓和電流等參量對光伏系統(tǒng)進(jìn)行擾動(dòng)自尋優(yōu)的控制策略也逐漸出現(xiàn)如：爬山法、導(dǎo)納增量法（INC）等。這兩類方法不需要采集環(huán)境變化參量對控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而是直接采集光伏組件中的電壓、電流等信息進(jìn)行跟蹤，人們?yōu)榱藘?yōu)化這些算法近些年來也不斷提出其改進(jìn)算法。隨著軟計(jì)算在電氣領(lǐng)域多方面的應(yīng)用，越來越多的人工智能方法也應(yīng)用到了太陽能MPPT技術(shù)上，如常見的模糊邏輯控制方法、基于粒子群及其他生物啟發(fā)的方法等?？傊?，可以看出MPPT技術(shù)正朝著不斷優(yōu)化數(shù)學(xué)模型、多種方法相互融合、智能算法普及化等方面發(fā)展。1.3微網(wǎng)及分布式電源1.3.1微網(wǎng)的概念微網(wǎng)的定義是：分布式發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)施、能量轉(zhuǎn)換設(shè)備、負(fù)荷及監(jiān)測保護(hù)設(shè)備等組成的自我調(diào)節(jié)供配用電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制和自我管理的強(qiáng)大自治系統(tǒng)。它可以在有或沒有大電網(wǎng)的情況下運(yùn)行。美國電氣可靠性技術(shù)協(xié)會(huì)最早提出了微電網(wǎng)這一概念。圖1.1微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖微網(wǎng)電源：可再生能源輔和其他重要能源構(gòu)成，其主要包括燃料渦輪機(jī)發(fā)電、燃料電池發(fā)電、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電及光伏發(fā)電等。儲(chǔ)能設(shè)備：超導(dǎo)儲(chǔ)能設(shè)備、電池儲(chǔ)能設(shè)備、超級電容器儲(chǔ)能設(shè)備、飛輪儲(chǔ)能設(shè)備等1.3.2微網(wǎng)的特點(diǎn)微網(wǎng)的特點(diǎn)（1）微網(wǎng)有兩種運(yùn)行模式，分別是并網(wǎng)和孤島兩種工作模式。在并網(wǎng)的工作模式下，主要取決于微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的運(yùn)行狀況；孤島的工作模式下，微網(wǎng)則需要實(shí)現(xiàn)自身的能量供需平衡。（2）微電網(wǎng)中的各種分布式發(fā)電相互彌補(bǔ)，不僅可以大大提高多種能源的利用率，也可以減少各個(gè)分布式發(fā)電對大電網(wǎng)的影響。（3）微網(wǎng)中的分布式電源受到客觀條件的限制，地理位置也影響著分布式電源。（4）微網(wǎng)內(nèi)還依賴儲(chǔ)能設(shè)備來維持暫態(tài)的能量平衡。1.4微網(wǎng)中逆變器的控制策略目前，微網(wǎng)逆變器常用的控制策略方法有三種：恒功率（PQ）控制[1]，恒壓恒頻（V/f）控制[2]，下垂（Droop）控制[3]。1.4.1PQ控制策略PQ控制就是有功控制和無功控制。采用PQ控制(恒功率控制)的主要目的是使分布式發(fā)電按照固定電源輸出規(guī)定的有功、無功功率，即當(dāng)并網(wǎng)逆變器工作時(shí)，所連接的交流側(cè)母線的頻率和電壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)變化時(shí)，分布式電源輸出的有功功率及無功功率保持不變[3][4]圖1.1PQ控制的原理圖在微電網(wǎng)中，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電都是分布式發(fā)電方法，其輸出效率的大小受地理因素變化影響很大，在發(fā)電的過程中存在明顯的波動(dòng)和間歇。因此，這些電源的控制目標(biāo)應(yīng)該盡可能保證可再生能源的最大利用率，因此一般采用PQ控制系統(tǒng)。1.4.2恒壓恒頻（V/F）控制策略采用恒壓恒頻（V/F）控制策略的主要目的是，逆變電源輸出的功率不論怎么變化，輸出電壓的幅值和角度仍然保持不變，采用此種控制策略的逆變器具有一定的負(fù)荷輸出和功率特點(diǎn)。并且可以在孤島模式下對微電網(wǎng)提供很強(qiáng)的電壓和頻率支持。1.4.3下垂（droop）控制策略下垂控制（Droopcontrol）是通過模擬電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的外部特性來控制微電網(wǎng)的一種控制方法[4][5]。下垂特性曲線如圖1.2所示：圖1.2下垂控制原理圖如上圖所示，逆變器輸出無功功率和電壓幅值成線性關(guān)系，有功功率和頻率成線性關(guān)系，。例，當(dāng)逆變器的輸出無功功率為Q0和有功功率為P0時(shí)