由于稳态时,系统工作于同一角频率,所以有功功率分配精度较高。然而由于线路压降,各节点电压幅值略有差异,从而导致无功功率不能按照需求精确分配。将重点针对该问题进行分析并提出改善方法。
1、改善VCM-VSC 分配精度的虚拟阻抗控制
VCM-VSC 通过内环控制器实现对电压指令的跟踪,其内环控制器参数与戴维宁电路等效电压源矢量和串联阻抗关系为:
式中:UVref 为下垂控制给出的电压指令;GcV 为内环控制器增益;zcV 为控制器闭环等效阻抗。
由图2可知,微电网母线电压为:
若不采用虚拟阻抗,内环控制器的设计常使GcV 和zcV 在基波角频率点的值分别约为1 和0。
因此,上式可以简化为:
由于各分布式DR 系统到PCC 点距离不同,则等效的线路阻抗zLV 难免有差异。由上式可知,若设置所有VCM-VSC 的UVref 相等,则会导致输出电流的差异,其差值取决于线路阻抗。
当2 台VCM-VSC 下垂系数一致时,2 台变流器无功差值QmVdif 为:
可见,无功功率差值取决于下垂系数、空载电压指令差值和实际因为线路阻抗导致的电压差值。为改善无功分配精度,可以通过有互联线方式适当调整空载电压幅值或者采用无互联线虚拟阻抗形式。减小2 个电源到PCC点之间等效阻抗差值。
2、CCM-VSC 间的功率分配精度分析
CCM-VSC 通过内环控制器实现对功率或者电流指令的跟踪,常用诺顿等效电路表示。内环控制器参数与诺顿电路等效电流源和阻抗关系为:
式中:Icref 为电流指令;Gcc为内环控制器增益;gcc为闭环控制系统等效导纳。
由图2可得:
由上述两个公式可得:
内环控制器的设计常使Gcc和gcc在基波角频率点的值分别约为1 和0。若所给的电流指令一致,则能实现CCM-VSC 间较好的均流特性。
3、VCM-VSC 与CCM-VSC 间的无功分配精度改善控制
令 QmC 为CCM-VSC 计算的无功功率值,假设CCM-VSC 的功率反馈能够准确跟踪功率指令,即QmC≈QC。可得,若kqvkqc=1 成立,则VCM-VSC 和CCM-VSC 之间的无功功率差值为
可见,其值取决于空载电压差异和因为线路阻抗导致的电压差异以及下垂系数。
对于CCM-VSC,忽略线路的阻性部分,并令XLC 为线路感抗,则
若
可见,无功功率差值主要取决于虚拟感抗、下垂系数以及当前的无功功率值。
可以自适应调节VCM-VSC 空载电压值来改善功率分配精度。但该方法将减弱虚拟阻抗对VCM-VSC间无功分配精度的改善。
基于以上分析,提出CCM-VSC 自适应空载电压补偿法,其无功控制方程为:
可见,该方法无需依据互联线来调整空载电压幅值。只需依据当前计算的无功功率值即可自适应调整空载电压补偿值。
3、控制实现
基于以上分析,本文采用的 VCM-VSC 和CCM-VSC 控制框图如图3 所示。