基于pscad微电网多电源模型

张 鑫， 王 蔚

(长春工业大学 电气与电子工程学院， 吉林 长春 130012)

0 引 言

随着电力行业突飞猛进的发展,传统大电网的弊端越来越明显。由分布式电源组成的微电网顺应时代的潮流得以产生和发展。微电网中含有大量的微电源,微电源种类很多，比传统电网中电源种类复杂，工作原理也不同，所以对微电源的控制研究成为继微电网研究这个重点之后的重中之重,而不同类型微电源的功率频率特性分析是研究微电源控制策略的基础。文中利用pscad平台建立含有VF和PQ控制型逆变器接口微电源组成的微电网模型,用以研究微电网频率特性和微电源的功率特性，这对进一步研究微电源控制方法十分重要。

1 PQ控制和VF控制

PQ控制又称恒功率控制，指的是逆变器按照参考功率输出有功功率和无功功率[1]。逆变器控制输出端的电压,从而控制电流,以此达到控制其有功和无功功率，使输出的有功和无功功率等于参考值。一般情况下，PQ控制采用功率外环和电流内环相结合的双闭环控制方式，内外两环性能互相配合,互相影响。PQ控制型逆变器电路结构如图1所示。

图1 PQ控制型逆变器电路结构

根据图1电路结构，经过park变换、解耦控制和简化等一系列过程，有功功率控制系统的开环传递函数Cop(s)和闭环传递函数Ccl(s)可以如下式表示：

(1)

(2)

式中：A=kp1ki2+kp2ki1；

kp，ki----分别为变换过程中的比例和积分系数。

解耦实现了有功、无功的独立控制，无功功率控制环结构与有功功率控制环相同，可以得到相似的传递函数。

逆变器的VF控制原理是调节逆变器的输出电压和频率，从而达到对负荷有功功率和无功功率的要求[2]。下垂控制和电压电流双环控制等组成逆变器的VF控制，VF控制型逆变器电路结构如图2所示。

图2 VF控制型逆变器电路结构

通过一系列变换可以得出，从uref到u的开环传递函数

(3)

式中：B=R2C+KRC+L。

闭环传递函数如下:

(4)

a1=L2C,

a2=2RLC+KLC,

a3=R2C+KRC+L+KkpL,

a4=KkpR+KkiL+R+K,

a5=KkiR。

2 模型的搭建

微电网中微电源种类很多，根据不同的调频特性分为几类，分别为有差调频、无差调频和无调频作用三类[3]。有差调频即微电源功率的变化，会引起频率发生相应的变化,致使最终频率和初始频率有偏差[4]。它的典例是VF控制型逆变器接口微电源和同步机接口微型燃气轮机(不含积分环节)[5]；无差调频方式是微电源根据功率的变化频率不会发生任何变化，这种方式的典例有同步机接口型燃气轮机(含积分环节)和同步机接口柴油机[6]；无调频作用是功率保持一定值，其频率也会发生变化，它的典例有PQ控制型逆变器接口微电源和异步机接口风力发电[7]。根据上述分类，取其中两种典型组成微电网对其功率频率特性进行研究。构建的微电网拓扑结构如图3所示。

图3 微电网拓扑结构

图中，电源1是VF控制型逆变器接口微电源[8]，电源2是PQ控制型逆变器接口微电源。PQ控制和VF控制原理在前文已了解，中间的变换过程在文中省略，根据其原理搭建PQ和VF控制模块[9]，分别如图4和图5所示。

图4 搭建的PQ控制模块

图5 搭建的VF控制模块

3 模型参数设置及仿真

电源1是含有下垂特性的VF控制微电源，额定功率0.14 MW，下垂系数m=1，n=0.05，额定频率50 Hz；电源2是PQ控制型逆变器接口微电源，额定功率0.1 MW。仿真时负载大小0.24 MW，当仿真运行至1 s时，负载增加0.03 MW，总负载0.27 MW，设置的线路长度分别为200 m和100 m，电源以及负荷接入微电网都连接有开关，可以通过控制开关开断来研究单个电源的特性[10]。仿真结果如图6和图7所示。

图6 系统频率仿真图

图7 微电源功率仿真图

电源1是含有下垂特性的VF无差控制微电源，额定电压380 V，额定频率50 Hz；电源2是PQ控制型逆变器接口微电源，额定功率0.1 MW，仿真开始时，负载大小0.24 MW，当仿真运行到1 s时，负载增加0.3 MW。仿真结果如图8～图11所示。

4 结 语

应用pscad仿真软件搭建了含有VF和PQ控制型逆变器接口微电源组成的微电网仿真模型。通过对负荷的调节以及微电网不同运行情况的研究，得到微电网的频率特性和功率特性[11]。在其他条件相同的情况下，通过比较VF控制型逆变器接口微电源有无积分环节的差别，从而实现了系统频率的无差控制。

图8 系统频率仿真图

图9 微电源1功率仿真图

图10 微电源2功率仿真图

图11 负载功率仿真图