VSG'ye Dayalı LCL Mikro Şebeke İnvertör Teknolojisi Araştırması
Guo Xiaoying 1, Wang Jialei 2, Li Fansen 2, Chen Xiandong 2, Cao Taiqiang 2
(1. Elektrik Bilgi Mühendisliği Okulu, Panzhihua Üniversitesi, Panzhihua, Sichuan 617000; 2. Elektrik ve Elektronik Bilgi Okulu, Xihua Üniversitesi, Chengdu, Sichuan 610039)
Şebekeye bağlı eviricinin büyük elektrik şebekesinin çalışmasıyla daha iyi işbirliği yapmasını sağlamak için, eşzamanlı jeneratörleri simüle eden kontrol yöntemi benimsenir, böylece dağıtılmış güç üretim sistemi olgun güç sistemi kontrol şemasından öğrenebilir ve çok modlu çalışmayı gerçekleştirebilir. Sanal senkron jeneratör kontrol yöntemine dayalı olarak, sanal frekans modülasyonu ve sanal uyarma sistemi geliştirilir ve sanal atalet, şebeke dışı çalışma durumundaki yük değişikliğinin neden olduğu frekans kararsızlığını etkili bir şekilde iyileştirir; aynı zamanda, üç fazlı LCL filtresinin performansı iyileştirilir. Analizden sonra, kapasitör tarafına pasif sönümleme direnci ekleme yöntemi, rezonans artışını etkili bir şekilde bastırabilir ve sistemin kararlılığını artırabilir. Son olarak, MATLAB / Simulink'in simülasyon deneyi, yöntemin etkinliğini doğruladı.
Mikro şebeke; sanal senkron jeneratör; LCL filtresi; pasif sönümleme
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TM464
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.01.040
Çince alıntı biçimi: Guo Xiaoying, Wang Jialei, Li Fansen ve diğerleri.VSG'ye dayalı LCL tipi mikro şebeke inverter teknolojisi üzerine araştırma.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (1): 152-155, 160.
İngilizce alıntı biçimi: Guo Xiaoying, Wang Jialei, Li Fansen ve diğerleri.Şebekeye bağlı inverter teknolojisi üzerine LCL filtreli sanal senkron jeneratörü temel alan araştırma.Elektronik Tekniği Uygulaması, 2017, 43 (1): 152-155, 160.
0 Önsöz
Dağıtılmış güç üretim sistemleri temel olarak iki modda çalışır veya iki mod arasında geçiş yapar; dağıtılmış güç üretim sistemi yeterli enerjiye sahip olduğunda ve şebekenin gücü kesildiğinde ve enerji kıt olduğunda enerjiyi şebekeye ileten şebekeye bağlı çalışma modu Önemli yüklere güç sağlayan ada işletim modu. İki çalışma modu arasındaki anahtarlama yöntemi uygun değilse, anahtarlama başarısız olur ve güç kaynağı kalitesini etkiler ve dağıtılan güç üretim ekipmanına zarar verir. Şebekeye bağlı çalışmanın mevcut kontrol modu ve literatürde benimsenen şebeke dışı çalışmanın voltaj kontrol modu, literatürde kullanılan PQ ve V / f kontrolüne benzer.Farklı çalışma modları arasında geçiş yaparken, ilgili kontrol stratejisinin değiştirilmesi gerekir, bu da kontrol devresinin karmaşıklığını derinleştirir. Sistemin karmaşıklığını artırmama öncülü altında, literatür, anahtarlama işleminde gerilim ve akım aşımı sorununu çözmek için ağırlıklı kontrole dayalı bir yöntem önermektedir, ancak ağırlıklı değerden ödün vermenin kolay olmadığı ve parametre hassasiyetinin çok büyük olduğu bir problem vardır; literatür sarkma kontrolünü kullanır Yöntem, kontrol stratejisi değişikliği sorununu etkili bir şekilde çözer ve aynı anda paralel / şebeke dışı çalışma moduna uygulanabilir, ancak düşüş eğrisinin doğru bir şekilde hareket ettirilmesi ve konumlandırılması gerekir.Şebeke dışı çalışmada ciddi voltaj düşüşleri ve frekans düşüşleri vardır. sorun.
Literatürde önerilen sanal senkron jeneratörün kontrol yöntemi, sanal atalet ve sarkma kontrolü temelinde eşdeğer sönümleme bağlantısını ekler, senkronize jeneratörün çalışma özelliklerini etkin bir şekilde simüle eder ve iki çalışma modu arasında otonom ve kararlı bir şekilde hareket edebilir. Birbirleri arasında geçiş yapmak için; bu makale sanal senkron jeneratör (VSG) kontrol yöntemine dayanmaktadır, sistemi iki çalışma moduna adapte etmek ve birbiri arasındaki geçişi daha kararlı hale getirmek için kontrol devresi yapısı ve üç fazlı LCL filtresi geliştirilmiştir. Performans, sistemin kararlılığını artırır ve mikro şebeke inverterinin çok modlu çalışmasını kolayca gerçekleştirebilir.
1 Geliştirilmiş VSG kontrol stratejisi
Bu belgede benimsenen sistem, başlangıç özelliklerini iyileştirmek için * ileri beslemeyi ekler; şebekeyle senkronize etmek için bir frekans ve faz kapalı döngü kontrol bağlantısı sunar.
İyileştirilmiş sistem Şekil 1'de gösterilmektedir. Genel kontrol performansı J *, K, D * parametreleri tarafından belirlenir. Önerilen frekans modülasyon yöntemi, sistemin çıkış frekansının güç dalgalanmalarına, şebeke frekansı dalgalanmalarına ve şebeke fazı dalgalanmalarına karşı belirli bir serbestlik derecesi göstermesini sağlar. Düzenleme özellikleri, çıkış frekansı üzerindeki harici parazitlerin etkisini azaltabilir ve sistemin kararlılığını sağlayabilir; faz öz-ayarlama kısmı, şebekeye bağlı inverter sisteminin şebeke üzerindeki etkisini azaltmak için sistemin ve şebekenin senkronizasyonunu sağlar.
Şekil 2, sanal eşzamanlı jeneratörün dahili kontrol blok şemasını göstermektedir.
Bunlar arasında, v, inverter çıkış terminal voltajıdır; Inabc, senkron jeneratör stator terminal akımına i karşılık gelen indüktör tarafı çıkış akımıdır; çıkış filtresi empedansı, senkron jeneratör uyarma sargı empedansına karşılık gelir.
2 LCL filtresinin analizi ve iyileştirilmesi
Geleneksel LCL filtresi, rezonans frekansında büyük bir rezonans tepe noktasına sahiptir Sistem kontrolünün karmaşıklığını artırmadan sistemin rezonans tepe noktasını etkili bir şekilde zayıflatmak için, sisteme pasif pasif sönümleme ekleme yöntemi yaygındır. LCL filtresinin kapasitör tarafına paralel veya seri olarak bir sönümleme direnci bağlanır.
Sistemin açık döngü aktarım işlevi:
Sönümleme direnci Rr2, filtre kapasitör tarafına seri olarak bağlandığında, LCL filtre kapasitör dalının KVL denklemi:
Sistemin sönümleme kaybını azaltmak için Rd1 = 1000 ve Rd2 = 1 alın. Şekil 3'te gösterildiği gibi genlik frekansı özelliklerini elde edin.
Şekil 3'ten görülebileceği gibi, LCL filtre sisteminin kapasitör tarafına bir sönümleme direnci eklemenin, sistemin rezonans artışını etkili bir şekilde azaltabileceği ve sistemin kararlılığını artırabileceği görülmektedir. Şekilden, kondansatör tarafındaki seri sönümleme direncinin rezonans sivri uçlarını daha iyi bastırdığı, ancak sistemin yüksek frekans bastırma etkisi azaldığı; kapasitör tarafındaki paralel sönümleme direnci, yüksek frekans bastırma etkisini korurken sistemin rezonans sivri uçlarını azaltabilir. sabit.
Paralel sönümleme direncinin Bode diyagramı Şekil 4'te gösterilmiştir. Paralel sönümleme direnci daha küçük olduğunda, sistemin rezonans ani yükselme bastırma etkisi daha iyidir, ancak çok küçük paralel sönümleme direnci daha büyük güç kaybına neden olur; aynı zamanda şekilden de görülebilir. Paralel sönümleme direnci 500 'dan büyük olduğunda, sistemin rezonans artışının bastırma etkisindeki fark özellikle açık değildir.
Şekil 5'e göre, seri sönümleme direnci daha büyük olduğunda, sistemin rezonans yükselme bastırma etkisi daha iyidir ve yüksek frekans bastırma yeteneği de biraz azalır, ancak çok büyük seri sönümleme direnci de daha büyük güç kaybına neden olacaktır; Paralel sönümleme direnci 5 'dan büyük olduğunda, sistemin rezonans artışının bastırılmasındaki farkın açık olmadığı 5'ten görülebilmektedir.
Seri ve paralel sönümleme dirençleri tarafından getirilen rezonans sivri uç bastırma etkisinin yukarıdaki analizine dayanarak, her iki yöntemin de iyi sivri uç bastırma etkilerine sahip olduğu görülebilir, ancak sönümleme direnci boyutunun seçimi, sivri uç bastırma etkisine ve güç kaybı hususlarına tabidir. Durum ayrıntılı olarak analiz edilmelidir.Bu makale düşük güçlü bir sistem kullanır, bu nedenle burada paralel sönümleme dirençlerinin ani yükselme bastırma yöntemi kullanılır.
3 Simülasyon doğrulama
3.1 Şebeke dışı çalışmanın performans doğrulaması
Bu makalede kullanılan kontrol yönteminin ve filtre stratejisinin etkinliğini doğrulamak için MATLAB / Simulink'te bir simülasyon deney testi gerçekleştirildi ve belirli parametreler aşağıdaki gibi ayarlandı:
VSG'nin f0 değeri 50 Hz, * = 100 , Pref'i 3 kW, Qref'i 1 kW, referans voltaj genliği Uref'i 311 V, atalet bileşeni J * - 100, sönümleme bileşeni D * - 4000, sarkma K katsayısı 3000'dir ve 0,02 s'dir, yani Dq 160,70 ve K 1009,70'dir. Devre, LCL filtrelemeyi kullanır ve rezonans artışını zayıflatmak için paralel bir pasif sönümleme direnci ekler.L1 filtre endüktansı 7 mH, endüktans ile seri olarak R1 direnci 0,5 , filtre kapasitör C 30 F ve paralel direnç Rr11000 , şebeke tarafındaki endüktans L21 mH ve indüktans ile seri olarak R2'nin direnci 0,5 ve sistem yıldız bağlantılıdır. Yük değiştiğinde geliştirilmiş VSG ile geleneksel VSG arasındaki frekans dinamik performans karşılaştırması Şekil 6'da gösterilmektedir.
Şekil 6'dan, geliştirilmiş VSG'nin, sistemin başlangıç özelliklerini etkin bir şekilde güçlendiren, küçük frekans dalgalanma aralığı ve başlatma anında yumuşak değişim özelliklerine sahip olduğu, aynı zamanda, küçük çıkış frekansı dalgalanmaları ve yük dalgalanmaları altında yumuşak değişim avantajlarına sahip olduğu görülmektedir. Şebekeden bağımsız çalışma modunda şebekeye bağlı inverter sisteminin yüksek güvenilirliğini ve kararlılığını etkin bir şekilde sağlayın.
3.2 Mod değiştirme için işlem performans doğrulaması
Bu makalede kullanılan yöntemin uygulanabilirliğini doğrulamak için, VSG'nin hem paralel hem de şebeke dışı çalışma modlarında durum analizi için aşağıdaki simülasyon doğrulamaları yapılır:
Bu yazıda önerilen geliştirilmiş VSG kontrol yöntemini benimseyen şebekeye bağlı inverter, önemli yüklerle bağımsız olarak çalışmaya yeni başlamıştır ve yük 3 kW aktif yüktür; şebekeye bağlı çalışma için 0,5 sn'de bağımsız çalışmadan şebekeye geçer ve aynı zamanda önemli yük sürekli çalıştırılır. Güç kaynağı; her zaman şebekeden 1,5 sn uzakta, bağımsız mod çalışması. Şekil 7, mod değiştirme sırasında VSG'nin çalışmasını gösterir.
Şekil 7'de, ia şebekeye bağlı eviricinin a-fazlı çıkış akımını, iga a-fazlı şebeke akımını ve ioa şebekeye bağlı inverter yükünden geçen a-fazlı akımı temsil etmektedir.
Şekil 7'den, şebekeye bağlı invertörün iki çalışma modunda kararlı bir şekilde çalışabileceği ve herhangi bir mod arasında geçiş yaparken karmaşık kontrol stratejisi değişikliklerinin yapılmasına gerek olmadığı ve geliştirilmiş LCL filtresinin etkili bir şekilde azaltmaya yardımcı olabileceği görülebilir. Küçük şebeke bağlantısı anında giriş akımının etkisi.
Şekil 8 ve Şekil 9, sırasıyla şebekeye bağlı operasyon ve şebekeye bağlı operasyon altındaki spektrum analizidir. Şekil 8 ve Şekil 9'dan, şebekeye bağlı inverterin, şebekeye bağlı inverterin şebekeye bağlı gereksinimlerini tam olarak karşılayan ve şebekeye bağlı inverterin etkisini etkin bir şekilde azaltabilen, her iki çalışma modunda da küçük bir toplam harmonik bozulma oranına sahip olduğu görülebilir. Elektrik şebekesinin etkisi, yüksek sinüs derecesi ve düşük harmonik parazit avantajlarına sahiptir.
4. Sonuç
Bu makale, sanal senkron jeneratörün kontrol yöntemini benimser, sanal uyarımı ve güç frekansı ayarlama bağlantısını tasarlar ve şebekeye bağlı invertörün çıkış voltajının şebeke ile senkronize olmasını sağlamak için kendi kendine faz ayarlama işlevini ekler. Bu yazıda, paralel / şebekeden bağımsız operasyonda VSG'nin stabilitesini artırmak ve iki çalışma modu arasında rahat ve etkisiz bir şekilde dönüşüm gerçekleştirmek için aşağıdaki çalışma esas olarak gerçekleştirilmektedir:
(1) İleri beslemeli referans açısal hızın kullanılması ve kendi kendine frekans modülasyon kontrol bağlantılarının eklenmesi, dinamik değişiklikler altında mikro şebeke dönüştürücünün çıkış frekansı dalgalanma aralığını etkili bir şekilde azaltır ve sistemin başlangıç özelliklerini ve kararlılığını artırır;
(2) LCL filtre parametrelerinin analizi ve tasarımı yoluyla sistemin rezonans artışlarını etkin bir şekilde bastırmak ve dış ortamın sistem üzerindeki etkisini azaltmak için, sistemin kararlılığını artırmak ve şebekenin ters dönmesini azaltmak için pasif bir sönümleme bağlantısı eklenir. Konvertörün elektrik şebekesine entegre olduğu zamanın etkisi.
MATLAB / Simulink'in simülasyon analizi, bu makalede benimsenen yöntemin uygulanabilirliğini doğrular, paralel / şebeke dışı çalışmada VSG'nin genel kontrol performansını optimize eder ve sistemin kararlılığını ve parazit önleme yeteneğini geliştirir.
Referanslar
Wang Xiaohuan, Zhang Chunjiang Dağıtılmış güç üretimi ve şebeke bağlantısı için kesintisiz anahtarlama kontrol algoritmasının tasarımı ve uygulaması Güç Sistemi Teknolojisi, 2012, 36 (7): 191-194.
Lin Xucheng, Yang Ping, Lu Yin DSP kontrolüne dayalı çift modlu inverter sistemi üzerine araştırma Power Electronics Technology, 2011, 45 (2): 56-59.
Jin Pengjuan, Zhao Xingyong, Yuan Shengjun.Enerji depolamaya dayalı rüzgar enerjisi üretimi için şebekeye bağlı inverterin kontrol stratejisi üzerine araştırma Journal of Electric Power, 2013, 28 (5): 400-403.
Ding Ming, Yang Xiangzhen, Su Jianhui Sanal eşzamanlı jeneratör fikrine dayanan mikro şebeke inverter güç kontrol stratejisi Elektrik Güç Sistemleri Otomasyonu, 2009, 33 (8): 89-93.
Liu Hongpeng, Zhu Hang, Wu Hui ve diğerleri.Yeni fotovoltaik şebekeye bağlı inverterin voltaj tabanlı kontrol yöntemi.Çin Elektrik Mühendisliği Derneği Bildirileri, 2015, 35 (21): 1-9.
Lv Zhipeng, Sheng Wanxing, Zhong Qingchang, ve diğerleri.Sanal eşzamanlı jeneratör ve mikro şebekede uygulaması.Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2014, 34 (16): 2591-2603.
ZHONG Q C, WEISS G. Dağıtılmış üretim ve yenilenebilir enerji için statik senkron jeneratörler Güç Sistemleri Konferansı ve Sergisi, 2009. PSCE'09. IEEE / PES.IEEE, 2009: 1-6.
ZHONG Q C, WEISS G. Senkron çeviriciler: Eşzamanlı jeneratörleri taklit eden çeviriciler Endüstriyel Elektronik, IEEE İşlemleri, 2011, 58 (4): 1259-1267.
Bai Zhihong, Ruan Xinbo, Xu Lin.Şebekeye bağlı inverterin LCL filtresine dayalı kontrol stratejisi Journal of Electrotechnical Engineering, 2011 (S1): 118-124.
Zhang Xianping, Li Yaxi, Xu Honghua Yeni topoloji filtresine dayalı çift beslemeli rüzgar ızgarası tarafı dönüştürücüsünün sönümleme stratejisi Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2009 (21): 1-7.
