微电网是一个具有高可靠性、高灵活性的单一可控的电网[1，2]。微电网可以接入各种类型的分布式电源（Distribute d Generation ，DG ）和负荷， DG 可以是微型燃气轮机、柴油机、燃料电池、蓄
电池等可控发电单元，也可以是风力发电、太阳能发电等具有随机性、间歇性的新能源发电单元，还可以是热电联供、冷热电联供等发电形式；负荷可以是电负荷包括敏感负荷、可控负荷、不可控负荷，也可以是热负荷或冷负荷。微电网可以针对不同的DG 采取不同的控制策略，为不同重要等级的电负荷提供不同电能质量的电能[1-5]。新能源 DG 的输出功率由自然环境决定，难以与负荷功率
实时匹配，因此微电网中需要安装可控发电单元，不间断的为负荷提供电能[6，7]。可控DG 是否能够快速响应并良好地分配不平衡功率，成为了微电网稳定运行的关键[8]。 国内外对于可控DG 运行控制的策略研究可以分为：主从控制、集中控制、分层控制、平均负荷功率分配控制、下垂控制等 [6-10]
。下垂控制模拟
传统发电机与系统频率、无功功率与端电压之间的关系对DG 逆变器进行控制，下垂控制对通信系统的依赖小、可靠性高，易于实现DG 和负荷的即插即用和微电网运行模式的无缝切换，得到了国内外的广泛关注[6-7，10]。
本文从DG 逆变器下垂控制的实现方式出发，
介绍了论文采用的实现方式，理论分析了DG 逆变器设置参数的调节作用。然后，运用Ma ta lb/
S im ulink ，搭建一微电网仿真模型，分析了负荷并
网和DG 切除对微电网动态特性的影响，并讨论了
逆变器设置参数对微电网动态特性的影响。
1下垂控制的理论基础
下垂控制有两种实现方法[7，10]：一种是根据测
量系统的频率和逆变器输出电压幅值产生逆变器的参考频率和参考电压；一种是根据逆变器输出的有功功率和无功功率产生逆变器输出电压频率和幅值的参考值。本文采用后者，逆变器输出有功功率、无功功率与输出频率和端电压之间的关系可以表示为：
ω=ωn -m p P .（1）V=V n -n q Q .
（2）
式中：V 是逆变器端口电压的幅值；ω是逆变器输出电压的角频率；V n 、ωn 分别是DG 逆变器空载运行时的端电压的幅值和角频率；m p 、n q 分别是P -ω和Q -V 的下垂系数。
其中：ωn 、m p 称为逆变器的有功设置参数；
V n 、n q 称为逆变器的无功设置参数。动态调节ωn
和V n 可以实现下垂曲线的平行移动，从而实现微电网二次调频的作用；动态调节m p 和n q 改变下垂
基于Matlab/Simulink 的下垂控制微
电网动态特性的仿真与分析
杨俊虎，韩肖清，姚
岳，刘杏林，郭
凯，韩
螺旋测微器
雄
（太原理工大学电气与动力工程学院，太原030024）
摘要：以一基于下垂控制的微电网为研究对象，在Ma ta lb/S imulink 平台搭建仿真模型。对微电网并负荷和切除分布式电源进行了详细的仿真分析，同时研究了逆变器设置参数对微电网动态特性的影响，得出下垂控制的微电网是一个N +X 冗余系统，可以实现DG 和负荷的即插即用；调节逆变器设置参数可以调节微电网的动态特性。
关键词：下垂控制；动态特性；逆变器控制参数；负荷功率分配中图分类号：TM76
文献标识码：A
收稿日期：2011-12-10
基金项目：国家国际科技交流与合作专项（2010DFB63200）。
作者简介：杨俊虎（1986—），男，硕士研究生，研究方向为电力系统运行与控制，（E-m a il ） m
第27卷第1期
2012年2月
电力学报
JOURNAL OF ELECTRIC POWER
Vo l.27No .1Fe b.2012
文章编号：1005-6548（2012）01-0015-04
第27卷
电力学报图3
负荷2并网时，然后调节无功设置参数，
各DG 的响应特性
曲线的斜率可以调节暂态过程中不平衡功率在DG 间的分配，也可实现逆变器稳态输出功率调节。
2微电网结构与参数
在Matla b/S imulink 平台搭建图1所示微电网仿
真模型。微电网电压等级为380V ，DG 逆变器采用三环控制[11]。线路参数为：R line 1=0.23Ω，X line 1=
0.1Ω，R line 2=0.35Ω，X line 2=0.58Ω；负荷参数：国内域名
P lo a d1=6kW ，Q lo a d1=1kV ·A ，P lo a d2=4kW ，Q lo a d2=0kV ·A ，
P lo a d3=3kW ，Q lo a d3=0.5kV ·A 。
图1微电网结构
3仿真分析
3.1负荷并网扰动试验
微电网初始运行方式假定为负荷2与微电网断
开联接。初始运行方式达到稳定后，t =1s 时负荷2与微电网并网联接。DG1和DG2有功设置参数相同：ωn 1=ωn 2=50.0438×100π，m p 1=m p 2=5×10-5；无功设置参数中n q 均为1×10-3，V n 略有不同：
V n 1=220，V n 2=220.5。仿真结果如图2所示。
图2可见t =1s 负荷并网后，经过约0.3s 的暂态过程，各DG 趋于稳定。1）图2-a 所示各逆变
器
稳态输出相同的有功功率，因为各逆变器有功设置参数（m p 、ωn
）相同，而且同一微电网中各DG 运行频率相同（图2-c ），由式（1）可知各逆变器输出有功功率相同，仿真结果与理论相同；在暂态过程DG1的最大超调量大于DG2，是因为节点N2与N1的电气距离小于N2与N3的电气距离。2
）图2-b 所示负荷2并网后DG1与DG2输出的无功功率不再相同。虽然负荷2是一个纯有功负荷，但是由于节点间线路参数的不同，DG 在向负荷2输送功率的同时引起电压幅值的降落不同，使得逆变器端电压幅值的变化量不同，因而使得各DG 输出无功功率不再相同。3）图2-c 可见，如果逆变器有功设置参数（m p 、ωn
）不作调整，则扰动的结果一定会带来频率的偏差。4）图2-d 可见，DG1和DG2端电压始终不同，是对初始状态DG 无功调节的结果。
3.2无功设置参数V n 调节试验
微电网初始运行方式假定为负荷2与微电网断
开联接，初始参数与3.1相同。t =1.5s 时调节各
DG 逆变器无功设置参数V n 1=221.09，V n 2=222.11。
仿真结果如图3所示。
图3-b 可见，调节无功设置参数V n 可以调节各DG 输出的无功功率，而且对DG 逆变器输出电压的影响不会很大，如图3-d 。图3-a 和3-c 可见，调节无功设置参数V n 调节各DG 输出的无功功率，同时也会影响DG 输出的有功功率和频率，但是影响不大，因为DG 逆变器的端阻抗并非纯感性，
P -ω和Q -V 没有实现完全解耦控制。
3.3Q -V 下垂系数n q 调节试验
微电网初始运行方式假定为负荷2与微电网断开联接，n q 1=n q 2=5×10-2其余参数与3.1相同。仿
图2
我的校长生涯负荷2并网时各DG
的响应特性
2-a 2-b
2-c 2-d
3-a
3-c
3-b
3-d
16
第1期图5
调节P -ω下垂系数m p ，当负荷2并网时，
各DG 的响应特性
真结果如图4所示。
图4-a 和4-b 与图2-b 和2-d 比较，可见，当无功下垂系数n q 增大，暂态过程中无功波动会变大，但是稳态过程中各DG 输出的无功功率差值减小；无功下垂系数n q 增大，当负荷波动时会引起电压较大范围的波动。
3.4P -ω下垂系数m p 调节试验
3.4.1
P -ω下垂系数m p 对微电网动态性能影响的
实验
微电网初始运行方式假定为负荷2与微电网断开联接，m p 1-1=m p 2-1=5×10-5
，m p 1-2=m p 2-2=2×10-4
和
m p 3-1=m p 2-3=4×10-4，其余参数与3.1相同。分别改
变下垂下垂系数DG1输出的有功功率和频率如图5所示。
图5可见，随着P -ω下垂系数m p 增大，DG 逆变器输出参数波动性会变大，有功扰动引起频率偏差的会变大。微电网实际运行中m p 不能太小，否则有功功率调节的精度会降低；m p 也不能太大，否则微电网的稳定性会变差[12]。
3.4.2
P -ω下垂系数m p 影响DG 间负荷功率分配
的实验
微电网初始运行方式假定为负荷2与微电网断
给王虹的回信开联接ωn 1=50.0438×100π，ωn 2=50.0875×100π，
m p 1=5×10-5，m p 2=10×10-5，其余参数与3.1相同。
仿真结果如图6所示。
图6所示，当负荷2并网后DG1与DG2输出的负荷功率分别增加2.66kW 和1.33kW ；微电网运行频率略有下降，在稳定状态下各DG 逆变器的
频率相等。可见，DG 逆变器下垂系数影响不平衡功率的分配，DG 承担的不平衡功率与逆变器下垂系数成反比，下垂系数小的DG 承担的不平衡功率多，反之亦然。仿真也再一次证明同一电网中不同发电单元输出频率相等是电网稳定运行的必要条件。初始参数中ωn 1与ωn 2略有不同，是调节初始
DG 承担的有功功率的结果。
3.5切除DG 试验
微电网初始运行方式假定DG 、负荷全部并
网。DG1和DG2有功设置参数相同：ωn 1=ωn 2=
50.0679×100π，m p 1=m p 2=5×10-5；无功设置参数与3.1相同。t =1s 时DG1切除；t =1.5s 时负荷
1切除；t =2s 时调节ωn 2=50.0716×100π，使微电网运行频率恢复为额定频率。仿真结果如图7所示。
图7说明微电网可以对DG 切除的扰动保持稳定运行，该微电网是一个1+1冗余系统，可实现
DG 的即插即用；调节逆变器控制参数ωn 可以调节有功功率在DG 间的分配，使微电网运行频率基本
保持不变，做到无差调节。
4结论
（1）基于下垂控制的微电网是一个N +X 冗余
系统，可以实现DG 和负荷的即插即用。
（2）DG 逆变器下垂系数影响不平衡负荷功率
图4
负荷2并网时，调节Q -V 下垂系数n q ，
各DG 的响应特性
图6P -ω下垂系数m p 不同时，负荷2并网
各DG 的响应特性
图7
切除DG2，并调节有功设置参数时，
各DG 的响应特性
杨俊虎等：基于Ma tla b/S imulink 的下垂控制微电网动态特性的仿真与分析点线面之间的位置关系
4-
a
4-b
6-a
6-b
5-a
5-b
7-a
7-b
7-c
7-d
17
第27卷
电力学报Dynamic Performance Simulation and Analysis of the Droop Controlled
Microgrid Based on Matlab/Simulink
YANG Jun-hu ，HAN Xiao-qing ，YAO Yue ，LIU Xing-lin ，GUO Kai ，HAN Xiong
（College of Electrical and Power Engineering ，Taiyuan University of Technology ，
Taiyuan 030024，China ）
Abstract ：In this paper ，a microgrid based on droop control is the object to research ，and the simulation is modeled in Matlab/Simulink.Two cases,that are load connected to microgrid and Distributed Generators (DG)disconnected from microgrid,are analyzed in detail.The influence of control parameters of the inverters on the dynamic performance of microgrid is studied.The conclusion is that the microgrid based on droop control is a N +X redundant system,where it is easy to implement to plug and play for DG and loads,and regulating the control parameters of the inverters can adjust the dynamic performance of microgrid.
Key words ：droop control ；dynamic performance ；control parameters of the inverters ；load power distribution
［责任编辑：王静］
的分配，DG 承担的不平功率与其逆变器下垂系数呈反比；DG 逆变器下垂系数影响影响微电网的稳
定性，随着逆变器下垂系数的增大，系统阻尼比减小，系统稳定性变差，甚至失去稳定。
（3）负荷扰动和DG 扰动都会造成电压和频率的偏移。动态调节逆变器控制参数，可以调节有功功率和无功功率在DG 间的分配；可以消除无功功
中药提取物
率在逆变器间的流动；可以实现频率的无差调整。
（4）P -ω和Q -V 解耦控制实现的好坏依赖于逆变器端阻抗的特性，当端阻抗感性程度减小时，解耦控制不再能够实现。此外，下垂控制响应速度较慢，其响应速度依赖于下垂系数的大小，增大下垂系数可以加快响应速度。
参考文献：
［1］鲁宗相，王彩霞，阂勇，等.微电网研究综述［J ］.电力系统自动化，2009，31（19）：100-107.［2］盛鹍，孔力，齐智平，等.新型电网-微电网研究综述［J ］.继电器，2007，35（12）：75-81.［3］陈永淑，周雒维，杜雄.微电网控制研究综述［J ］.中国电力,2009,42（7）：31-35.
［4］HERNANDEZ-ARAMBURO C A,GREEN T C,MUGNIOT N.Fuel Consumption Minimization of aMicrogrid ［J ］.IEEE TransInd.Appl,2005,41（5）:673-681.［5］陈达威，朱桂萍.微电网负荷优化分配［J ］.电力系统自动化，2010，34（20）：45-49.
［6］GUERRERO J M ，VAS QUEZ J C ，MATAS J ，et al.Control S trategy for Flexible Microgrid Based on Parallel Line-interactive UPS S ystems ［J ］.IEEE Trans Ind
Electron ，2009，56
（3）：726-736.［7］郑竞宏，王燕廷，李兴旺，等.微电网平滑切换控制方法及策略［J ］.电力系统自动化，2011，35（18）：17-24［8］李培强，刘志勇，李欣然，等.应用综合控制策略的微电网建模与仿真［J ］.2011，37（10）：2356-2362
［9］PECASLOPES J A ，MOREIRA C ，MADUREIARA A G.Defining Control S trategies for MicroGrids Islanded Operation ［J ］.IEEE Trans Power S yst ，2006，21（2）：
916-924.
［10］KATIRAEI F ，IRAVANI M.Power management S trategies for Microgrid with Multiple Distributed Generation Units ［J ］.IEEE Trans Power S yst ，2006，21（4）：
1821-1831.
［11］POGAKU N ，PRODANOVI C '
M ，GREEN T.Modeling Analysis and Testing of Autonomous Operation of an Inverter-based Microgrid ［J ］.IEEE Trans Power
Electron ，2007，22
（2）：613-624.［12］BARKLUND E ，POGAKU N ，PRODANOVIC '
M ，et al.Energy management in Autonomous Microgrid Using S tability-constrained Droop Control of Inverters ［J ］.
IEEE TransPower Electron ，2008，23
（5）：2346-2352.18
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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