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分布式多变流器型微电网无互联线潮流控制背景

2022/07/1599 作者:佚名
导读:近几年,微电网概念备受关注,被视为利用分布式能源的最佳途径。 根据标准IEEE 1547.4,微电网从概念上讲, 一般是指由分布式资源(distributed resource,DR)和本地负荷组成的电气上互联、控制上协调运行,具有自我控制、保护和管理的小型发配电系统。DR 一般包括分布式发电(distributed generator,DG)和分布式储能(distributedstorage,D

近几年,微电网概念备受关注,被视为利用分布式能源的最佳途径。 根据标准IEEE 1547.4,微电网从概念上讲, 一般是指由分布式资源(distributed resource,DR)和本地负荷组成的电气上互联、控制上协调运行,具有自我控制、保护和管理的小型发配电系统。DR 一般包括分布式发电(distributed generator,DG)和分布式储能(distributedstorage,DS),或者两者的组合。根据DR 系统接入微电网的方式,其可分为旋转电机接口和变流器接口2 种形式。其中接口变流器常采用电压源变流器(voltage source converter,VSC),其控制策略常可分为电压控制模式(voltage controlled mode,VCM)和电流控制模式(current controlled mode,CCM)。在分布式多变流器型微电网中,为最大化能源利用效率,DG 中的可再生能源如光伏发电、风力发电系统接口变流器的控制模式一般采用CCM,并根据最大功率跟踪算法产生功率指令,且常运行于单位功率因数。而DS 可在微电网孤岛运行工况下提供供需功率平衡和电压支撑,控制模式一般采用VCM。基于此,微电网处于孤岛运行工况下,系统内的无功需求将由DS 系统提供。这样,在变流器视在功率一定的情况下,微电网系统内无功需求越大时,则DS 对电源与负荷之间有功供需平衡的调节能力将越弱。

另一方面,随着分布式发电技术的发展,国内外DG 和微电网并网标准开始要求可再生能源具备无功控制和电压调节能力,允许DG 参与公共连接点(point of common coupling,PCC)电压调节。

因此,这些DG 将可看成微电网系统内的分布式无功功率补偿装置。

基于此,国内外学者开始探讨利用这些分布式无功补偿装置辅助PCC 点电压调节的控制研究。其中针对变流器无功控制策略的研究较多,主要有:恒无功功率Q 控制、恒功率因数cosφ 控制、基于有功输出P 的cosφ(P)控制、基于并网点电压幅值U 的Q(U)控制策略及基于并网点电压幅值与有功出力的Q(U,P)等。但研究大多集中在DG 自身和接口变流器的无功功率控制上。很少从系统(微电网)层面上来协调整个微电网系统内的无功功率潮流。

多台VSC 并联运行时,其控制方法有主从控制、集中控制、平均负载分配等基于有互联线的控制方法,这类方法以高速数字通信或模拟信号形式实现对负载功率的分配,虽然能够得到较好的负载分配效果,但是降低了系统的灵活性与可靠性。针对该问题,基于下垂控制的无互联线方法被广泛应用于VCM-VSC 中,其仅依赖变流器的本地信息,通过预设的下垂曲线来分配负载功率,达到了较好的功率分配效果。然而该方案很难直接应用于基于CCM-VSC 控制的DR 上。

基于以上分析,从系统层面出发,提出一种分布式多变流器型微电网无互联线潮流控制方法。该方法利用微电网系统内所有潜在的分布式无功补偿源提供负荷所需无功,以期减小储能系统功率调节压力,实现系统潮流合理分配。

首先对微电网系统进行建模。针对VCM-VSC 和CCM-VSC 控制特点,提出了适用于CCM-VSC 的倒下垂控制来实现CCM-VSC 间的功率分配。通过合理设置CCM-VSC 倒下垂系数与VCM-VSC 下垂系数实现潮流在基于这2 种接口变流器的DR 间的合理分配。其次,对功率分配精度进行分析,给出影响功率分配精度的因素。为改善VCM-VSC 无功分配的精度和控制稳定性,VCM-VSC 常采用虚拟阻抗控制, 其将影响无功在VCM-VSC 和CCM-VSC 间的分配。为了解决该问题,提出虚拟阻抗与自适应空载电压补偿相结合的方法来实现潮流在VCM-VSC 和CCM-VSC 间精确分配。

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