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下垂控制策略在高压微网功率均衡和电压调节中的应用  

2016-08-03 15:37:26|  分类: 生产工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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下垂控制策略在高压微网功率均衡和电压调节中的应用:帅智康,莫尚林,王俊,沈征,等。

  微网能够有效地利用可再生新能源发电,并可通过合理的控制实现新能源和公共电网的有机整合,已成为充分利用新能源、解决电力不足和环境问题的重要手段。然而,随着各种分布式微源的大量接入,微网系统如何实现微源间合理高效的能量分配以及如何保证电压稳定性等问题日益突出。基于传统下垂控制“即插即用”的特性,充分利用高压微网的结构特征,采用近端无互联电压补偿型下垂控制策略,本文针对集中式高压微网系统提出了一种既可以很大程度提高微源间功率均衡分配能力,又能够减小公共连接点下降,维持电压稳定性的新型控制方法。

  1传统下垂控制策略在应用中存在的不足

  传统下垂控制在微网应用非常广泛。当微源采用Droop控制策略时,其输出可以按照预先给定的P-f和Q-V特性进行自动调节,无主从之分,因而可以实现对等控制。同时,其只需通过采集分布式微源近端电压电流信号,无需通信手段就可很方便地实现分布式微源的“即插即用”。然而,下垂控制策略存在如下固有缺陷:1)分布式微源的单位输出阻抗相等的情况下,才能实现微网系统功率的均衡分配,即微源按照各自的容量等比例输出功率;2)实现系统功率均衡,必定导致电压下降,即功率均衡的实现以电压下降为代价。

  2集中式高压微网系统结构特征

  一般来说,接口逆变器实现并网运行的方式分为2种:1)通过LCL滤波器装置,直接并网;2)串联并网变压器。而高压微网并联并网运行的方式则为第2种,通过接入升压变压器,不但可以实现逆变器与下面网络的隔离,也可以升高微网工作电压,单接口逆变器型高压微网系统结构如图1所示。相对于低压微网,大容量高压微网系统中变压的等效电抗XTi是整个支路等效阻抗的主要承担者,因此可以不再采集LC滤波器输出口电压电流,转而采集变压器输出口电压电流VTi和iTi,使实现采集公用连接点电压的下垂控制策略效果成为一种可能。


  3影响并联分布式微源的功率分配主要因素

  一般来说,分布式微源采用不同的控制策略调节输出有功功率和无功功率。传统P-f和Q-V型的电抗性下垂控制策略,基于全网频率运行的一致性,有功功率均衡分配较易实现。然而,无功功率均衡分配却很难实现,主要是因为电网电压会随着潮流的方向在支路上逐渐降低,所以为实现无功功率均衡分配不仅要保证电压下垂系数,而且单位线路阻抗也要严格保持一致。除此之外,负载的大小等因素也会制约无功功率的均衡分配。

  4近端鲁棒下垂控制策略对实现功率均衡和电压鲁棒性的效果

  本文应用近端鲁棒下垂控制策略,通过采样微网升压变压器高压侧电压电流作为控制器反馈输入信号(其中电压还作为电压补偿环节的输入信号),从而减弱甚至消除因为传输线路单位输出阻抗不同而导致的无功功率分配不均衡。最后,运用该方法在PSCAD平台上进行了仿真和验证,仿真结果如图2所示。结果表明,相比传统下垂控制策略,该方法具有如下优点:1)无通信近端鲁棒下垂控制策略,可以消除支路阻抗不匹配带来的不利影响,很大程度上提高了分布式微源无功功率均衡分配的能力;2)在相同输出功率的前提下,因下垂特性而导致的分布式微源输出电压下降得到了抑制,不仅可以维持在较高的水平,而且控制器响应速度并未减慢;3)在功率均衡能力和电压鲁棒性能增强的基础上,微网带负载能力得到显著提高。

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