與傳統(tǒng)電網(wǎng)不同，微電網(wǎng)系統(tǒng)慣性較小，而DFIG 受風(fēng)速影響輸出功率具有強間歇性、隨機性和弱支撐性的特點，其動態(tài)特性給微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來較大影響，風(fēng)電高滲透率將帶來微電網(wǎng)中穩(wěn)定性、可靠性和電能質(zhì)量問題。在擾動下，高滲透率微電網(wǎng)表現(xiàn)出包含連續(xù)和離散事件驅(qū)動的更為頻繁與復(fù)雜的混合動態(tài)特性。

在此課題背景下，今天小編為您介紹華南理工大學(xué)趙卓立及其合作者的研究成果：《含風(fēng)電孤立中壓微電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析及改善策略》。

本文共獲得了6個基金項目支持，分別為：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863 計劃)項目(2014AA052001)、廣東省科技計劃項目(2012B040303005)、廣州市南沙區(qū)科技計劃項目(2013P005)、南方電網(wǎng)科學(xué)研究院科技項目(SEPRI-K143003)、國家留學(xué)基金管理委員會資助聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生項目(201406150017)

(以下為本文主干內(nèi)容，原文詳見《電力自動化設(shè)備》2015年第35卷第11期)

含風(fēng)電孤立中壓微電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析及改善策略Analysis and improvement of steady-state voltage stability for isolated medium-voltage microgrid with wind power趙卓立，楊 蘋，蔡澤祥，周少雄，Timothy C. Green，雷金勇

1研究背景

當(dāng)微電網(wǎng)由于外部電網(wǎng)故障或應(yīng)用于偏遠地區(qū)和海島供電時，需孤島運行。孤立微電網(wǎng)是由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷，聯(lián)合協(xié)調(diào)控制保護裝置和智能調(diào)度系統(tǒng)組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。在孤立微電網(wǎng)中引入雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機組(DFIG)，能提高微電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定性。與此同時，微電網(wǎng)作為弱電網(wǎng)，容量較小，負(fù)荷特性對微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定有不可忽視的影響，負(fù)荷形式對微電網(wǎng)穩(wěn)定性具有重要影響。

本文以主從控制模式微電網(wǎng)為研究對象，在研究微電網(wǎng)中雙饋風(fēng)電機組的功率電壓特性的基礎(chǔ)上，考慮微電網(wǎng)運行方式約束，提出基于就地層儲能穩(wěn)定控制、DFIG 快速變槳控制的靜態(tài)電壓穩(wěn)定增強控制策略，以改善風(fēng)速擾動下微電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。在PSCAD/EMTDC 中建立了中壓海島微電網(wǎng)系統(tǒng)及微電網(wǎng)穩(wěn)定控制策略模型，微電網(wǎng)系統(tǒng)包含柴油發(fā)電機、雙饋風(fēng)電機組、儲能系統(tǒng)以及由靜態(tài)負(fù)荷和動態(tài)負(fù)荷組成的綜合負(fù)荷模型，研究結(jié)果驗證了所提靜態(tài)電壓穩(wěn)定增強控制策略的有效性。

2研究系統(tǒng)描述

研究系統(tǒng)為珠海萬山海島新能源微電網(wǎng)示范項目東澳島智能微電網(wǎng)，系統(tǒng)規(guī)劃單線圖如下圖所示。

東澳島中壓海島微電網(wǎng)系統(tǒng)單線圖

3微電網(wǎng)中雙饋風(fēng)電機組運行特性分析

DFIG 接入微電網(wǎng)的等效電路如下圖所示。

DFIG 接入微電網(wǎng)的等效電路圖

在風(fēng)速擾動下，DFIG 注入微電網(wǎng)系統(tǒng)功率變化時，會使線路上的電流產(chǎn)生 ΔI 的變化，在風(fēng)機并網(wǎng)點的電壓變化值為：

將ΔU 分解為縱分量 ΔUR 和橫分量ΔUX，并進行歸一化：

可見，DFIG 在風(fēng)速擾動下的電壓穩(wěn)定性與接入點的短路容量的大小、DFIG 與微電網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的阻抗參數(shù)以及DFIG 的功率因數(shù)大小有密切的關(guān)系。

4微電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定增強控制策略

考慮東澳島微電網(wǎng)電源構(gòu)成及出力特性，采用的運行方式安排與小擾動電壓穩(wěn)定增強控制策略如下表所示。

運行方式安排與小擾動電壓穩(wěn)定增強控制策略

儲能系統(tǒng)配置在DFIG并網(wǎng)點附近，與 DFIG聯(lián)合運行。下圖為儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的控制策略。

儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及控制策略

在風(fēng)速擾動過程中，小方式二下DFIG快速變槳控制可有效提高微電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，其控制策略如下圖所示。

DFIG 快速變槳控制

5系統(tǒng)仿真及算例分析

算例1大方式一下儲能系統(tǒng)平滑風(fēng)電功率波動改善小擾動電壓穩(wěn)定性。下圖描述了連續(xù)陣風(fēng)擾動下儲能系統(tǒng)參與控制/無儲能 2 種情況下微電源有功響應(yīng)與母線4電壓特性(均為標(biāo)幺值)?？梢姡诖蠓绞揭幌聝δ芟到y(tǒng)有效地改善了微電網(wǎng)小擾動電壓穩(wěn)定性。

陣風(fēng)擾動下微電源有功響應(yīng)與母線4 電壓特性(儲能控制/無儲能)

算例2小方式二下快速變槳控制改善小擾動電壓穩(wěn)定性。下圖描述了漸變風(fēng)擾動下 DFIG 槳距角參與控制/無槳距角控制2種情況下微電源有功響應(yīng)與母線 4 電壓特性(均為標(biāo)幺值)。可知，DFIG 快速變槳控制有效地抑制了母線 4 電壓波動。

漸變風(fēng)擾動下微電源有功響應(yīng)與母線4 電壓特性(快速變槳控制/無變槳)

6結(jié)論

本文首先分析了中壓孤島微電網(wǎng)中DFIG的功率電壓特性，分析表明中壓微電網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點電壓同時受有功潮流與無功潮流影響;利用DFIG可單位功率因數(shù)運行的優(yōu)勢，通過控制儲能系統(tǒng)輸出或DFIG槳距角平抑風(fēng)電功率波動，可有效抑制并網(wǎng)點電壓波動。針對微電網(wǎng)不同運行方式約束，為改善含DFIG微電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，提出了基于就地層儲能穩(wěn)定控制、DFIG快速變槳控制的靜態(tài)電壓穩(wěn)定增強控制策略。在PSCAD/EMTDC 中建立了東澳島微電網(wǎng)系統(tǒng)和穩(wěn)定控制策略仿真模型，仿真驗證了穩(wěn)定控制策略對于改善電壓穩(wěn)定性的有效性。研究結(jié)果表明，小擾動電壓穩(wěn)定增強控制策略能有效抑制陣風(fēng)以及漸變風(fēng)擾動下微電網(wǎng)母線和風(fēng)機并網(wǎng)點電壓波動，補償遠端柴油發(fā)電機慢動態(tài)電壓調(diào)節(jié)能力;小方式二下DFIG快速變槳控制同時可減少柴油發(fā)電機長期低載運行以及風(fēng)機頻繁啟停。本文提出的電壓穩(wěn)定控制策略有利于微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。本文提出的微電網(wǎng)電壓協(xié)同控制策略可為多能互補微電網(wǎng)穩(wěn)定控制策略的研究奠定一定的基礎(chǔ)。

作者簡介趙卓立，博士研究生，現(xiàn)就讀于華南理工大學(xué)電力學(xué)院，他的主要研究方向為微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制與穩(wěn)定性分析、新能源發(fā)電并網(wǎng)與控制技術(shù)。