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  • 頭條實現孤島微電網無功均分的新策略
    2020-06-19 作者:米陽、蔡杭誼、宋元元、李振坤  |  來源:《電工技術學報》  |  點擊率:
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    導語上海電力學院電氣工程學院的研究人員米陽、蔡杭誼、宋元元、李振坤,在2019年第9期《電工技術學報》上撰文指出(論文標題為“基于同步補償的孤島微電網無功均分研究”),交流微電網孤島運行時,由于分布式電源(DG)的等效線路阻抗存在差異,導致傳統下垂控制無功均分精度較低,進而產生環流問題。為此,提出了一種基于同步補償的改進下垂控制策略。 當DG運行在無功均分模式時,同步補償下垂特性曲線的參考電壓,可以提高無功功率均分的精度。當有DG輸出電壓降至限定最小值時,各個DG均切換至電壓恢復模式,同步恢復電壓至參考電壓。同時設計控制策略協調無功均分模式和電壓恢復模式,使得系統穩定運行,最終實現DG輸出的無功功率均分且輸出電壓在額定值附近。 最后設計Matlab仿真和RTDS實驗方案,結果驗證了所設計的控制策略的有效性,且對通信帶寬要求較低,具有較強的魯棒性,仍保持了微電網各DG的“即插即用”的特點。

    隨著新能源分布式發電的發展,微電網受到了各國學者廣泛的關注。微電網是由分布式電源、負荷、儲能裝置、電力電子變換器、監控和保護裝置等構成的中小型發配電單元,可以有效管理和實現分布式電源(Distributed Generation, DG)的靈活控制。

    微電網的運行模式包括孤島模式和并網模式,并可在兩種模式間進行無縫切換。在孤島運行模式下,并聯運行的DG通常采用下垂控制來實現功率的合理分配。傳統下垂控制模擬電力系統發電機的行為,通過DG的頻率和電壓調整自身輸出功率。頻率是系統的全局變量,所以受控于系統頻率的有功功率可以實現均分。

    而受控于系統電壓的無功功率由于各DG的線路阻抗不一致無法實現精確均分,導致系統內產生無功環流,影響電能輸送效率,嚴重時甚至引起系統穩定性問題。因此實現無功功率的精確均分,抑制無功環流是孤島交流微電網穩定運行的關鍵問題。

    文獻[11-12]設計了一種主動線路觀測器,可基于本地信號較精確地辨識出線路阻抗的實際值,基于該線路辨識結果,可有效補償DG線路的不匹配電壓降,實現無功功率均分。但是該方法較為復雜,對微電網結構要求很高,不適用于網狀等復雜結構。

    文獻[13-14]通過構造虛擬電抗,增加各DG的等效輸出阻抗,改進控制策略,提高了無功均分的精度,但是由于DG輸出阻抗的增加,會引起較大的電壓偏差。文獻[15-16]通過虛擬電容算法模擬逆變器輸出端的并聯電容特性,并根據線路阻抗差異自適應補償線路阻抗壓降。但該算法中對輸出電壓進行兩次微分,微分運算使得高頻噪聲放大和輸出電壓畸變,會降低系統穩定性。

    文獻[17]提出了一種自適應調節下垂系數的方法,將基準逆變器的輸出功率與各DG的輸出功率相比較,并自適應地調節各逆變器的下垂系數,該方法有效地減小或消除了由線路阻抗不一致引起的系統環流,實現了功率均分,但是該方法在計算下垂系數時需要利用DG之間的信息,對于通信帶寬要求較高。

    基于以上分析,本文提出了基于同步補償的改進下垂控制策略。根據DG的輸出電壓生成同步信號,通過該信號實現無功功率均分和電壓恢復,隨后設計兩種模式協調運行策略,最終實現無功功率均分且輸出電壓在額定值附近。本方法僅需低帶寬的通信,無需利用DG之間的信息,保證了微電網“即插即用”。

    實現孤島微電網無功均分的新策略

    圖1 微電網的結構

    實現孤島微電網無功均分的新策略

    圖4 結構控制框圖

    實現孤島微電網無功均分的新策略

    圖11 基于RTDS的實驗框圖

    結論

    本文主要研究了交流微電網孤島運行時多DG并聯運行無功均分問題,具體工作如下:

    1)基于微電網電壓-無功下垂特性,分析了同等容量DG間無功出力分配不均的原因,提出了一種利用基于同步補償的改進下垂控制策略。該方法在傳統下垂控制的基礎上,根據DG的輸出電壓生成同步信號S1、S2。

    當DG工作在無功均分模式時,按采樣周期同步補償下垂特性的電壓偏置,使得無功功率均分精度逐漸提高;當DG工作在電壓恢復模式時,在不影響無功分配精度的同時同步補償電壓偏置。通過穩定性分析,探討關鍵參數對系統穩定性的影響。

    2)設計無功均分模式和電壓恢復模式的協調控制策略,使得系統穩定運行時,DG輸出的無功功率實現均分,且輸出電壓保持在額定值附近。本方法對通信帶寬要求較低,具有較強的魯棒性,算法簡單,無需利用DG之間的信息,實現了微電網各DG的“即插即用”。

    3)設計仿真和RTDS實驗,驗證了本文提出策略的正確性和有效性。

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