高滲透率微電網(wǎng)負(fù)荷沖擊暫態(tài)分析及應(yīng)對(duì)策略.pdf

1、新能源是解決能源短缺、減輕環(huán)境壓力的重要途徑。光伏、風(fēng)力等分布式電源(distributed generation，DG)出力具有隨機(jī)性和不確定性，多數(shù)DG以電力電子接口的形式接入微電網(wǎng)，導(dǎo)致微電網(wǎng)系統(tǒng)慣性小，抗干擾能力差。另一方面，感應(yīng)電機(jī)拖動(dòng)負(fù)荷和電動(dòng)汽車整流型負(fù)荷在接入微電網(wǎng)時(shí)，會(huì)大量消耗無功、并注入諧波電流，產(chǎn)生負(fù)荷沖擊，對(duì)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。一個(gè)微電網(wǎng)中總的DG裝機(jī)容量與負(fù)荷總?cè)萘康谋戎禐樵撐㈦娋W(wǎng)的滲透率。并網(wǎng)模式下的微

2、電網(wǎng)可以通過公共連接點(diǎn)(Point of Common Coupling，PCC)依靠大電網(wǎng)的支持來抑制波動(dòng)和沖擊，但高滲透率微電網(wǎng)的PCC點(diǎn)對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)的波動(dòng)平抑與動(dòng)態(tài)平衡能力有限，要靠微電網(wǎng)系統(tǒng)自身來實(shí)現(xiàn)平衡。研究高滲透率情況下負(fù)荷沖擊給微電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成的影響，分析負(fù)荷沖擊前后潮流分布的變化規(guī)律，揭示負(fù)荷沖擊及故障傳播的機(jī)理，得到應(yīng)對(duì)負(fù)荷沖擊與電壓波動(dòng)的策略，對(duì)提高微電網(wǎng)穩(wěn)定性和消納分布式能源的能力具有重要意義。
　　本文圍

3、繞高滲透率微電網(wǎng)負(fù)荷沖擊暫態(tài)分析及應(yīng)對(duì)策略展開研究，主要研究成果如下:
　　1)負(fù)荷沖擊過程中的電能質(zhì)量暫態(tài)信號(hào)的頻率、幅值、相位隨時(shí)間變化，包含的暫態(tài)現(xiàn)象復(fù)雜，針對(duì)負(fù)荷沖擊沖程中的暫態(tài)電能質(zhì)量信號(hào)分析難題，提出了一種基于統(tǒng)計(jì)特征矢量符號(hào)值(statistic feature vector symbolic，SFVS)和諧波補(bǔ)償?shù)柌?黃變換(Hilbert-Huang transform，HHT)的暫態(tài)電能質(zhì)量信號(hào)分析方法

4、，并將其用于高滲透率微電網(wǎng)中負(fù)荷沖擊過程的暫態(tài)信號(hào)分析。算例與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法計(jì)算準(zhǔn)確，能夠準(zhǔn)確提取出電能質(zhì)量信號(hào)中暫態(tài)分量，得出電能質(zhì)量暫態(tài)信號(hào)的瞬時(shí)幅值、瞬時(shí)頻率及波形突變時(shí)刻。
　　2)針對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)潮流計(jì)算中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、三相不平衡及弱環(huán)網(wǎng)問題，提出一種基于增廣回路關(guān)聯(lián)矩陣的方法，建立微電網(wǎng)系統(tǒng)潮流計(jì)算節(jié)點(diǎn)電抗矩陣，再結(jié)合分布式電源運(yùn)行特性建立了微電網(wǎng)系統(tǒng)潮流計(jì)算模型;采用Zbus潮流計(jì)算方法對(duì)潮流計(jì)算模型進(jìn)行求解，同

5、時(shí)針對(duì)該方法處理PV節(jié)點(diǎn)能力較弱的問題，在迭代過程中利用PV節(jié)點(diǎn)的電壓偏差對(duì)無功功率進(jìn)行了修正。在IEEE13測試系統(tǒng)和7節(jié)點(diǎn)微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)所提方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明文中提出的潮流計(jì)算方法對(duì)含分布式電源的微網(wǎng)系統(tǒng)潮流計(jì)算迭代次數(shù)少，計(jì)算精度高;同時(shí)利用歐盟低壓微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)不同滲透率微電網(wǎng)中負(fù)荷沖擊對(duì)潮流分布的影響進(jìn)行了研究，從拖動(dòng)負(fù)荷與EV充電負(fù)荷對(duì)不同滲透率微電網(wǎng)的負(fù)荷沖擊前后潮流分布可以看出，滲透率越高，負(fù)荷沖擊對(duì)微電網(wǎng)電壓幅值的影

6、響越大;負(fù)荷接入點(diǎn)處電壓波動(dòng)最大，靠近PCC側(cè)由于大電網(wǎng)的支撐，影響依次減小，而距離PCC點(diǎn)較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)由于線路R的原因更容易受到影響;PV型分布式電源有利于微電網(wǎng)應(yīng)對(duì)負(fù)荷沖擊，減少電壓波動(dòng)。
　　3)針對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)分布電源的電壓穿越問題，提出了一種基于瞬時(shí)值預(yù)測控制算法的并網(wǎng)逆變器電壓穿越控制策略，該策略可以在一個(gè)載波周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)電壓的檢測，能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)電壓進(jìn)行快速精確的檢測，在故障時(shí)刻通過對(duì)功率角與逆變器輸出電壓的閉環(huán)控制來

7、實(shí)現(xiàn)有功輸出及無功補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)電壓穿越提供了有利條件，該策略適用于以電力電子接口接入微電網(wǎng)的分布式電源。以DSC數(shù)字信號(hào)控制芯片TMS320F28XXX為主控單元，富士2MBI100VA120-50100A/1200VIGBT模塊搭建逆變橋，采用文中提出基于瞬時(shí)值預(yù)測控制算法的并網(wǎng)逆變器電壓穿越控制策略，搭建實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行算法驗(yàn)證。樣機(jī)實(shí)驗(yàn)顯示在系統(tǒng)電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，并網(wǎng)逆變器能夠很好地實(shí)現(xiàn)低電壓及高電壓穿越和恢復(fù)，有功和無功的調(diào)

8、整可在幾個(gè)工頻周期內(nèi)完成，而且該算法對(duì)電網(wǎng)“孤島”現(xiàn)象也能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時(shí)跟蹤。
　　4)針對(duì)負(fù)荷沖擊及微電網(wǎng)內(nèi)部功率平衡的儲(chǔ)能應(yīng)對(duì)策略問題，建立了考慮PCC點(diǎn)功率約束的高光伏滲透率微電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置模型，并提出了一種基于電壓靈敏度系數(shù)的模型優(yōu)化方法，可實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別及配置模型簡化。該模型考慮了微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、線路參數(shù)、環(huán)境溫度、輻照度等多種因素，模型的最優(yōu)解為滿足微電網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)符合國家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的儲(chǔ)能裝置最

9、小功率容量和最優(yōu)節(jié)點(diǎn)配置方案。該策略可用于應(yīng)對(duì)光伏出力波動(dòng)、負(fù)荷沖擊情況下儲(chǔ)能配置，有利于評(píng)估微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)光伏電源的接納能力。最后，通過歐盟低壓微電網(wǎng)算例和本實(shí)驗(yàn)室的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)果證明該方法的有效性。
　　本文提出了高滲透率微電網(wǎng)負(fù)荷沖擊過程的暫態(tài)信號(hào)分析方法，潮流分布計(jì)算方法及微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)電壓波動(dòng)應(yīng)對(duì)策略，該研究成果為微電網(wǎng)電能質(zhì)量分析與治理的研究提供了理論工具與基礎(chǔ)，有利于微電網(wǎng)的源荷配置與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自平衡控制的微電