提升配电网弹性的微电网技术研究

在配电网中,弹性主要评价配电网在极端扰动事件中对关键负荷的支撑和恢复能力。微电网与分布式电源提高了电网的冗余度,能极大满足负荷在各种情况下的可靠持续供电,提升配电网在极端事故下的弹性。除此之外,微电网运行方式灵活,具有较好的调频调压能力,响应迅速,有更快的自启动能力,这在应对突发事件,维持关键负荷上有至关重要的意义。本文以交流光储柴微电网为例,从评价配电网弹性的三个指标为切入点,即自愈恢复率、自愈速度、自愈可持续时间,对储能逆变器的虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制,孤岛检测策略、微电网并离网切换、孤立微网黑启动技术、微电网运行方式及控制展开了研究,主要工作有如下几方面:1.论述了微电网系统内的电池储能、光伏发电和柴油发电系统的拓扑结构和控制策略,建立了VSG控制数学模型,给出了光储柴微电网整体架构,在Matlab/Simulink平台搭建了完整的光储柴微电网系统,验证了电池储能和柴油发电系统基本的调压调频功能和光伏发电单元的频率响应;计算出VSG控制的最优虚拟惯量和阻尼参数。2.针对弹性指标分析了微电网相关控制技术对于提高配网弹性的作用,对影响弹性指标的孤岛检测策略、并/离网无缝切换技术及预同步控制操作、孤立微网黑启动技术进行了分析;并在此基础上验证了VSG微源主导下的光储柴微电网并/离网的无缝切换可在毫秒间完成,且优于传统PQ/Vf控制切换模式下的并/离网操作。3.制定了同时启动储能和柴油发电机组网,再启动光伏发电单元并网的黑启动方案,验证了微电网故障后的自我恢复能力为防止含变压器的微电网黑启动过程出现的励磁涌流,将逆变器控制改进为VSG零起升压控制。4.通过分析和仿真验证,提出了提高微电网弹性的并网运行能量交互控制和电网强度自适应控制技术。通过并网功率优化,减小并离网切换后可能出现的系统性能恶化风险;应用在线寻优虚拟同步控制策略,使VSG在配网侧发生故障后具有良好的动态响应特性,提升了自愈可持续时间;最后,对动态响应特性在线自寻优VSG的电网强度适应性和常规VSG的电网强度适应性进行仿真比较,验证了前者对提高配电网弹性有重要意义。