主动配网/微网中新能源发电机协调控制问题研究

为了适应社会发展的要求,大量新能源发电机组并网运行已成为新能源发展的必然趋势,高渗透率新能源接入电网已被公认为未来智能电网的重要特征之一。然而,由于风、光等典型新能源机组发电的间歇性和随机性,使得新能源机组一般不具备“电网友好型电源”的特征,从而限制了电网接纳新能源的能力。在此背景下,本文主要围绕主动配网以及微网两种环境下的高密度新能源机组协调控制问题展开研究,主要完成了以下工作：一、主动配网中的高密度新能源机组协调控制问题高密度新能源机组作为分布式电源接入配电网,促使传统配网由“无源”的被动配网向“有源”的主动配网转变。在该环境下面临的主要问题是如何实现海量新能源机组的功率协调控制,同时避免采用传统集中控制方式引起的对通信要求高等缺点。论文针对主动配网环境下的高密度新能源机组协调控制问题做了以下两方面工作：1、基于分布式控制思想,提出一种基于网络控制的高密度光伏发电机的协调控制方法。该方法实现了光伏整体出力的可调度以及机群内部各台机组出力的公平分配。由于仅仅需要利用本地局部通信网络,仅有少数光伏发电机需要与上层协调控制器通信,所以避免了集中控制造成的对通信网络要求高的缺点。最后,还给出了保证新能源协调控制策略有效性的通信网络结构充要条件,验证了控制策略在部分光伏机组退出或加入运行时的灵活性和自组织性。2、在上述方法的基础上,基于去中心化思想提出了一种高密度光伏发电机协调控制策略,不仅避免了计算光伏总出力时的全局信息采集,还可以将上层控制功能嵌入到发电机自身控制器中,实现了完全的去中心化。另外,还提出了一种针对光伏最大发电功率的估计方法,避免了通过测量装置获取最大发电功率造成的复杂计算问题。最后,结合典型配网算例验证了去中心化的控制策略对于复杂结构配网的有效性。二、微网中的高密度新能源机组协调控制问题当高密度新能源机组以微网电源的形式存在且微网孤岛运行时,由于同步电源的数量很少,系统的稳定性如频率稳定、电压稳定等主要取决于新能源机组的特性,因此微网中的高密度新能源机组协调控制问题主要表现为,从微网稳定性的角度来开展新能源机组协调控制策略研究,通过控制手段使其具有类同步机特性。论文围绕这一问题,主要做了以下两方面工作：1、针对风机在微电网环境下调节能力不足的问题,提出了一种基于同步控制思想的双馈风机控制策略,使风机具有类似于同步机的一次调频特性和惯性响应特性,在缺乏同步电源的微网环境下,该控制策略无需测量外部频率,可以作为微网可靠的频率支撑点。另外,该控制策略还具有便于扩展功能以及方便与其他同步电源配合等优点。最后,相关的时域仿真也验证了该控制策略的有效性。2、研究了同步控制策略对系统小信号稳定的影响,首先以简单微网系统为研究对象,分析了应用同步控制策略后,多种运行工况对系统小信号稳定的影响。采用特征根分析和参数灵敏度计算的方法,确定了对小信号稳定影响最大的主导特征根及关键控制参数。在此基础上,提出了一种考虑小信号稳定的关键控制参数取值方法,该方法具有计算简单,无需随工况变化而频繁改变参数取值等优点,为解决多工况下同步控制策略的参数取值问题提供了帮助。