微网控制及运行特性分析

微网是一种可将各种小型分布式电源组合起来为当地负荷提供电能的低压电网。它具有联网和孤岛两种运行模式,能提高负荷侧的供电可靠性。微网中的分布式电源常采用电力电子接口连接到微网,这增加了分布式电源接口控制的灵活性,减少了系统的惯性。微网缺少惯性和运行模式的多样性增加了系统在维持能量平衡及频率稳定等方面的控制难度。如何连接多种不同类型的分布式电源形成微网是微网必须解决的问题。本文研究了分布式电源通过逆变器接口形成微网的微网控制策略,并在该控制策略下分析了微网的运行特性。主要工作如下: 首先,总结和比较了现存的两种微网控制策略及每种控制策略中的主要控制方法的优劣性。 其次,分析了微网中多个分布式电源采用P-f和Q-V下垂控制时,微网的频率稳定性。在考虑微网中分布式电源的分散性以及不同分布式电源容量不同等特点下,论述了当微网中多个不同容量的分布式电源采用下垂控制时,下垂增益的确定方法。分析了微网联网运行时的频率稳定性,并且比较了它与大型同步发电机在功角稳定性方面的异同。采用小信号状态空间模型研究了多个分布式电源同时参与系统频率调节时孤岛运行微网的频率稳定性。计算了负荷阻抗变化、等效线路阻抗变化和下垂控制器下垂增益变化时的系统特征值,分析了它们对微网频率稳定的影响,并给出了相应的时域仿真结果。 然后,根据微网内分布式电源的输出特性和负荷需求特性,设计了一种分布式电源层对等控制与主从控制相结合的微网控制策略。在该控制策略中,对于适合采用P-f和Q-V下垂控制的分布式电源,设计了基于该控制方法的多环反馈控制器。在该多环反馈控制器中,外环为P-f和Q-V下垂控制器,内环为电压电流双环控制器。通过采用内环控制器,减少了负荷和其它分布式电源扰动对其接口逆变器输出电压的影响,保证分布式电源接口逆变器输出的端口电压等于其外环控制器输出的参考电压。同时通过对内环控制器参数的设计,使逆变器闭环输出阻抗呈感性,减少了传输的有功和无功功率受线路阻抗影响的耦合程度。对适合采用恒功率控制(PQ)的分布式电源,设计了适用于电流源逆变器和电压源逆变器接口的PQ控制器,该控制器确保了分布式电源的输出功率等于其参考功率。最后,进行了不同运行状况下微网的暂态特性分析。分析了感应电动机负荷对微网暂态稳定的影响和微网有目的的孤岛运行、断开分布式电源、分布式电源输出功率变化、负荷功率变化及微网联入主电网时微网的暂态响应。同时,分析了不同故障类型和不同故障点对微网暂态稳定的影响。