微电网动态稳定性研究述评

在微电网内部,电力电子变换器接口型分布式电源广泛存在。电力电子接口微源与传统交流同步发电机在功率变换、控制策略和动态特性方面差异性较大,控制方法的多样性以及电力电子接口微源的高渗透率将给低惯量微电网的安全稳定运行带来严峻挑战。同时,多类型微源、多类型负荷在微电网内混合共存,可能引发源源耦合交互、负荷间交互以及源荷交互,不同特性的设备间相互作用将重新塑造区别于传统电力系统的动态响应特性,并诱发稳定性问题。首先对近年来国内外微电网稳定性的研究进行评述,归纳总结可再生能源渗透率不断提升下微电网典型运行特性和存在的动态稳定性问题;在微电网动态稳定性分类的基础上,分别从微电网动态稳定问题和微电网动态稳定分析方法两方面对微电网稳定性的研究动态进行分析、评价和探讨;最后,预测和探讨了微电网稳定性研究的发展趋势。     

含风电孤立中压微电网暂态电压稳定协同控制策略

分析了孤立中压微电网中双馈异步风力发电机组(DFIG)与动态负荷的暂态运行特性。为改善含DFIG微电网的暂态电压稳定性,提出了基于就地层储能稳定控制、DFIG快速变桨控制和甩动态负荷的暂态电压稳定协同控制策略。基于PSCAD/EMTDC建立了东澳岛中压微电网系统和稳定控制策略模型,研究结果表明,微电网暂态电压稳定性与微电网中风电渗透率和负荷特性密切相关;在大扰动下,提出的暂态电压稳定协同控制策略能有效增强微电网的电压稳定性。     

直流微电网大扰动稳定判据及关键因素分析

混合势函数理论可以给出解析形式的大扰动稳定性判据,是非线性系统大扰动稳定性分析的有效工具。该文以直流微电网为研究对象,建立了并网电压源换流器为主电源时,系统的混合势函数模型,推导了考虑电压环输出限幅下系统的大扰动稳定性判据。基于该判据和李雅普诺夫方法,首先分析了负载类型对系统大扰动稳定性的影响。然后分析了物理参数和控制参数对系统稳定边界的影响,以及稳定性判据和系统暂态振荡次数的关系。基于暂态过程的能量守恒,给出了使得稳定性判据成立的电容极值估算方法,探讨了电压环输出限幅对电容极值的影响,分析了电容对系统稳定性、暂态振荡次数和响应速度的影响。最后,通过电磁暂态仿真验证了稳定性判据的准确性。     

基于深度学习的多虚拟同步机微电网在线暂态稳定评估方法

限流策略、源源交互、故障及负荷水平多变等因素使得快速准确评估多虚拟同步机(VSG)微电网的暂态稳定性十分困难。针对现有难题,提出了基于深度学习的多VSG微电网在线暂态稳定评估方法。首先,通过分析VSG控制特性、电流限幅器、故障程度、负荷水平对系统稳定性的影响,以系统动态参数为主、稳态参数为辅,构建了一组具有强表征能力、可避免维数灾难的原始特征集。基于此,应用深度前馈神经网络及Levenberg-Marquardt算法,提出了多VSG微电网暂态稳定非线性评估模型。在多VSG微电网中的验证结果表明,相比现有方法,所提方法极大地提高了在线暂态稳定评估的准确率,可快速实现多VSG微电网在复杂工况下的稳定性准确判别,具有良好的评估性能。     

基于附加电量的直流微电网动态稳定控制策略

直流微电网的低惯性问题以及遭受扰动后分布式电源与负荷短时保持功率恒定引入的负阻尼,均会削弱直流电压的动态稳定性.对此深入探讨了直流微电网的动态稳定机理,从电量的角度赋予系统稳定判据物理意义.首先基于直流微电网的伏安特性,分析系统运行点的移动轨迹与稳定运行约束条件.其次,基于直流微电网的状态方程,推导系统的电量模型,分析各端换流器具备的暂态电量对系统稳定运行的影响机理,并结合稳定运行条件,提出基于附加电量的直流微电网的动态稳定裕度及判据.然后,基于直流微电网的动态稳定裕度,通过改进储能侧换流器的电压下垂控制,提出基于附加电量的直流微电网电压动态稳定控制策略,并分析其对直流电压暂态过程的影响.最后,搭建多端直流微电网仿真系统,验证所提电压动态稳定判据的正确性,以及附加电量对直流微电网动态稳定的支持能力.     

基于虚拟同步电机控制的微电网稳定性分析

随着微电网中电力电子器件的大量接入,多电源与负荷的动态特性相互耦合,使得微电网系统中稳定分析问题成为研究热点。针对基于虚拟同步电机控制的微电网系统,提出了一种含多分布式电源的系统非线性状态空间建模方法。建立了含分布式电源、线路和负荷的微电网统一状态空间方程。基于所建立的状态空间方程,运用特征根分析法研究了影响微电网系统稳定性的因素。并利用分岔理论研究了虚拟同步电机控制关键参数和系统拓扑结构参数对系统稳定性的影响。在PSCAD/ETMDC仿真平台搭建了基于虚拟同步电机控制的微电网模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于非特征频率突变量阻抗的多机集群孤岛检测方法

微电网中多类型电源并存的多机集群复杂工况对传统阻抗式孤岛检测法的应用提出挑战。提出了基于非特征频率突变量阻抗的孤岛检测方法。该方法采用外部集中扰动的方式注入扰动信号,并利用快速傅里叶变换计算公共耦合点处非特征频率突变量阻抗,同时将断路器流经的工频电流与相邻多机集群的非特征频率突变量阻抗作为辅助判据,以实现可靠有效的孤岛检测。通过理论分析与仿真验证可知,本文所提的孤岛检测算法不存在检测盲区,能够可靠应对负荷投切等系统暂态扰动,适应于多类型电源并存的多机集群微电网工况。     

计及感应电动机参数的微电网暂态电压稳定性分析

为分析微电网受三相短路故障扰动后,电压稳定性随动态负荷参数变化的影响,本文设计了一种风光储微电网电压稳定性控制策略,分析不同条件下微电网暂态电压稳定性。由仿真结果可知,感应电动机参数变化对微电网暂态电压稳定性产生不同程度影响,其中增大感应电动机定子电阻、定子电抗、转子电抗、负载转矩、互感和负荷比例,微电网暂态电压稳定性减弱,而增大转子电阻和惯性时间常数,微电网暂态电压稳定性得到增强。     

分布式电源高渗透率的微电网快速稳定控制技术研究

通过分析分布式电源高渗透率微电网的运行特性及其给配电网运行带来的影响,提出了一种基于三层控制架构设计多态多时间尺度的微电网综合稳定控制方法。从微电网电力电子设备快速稳定控制、微电网暂态稳定控制、微电网动态稳定控制、微电网稳态稳定控制四个层面构成了多态多时间尺度稳定控制的技术体系,以实现微电网内功率快速调节、扰动快速平抑、故障快速隔离、运行效率提高、稳定水平趋优等控制目标。重点研究了微电网内电力电子设备参与微电网稳定运行控制的实现方法。相关工程实践表明,该方法效果良好。     

基于虚拟同步发电机技术的微电网孤网运行控制策略

微电网孤网运行时,由于没有大电网做后背支撑,其静态稳定性和暂态稳定性都较差。为了解决该问题,本文提出一种基于逆变型电源的虚拟同步发电机技术,让分布式电源能对微电网提供稳定的电压和频率。借鉴传统同步发电机的相关特性,建立虚拟同步发电机模型,研究虚拟同步发电机有功功率和无功功率的控制策略。针对微电网孤网运行情况下的稳定状态和切负荷过程进行仿真和实验,通过分析系统电压电流的变化情况以及虚拟同步发电机输出功率的响应速度和超调量,判断应用虚拟同步发电机技术的微电网在孤网运行情况下稳定性的好坏。实验证明:所提的控制策略能够保证微电网在孤网运行情况下的稳定性,具有较好的实用性。     

基于扰动观测器的孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器电压波动控制策略研究

针对孤立交直流混合微电网中双向AC/DC换流器在外界扰动下出现电压波动的问题,设计了一种应用于双向AC/DC换流器的母线电压扰动观测器,以实现在分布式电源出力和负荷功率变化等外界扰动情况下对系统扰动量的快速跟踪,且无需增加额外的电压或电流传感器,保证了交直流混合微电网内分布式电源和负荷的即插即用功能。进一步地提出了基于扰动观测器的孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器电压波动控制策略,以有效抑制暂态电压波动和冲击,提高了孤立混合微电网在不同扰动下的动态响应性能和鲁棒稳定性。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了孤立交直流混合微电网仿真模型,通过在不同暂态过程下的仿真测试验证了所提方法的有效性和正确性。     

负荷冲击性对独立电力系统暂态特性的影响

冲击负荷强烈的冲击性严重威胁到独立电力系统的安全稳定运行。针对现有评估指标无法准确、有效评估冲击负载的瞬时动态特性问题,提出了一套基于瞬时功率理论及源端关键参数的暂态评估指标,并对2种具有冲击性的常用负荷的启动、加减载等工作过程进行评估,该指标更能表征非线性负荷对独立电力系统影响的动态过程和暂态特性。通过改变2种负荷关键参数,使系统逐步达到不稳定极限;对电压、功角和频率进行稳定性分析,发现2类冲击负荷在系统中成为不稳定因素的区别在于产生冲击的功率类型不同,将分别引起系统频率失稳或电压失稳,进而造成电源的转速跌落或励磁保护。储能设备负载可采用恒功率充电或改善源端调速系统的方式,电动机负载可采用软启动或无功功率调节装置来缓解系统稳定性。     

计及直流微电网扰动抑制的残差动态分散补偿控制策略

针对直流微电网电能质量问题与环流问题,提出一种计及直流微电网扰动抑制的残差动态分散补偿控制策略.此策略在直流下垂控制的基础上,首先分析直流微电网扰动问题及并联状态下的环流问题;其次建立Buck型与Boost型多DC-DC变换器并联的状态空间模型,推导基于残差的变换器动态分散补偿结构,该结构直接在电压环输出端进行补偿,通过扰动抵消计算补偿控制器Q*(s).采用小信号稳定性分析方法证明本文补偿结构的稳定性;最后基于RTDS搭建数字物理实验平台,以相同与不同类型变换器并联为例进行实验验证.该结构能够加快分布式电源及公共负荷投切时直流母线电压动态响应速度,有效地抑制了环流影响和交流侧不平衡情况引起的直流母线电压二倍工频扰动,维持了电压的一致性,保证了母线电压的稳定,有助于实现分布式电源的"即插即用"技术.     

负荷模型对含UHVDC的多落点电网直流恢复特性的影响

负荷模型对电网暂态稳定性特别是对电压稳定性影响甚深,为了解负荷模型对含特高压直流的多直流落点电网直流动态恢复特性的影响,研究了扰动下ZIP静态负荷模型、感应电动机负荷模型(IM)的多回直流恢复特性,深入分析了送、受端网区ZIP静态负荷模型中不同比例的恒功率有功负荷、恒电流有功负荷、恒阻抗有功负荷、感应电动机模型负荷和IM欠压保护切除和恢复重接入特性等对多落点直流动态特性的影响并分析比较了南方电网典型IM模型和IEEE6型IM模型对直流恢复特性的影响,引入多馈入交互因子(MIIF)指标分析故障下直流换流站间动态交互影响作用。研究结果表明:送端和受端负荷模型对直流恢复特性的影响效果相反;大扰动下当电压跌落在一定范围内时,受端典型IM模型在改善功角稳定性方面占优,而无论送、受端,IEEE6型在弱化系统电压稳定性方面都占优。     

负荷特性对江苏电网电压稳定性影响的仿真分析

江苏电网具有电源分布不均、负荷增长迅速、无功储备不足等问题,是典型的易发生电压稳定问题的系统。在仿真中考虑了动态负荷模型和参数的影响,分析了2006年江苏电网负荷增长和负荷中心大扰动后的电压稳定性,并与采用原有数据的计算结果进行了比较。结果表明,现在一些电网电压稳定分析常沿用以往角度稳定分析所用的静态负荷数据的作法存在较大的不足,不能完全满足电压稳定分析和制定应对措施的要求。还就采用静止无功补偿器(SVC)提供动态无功支持,提高江苏系统电压稳定性进行了研究。结果表明,现阶段采用SVC提供江苏电网扰动时负荷的动态无功支持,提高电压稳定性是一项可行的措施。     

多换流器直流微电网稳定性分析

直流微电网系统具有多组控制器参数,不同电源的控制器参数组合对整个系统稳定性的影响尚不明确,亟需展开研究.针对该问题,建立了直流微电网系统的小信号模型,并基于参与因子以及系统特征根提出稳定域分析方法,研究多个系统参数改变时对系统稳定性的影响规律.结果显示,由于源网荷的交互作用,电源的控制器参数稳定域在不同网络参数下出现差...     

适用于低电压暂态稳定分析的负荷模型

为克服低电压暂态稳定分析过程中负荷模型无法描述掉负荷特性的缺点,在对实测数据和各种负荷的低电压特性进行研究的基础上对原有的动态负荷模型进行了改进.新模型通过增加临界电压、延迟时间和衰减系数使低电压发生时负荷按负指数形式衰减,这可以在保持负荷动态特性连续的基础上,最大限度地模拟暂态故障中因低电压掉负荷造成的负荷前后稳态不一致的现象.新模型不仅扩展了原来动态负荷模型的适用范围,而且大大提高了大扰动下暂态稳定分析的可信度.实测数据验证了模型的有效性.     

微源并网逆变器下垂控制策略的改进研究

针对下垂系数大难以保证微电网稳定性,下垂系数取值小则反应速度慢的不足,提出了一种基于类似磁滞曲线的非线性下垂特性的逆变器下垂控制策略,通过实时改变下垂系数,提高负荷功率分配精度,有效抑制电微网频率和电压的大幅度波动,改善系统稳定性;并通过在功率控制环节中增加前馈环节进一步提高微电网稳定性.建立了简化的逆变器接口的微网小扰动分析数学模型,仅考虑功率环等慢动态过程.各微源接口先在各自本地坐标轴上建模,然后通过网络方程将各微源接口和负荷变换到统一旋转坐标轴,最后将方程线性化得到微电网小扰动分析模型,分析了下垂系数和前馈环节对微电网小扰动稳定性的影响.采用PSCAD/EMTDC搭建了基于此控制策略的微电网仿真模型,仿真结果验证了此控制策略的有效性.     

离网情况下微电网频率控制策略

微电网源荷功率不平衡将导致微电网频率波动。为维持离网情况下微电网频率稳定,充分利用各微电源的发电优势,本文针对商业应用价值较高的光储型微电网,提出了一种基于分层控制思路的离网情况下微电网频率控制算法。根据频率动态特性将系统频率分为4个区域,针对不同频率区域通过储能或光伏发电系统的主动调节作用、低频减载和高频切机等控制措施实现频率的稳定控制。经实例验证,所提策略可对微电网中多类型微电源进行协调控制,以满足微电网功率平衡要求,维持系统频率稳定。     

计及二次调频独立型微电网快速调频策略

独立型微电网惯性弱、功率波动性强,遭遇大的功率扰动时,主电源调频容量不足易引起系统频率失稳。为了提高独立型微电网暂态频率稳定能力,提出了一种计及二次调频的快速调频策略。首先分析独立型微电网在主电源一/二次调频作用下频率运行区间,并通过仿真研究大扰动下主电源控制行为及频率特征。在此基础上,计及二次调频影响,基于微网协调控...