張宏俊,吳越文,陳 卓,郝正航
?
交直流配電網(wǎng)接納分布式電源的實(shí)時(shí)仿真研究
張宏俊,吳越文,陳 卓,郝正航
(貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550025)
含多種分布式電源的交直流混合配電網(wǎng)是未來(lái)智能配電網(wǎng)的架構(gòu)特點(diǎn)。首先,建立了含兩個(gè)區(qū)域的交直流混合配電基本架構(gòu),并根據(jù)各種分布式電源的容量和發(fā)電特性,將光伏電源、直驅(qū)風(fēng)機(jī)、雙饋風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)能裝置接入配電網(wǎng)的合適區(qū)域。然后,詳細(xì)分析了交直流接口換流器的數(shù)學(xué)模型及其幾種典型控制策略。最后,利用變流器控制方式和運(yùn)行策略的多樣性,對(duì)上述交直流混合配電網(wǎng)進(jìn)行了均衡饋線出力、不間斷供電和能量調(diào)度實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該配電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)在接納多種分布式電源方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
分布式電源;配電網(wǎng);實(shí)時(shí)仿真;控制策略
隨著分布式電源、分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、微電網(wǎng)及電動(dòng)汽車充電設(shè)施等在電網(wǎng)中的滲透率日益提高,配電網(wǎng)開(kāi)始由傳統(tǒng)的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)演變成有源網(wǎng)絡(luò),其結(jié)構(gòu)將具有多樣化特征,未來(lái)將大量出現(xiàn)交直流混合的復(fù)雜配電網(wǎng),新型配電系統(tǒng)的建模與仿真是解決諸多問(wèn)題的必要準(zhǔn)備。
未來(lái),局部直流系統(tǒng)將首先出現(xiàn)在中低壓配電網(wǎng)中[1-2]。文獻(xiàn)[3]從投資成本和傳輸損耗等角度對(duì)交流配電網(wǎng)和直流配電網(wǎng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較,得出了直流配電網(wǎng)比交流配電網(wǎng)傳輸容量大、投資成本高和傳輸損耗率低等結(jié)論。文獻(xiàn)[4]采用改進(jìn)的最小割集法對(duì)“手拉手”結(jié)構(gòu)的交、直流配電網(wǎng)進(jìn)行了可靠性對(duì)比,表明了在現(xiàn)有技術(shù)條件下直流配電網(wǎng)的可靠性低于交流配電網(wǎng),而直流配電網(wǎng)的可靠性主要受限于中壓直流斷路器故障率。交直流混合配電網(wǎng)同時(shí)具有交流配電網(wǎng)和直流配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì),可能是未來(lái)智能配電網(wǎng)的基本模式。
目前,由于中壓斷路器可靠性低等原因,國(guó)內(nèi)外對(duì)交直流混合配電技術(shù)的研究大多針對(duì)微網(wǎng)模式[5-9],對(duì)中壓交直流混合配電技術(shù)研究較少。本文建立了含多個(gè)分布式電源的交直流混合配電網(wǎng)的典型架構(gòu),給出了交直流接口變流器的數(shù)學(xué)模型和控制策略,在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了以下應(yīng)用研究:①均衡饋線出力;②不間斷轉(zhuǎn)供電;③間歇性發(fā)電能量調(diào)度。
1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
常見(jiàn)的配電網(wǎng)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、環(huán)狀結(jié)構(gòu)和兩端配電結(jié)構(gòu)等。交直流混合配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大多也基于以上結(jié)構(gòu),如美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)CPES中心提出的交直流配電分層連接的混合配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括高壓輸電層、中壓配電層、微網(wǎng)層及納網(wǎng)層等,在兩個(gè)電源端分別采用鏈?zhǔn)浇涣髋潆娋W(wǎng)和鏈?zhǔn)街绷髋潆娋W(wǎng),并通過(guò)電力電子裝置逐層連接下去[10]。
本文以上述CPES中心提出的混合配電結(jié)構(gòu)作為總體架構(gòu),結(jié)合國(guó)內(nèi)分布式電源發(fā)展現(xiàn)狀,提出了一種典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu),如圖1所示。該結(jié)構(gòu)包括高壓配電層、中壓配電層和低壓配電層。其中,中壓配電層包括中壓直流配電和中壓交流配電,低壓配電層包括低壓直流配電和低壓交流配電。該結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn):①交直流混合配電模式,便于各類分布式電源和負(fù)荷的接入,可省去許多AC/DC和DC/AC等變流環(huán)節(jié);②多個(gè)交直流接口換流器,使得交流饋線之間構(gòu)成閉環(huán)解耦結(jié)構(gòu),可提高供電可靠性和調(diào)節(jié)潮流的靈活性。網(wǎng)絡(luò)及各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷詳細(xì)參數(shù)
圖1 交直流混合配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)
1.2 電源接入形式
為了盡可能體現(xiàn)未來(lái)配電系統(tǒng)的復(fù)雜性和代表性,本文設(shè)想的圖1系統(tǒng)中接入的分布式電源有光伏電池、直驅(qū)式風(fēng)機(jī)、雙饋式風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)能電池;接入模式有交流接入和直流接入兩種情形。
光伏電池一般通過(guò)安裝Buck-Boost等調(diào)壓裝置運(yùn)行于當(dāng)前光照所能到達(dá)的最大功率輸出點(diǎn)(MPPT跟蹤)。由于光照的隨機(jī)性,光伏發(fā)出的也是一種隨機(jī)波動(dòng)的直流電,將光伏并入直流配電網(wǎng),只需DC/DC變流器,且控制系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單。本文在中壓直流節(jié)點(diǎn)B15和低壓直流節(jié)點(diǎn)3分別接入120 kW和60 kW的光伏發(fā)電系統(tǒng),另外在B12節(jié)點(diǎn)接入蓄電池組的儲(chǔ)能裝置(如圖1所示)。
直驅(qū)式風(fēng)機(jī)一般采用含兩個(gè)電壓源變流器(VSC)的“背靠背”基本結(jié)構(gòu)。若將直驅(qū)式同步電機(jī)網(wǎng)側(cè)VSC替換為DC/DC變流器而接入中壓直流配電網(wǎng),則可省去DC/AC裝置及相關(guān)控制系統(tǒng)。圖1系統(tǒng)中壓直流節(jié)點(diǎn)B12接入額定功率=1.5 MW的直驅(qū)式風(fēng)機(jī),其參數(shù)如下:電機(jī)極對(duì)數(shù)=48,額定轉(zhuǎn)速=20 rpm,額定風(fēng)速=12 m/s,額定電壓=690 V,直軸和交軸電感d=q=0.835 mH,電阻=0.018 ?,等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=11 258 kg。永磁直驅(qū)同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型及機(jī)側(cè)矢量控制策略見(jiàn)文獻(xiàn)[11-12]。
雙饋式風(fēng)機(jī)由于其變速恒頻的運(yùn)行特性,更適合接入交流配電網(wǎng),本文將雙饋式風(fēng)機(jī)接入?yún)^(qū)域2的中壓交流節(jié)點(diǎn)25,并作為區(qū)域2主要的分布式電源。文中所用雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)如下:電機(jī)額定功率=2.5 MW,極對(duì)數(shù)=3,額定風(fēng)速=11 m/s,額定電壓=575 V,定子漏感s=0.074 mH,轉(zhuǎn)子漏感r=0.121 mH,互感m=6.78 mH,定子電阻=0.016 ?,轉(zhuǎn)子電阻=0.0125 ?。雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及控制策略可參考文獻(xiàn)[13]。
交直流混合配電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備是交流部分和直流部分的接口裝備,這種接口裝備就是VSC型DC/AC接口變流器。接口變流器的具體結(jié)構(gòu)可以有多種選擇,如兩電平、三電平、模塊化多電平[14]等。無(wú)論采用哪種結(jié)構(gòu),在系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用和控制策略上可以統(tǒng)一起來(lái)。本文僅以兩電平變流器為例,分析其系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用。
2.1 接口變流器的數(shù)學(xué)模型
作為交流配電網(wǎng)和直流配電網(wǎng)的接口單元,VSC變流器使得多個(gè)交流饋線構(gòu)成了閉環(huán)解耦結(jié)構(gòu),為配電網(wǎng)潮流的靈活調(diào)節(jié)奠定了基礎(chǔ)。三相VSC型變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 三相電壓源型變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
(2)
功率方程為
由式(2)可知,軸和軸之間存在耦合項(xiàng)和,為實(shí)現(xiàn)的解耦控制,可采用前饋補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ咧g的耦合,設(shè),并帶入式(2)可得軸和軸方向上2個(gè)獨(dú)立的一階模型,即
(4)
式中,為拉普拉斯算子。式(3)和式(4)表明與、與呈線性關(guān)系,若以和作為控制變量,則可實(shí)現(xiàn)對(duì)、的解耦控制。
2.2 接口變流器的控制策略
根據(jù)控制目的不同,接口變流器的外環(huán)控制方法分為PQ控制、V/f控制和下垂控制,而PQ控制又有VQ控制(恒直流電壓恒無(wú)功功率控制)和換流器輸出電壓控制等變形方式[15]。文中交直流接口VSC主要采取的控制方式為PQ控制、VQ控制和V/f控制。PQ控制的控制框圖如圖3所示,其主要作用為改變交直流間的功率流動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)潮流優(yōu)化等功能。
VQ控制主要是為中壓直流配電網(wǎng)提供電壓支撐。將PQ控制中的有功功率控制替換為直流母線電壓控制即可改為VQ控制,PI參數(shù)也需作相應(yīng)修定。實(shí)際上,直流電壓的穩(wěn)定是靠控制變流器與電網(wǎng)之間的能量傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
V/f控制主要為實(shí)現(xiàn)交流負(fù)荷的不間斷供電,當(dāng)某處線路發(fā)生故障而跳閘時(shí),可通過(guò)V/f控制為斷點(diǎn)下游支路負(fù)荷繼續(xù)提供電壓和頻率支撐。其內(nèi)環(huán)控制與PQ控制相同,外環(huán)控制如圖4所示?;謴?fù)正常后,若要實(shí)現(xiàn)由孤島模式向并網(wǎng)模式的切換,可在頻率環(huán)增加相位差控制,欲并網(wǎng)時(shí),將交流電網(wǎng)電壓的頻率和幅值作為參考信號(hào),同時(shí)投入相位差控制。
圖4 V/f控制外環(huán)控制結(jié)構(gòu)
實(shí)際上,若能充分運(yùn)用VSC控策略和運(yùn)行方式的多樣性,則能夠?qū)崿F(xiàn)與SNOP(Soft normally open point)類似的功能,如均衡饋線出力、不間斷轉(zhuǎn)供電、提高分布式電源消納能力和減小線路損耗等[16-17]。
3.1 均衡交流饋線出力
不同饋線之間控制潮流和調(diào)劑負(fù)荷對(duì)于降低線損、改善電壓質(zhì)量和預(yù)防過(guò)載意義很大。但是,對(duì)于純交流配電網(wǎng),饋線之間很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)均衡負(fù)荷。圖1系統(tǒng)則可以方便實(shí)現(xiàn)均衡交流饋線出力。
以均衡區(qū)域1的饋線1和饋線2的有功功率為例,設(shè)VSC1采用VQ控制,VSC2和VSC3不投入PQ控制,分布式電源出力設(shè)為較小,區(qū)域1兩饋線輸出功率分別為和,此時(shí)直流配電網(wǎng)主要由區(qū)域1的饋線1提供能量。若要實(shí)現(xiàn)兩饋線出力均衡,饋線2輸出功率應(yīng)為,則VSC2向直流側(cè)輸送功率為,將此作為VSC2的PQ控制有功給定,即可實(shí)現(xiàn)饋線之間的出力均衡。另外,VSC的運(yùn)行需滿足其容量限制:
3.2 不間斷轉(zhuǎn)供電
智能配電網(wǎng)屬性之一就是可靠性很高,不間斷轉(zhuǎn)供電是實(shí)現(xiàn)高可靠性的必要前提。傳統(tǒng)配電網(wǎng)幾乎做不到不間斷轉(zhuǎn)供電,尤其在有源配電網(wǎng)的環(huán)境下更難做到。圖1系統(tǒng)則可以方便地實(shí)現(xiàn)不間斷轉(zhuǎn)供電。
基本原理:設(shè)正常工作時(shí),VSC1采用VQ控制,當(dāng)VSC1所在交流支路發(fā)生故障時(shí)(如B4或B7處),VSC1切換為V/f控制,繼續(xù)為斷點(diǎn)下游支流負(fù)荷供電,使之運(yùn)行在孤島模式。VSC2則切換為VQ控制,繼續(xù)為直流側(cè)提供電壓支撐;當(dāng)故障發(fā)生在直流配電層時(shí)(如B14處),VSC1和VSC2均采用VQ控制,分別為斷點(diǎn)兩側(cè)負(fù)荷提供直流電壓支撐。
3.3 間歇性發(fā)電的能量調(diào)度
對(duì)于含大量間歇性電源的配電網(wǎng),能量調(diào)度是必須的,圖1系統(tǒng)可方便實(shí)現(xiàn)能量調(diào)度。將VSC3運(yùn)行在PQ控制模式,可實(shí)現(xiàn)區(qū)域1與區(qū)域2之間的能量互補(bǔ)。當(dāng)區(qū)域1分布式電源出力較大時(shí),可通過(guò)VSC3將多發(fā)的能量傳輸?shù)絽^(qū)域2中,以提高分布式電源的消納能力和減輕區(qū)域2交流饋線負(fù)擔(dān)。此時(shí),全網(wǎng)負(fù)荷可以由電網(wǎng)和分布式電源共同承擔(dān),為避免區(qū)域1和區(qū)域2饋線出現(xiàn)有功出力小、無(wú)功出力大的情況,可由VSC2和VSC3進(jìn)行適量的無(wú)功補(bǔ)償。
使用通用實(shí)時(shí)仿真器(UREP)搭建圖1系統(tǒng)的仿真模型。由于該系統(tǒng)包含較多分布式電源,從實(shí)時(shí)仿真的角度看,仿真規(guī)模較大。為此,采用多核并行計(jì)算技術(shù),將網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷和各分布式電源分配到4個(gè)處理器中進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。
4.1 均衡交流饋線出力仿真
仿真開(kāi)始時(shí),將光照和風(fēng)速設(shè)定為某一較小值(光照設(shè)為200,直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)速設(shè)為5 m/s,雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)速設(shè)為4.5 m/s),使各個(gè)分布式電源出力較小,將VSC1設(shè)在VQ控制工作模式,VSC2和VSC3設(shè)為PQ控制但不參與功率調(diào)節(jié)。待系統(tǒng)穩(wěn)定后,在5 s時(shí),將VSC2投入PQ控制,對(duì)區(qū)域1交流饋線出力進(jìn)行調(diào)節(jié)并使之均衡。區(qū)域1交流饋線1(B4節(jié)點(diǎn)和B7節(jié)點(diǎn))的電壓、電流如圖5所示,區(qū)域1交流饋線和VSC1、VSC2功率仿真波形如圖6所示。
由仿真結(jié)果知,VSC2未投入PQ控制時(shí),區(qū)域1交流饋線1需要同時(shí)向交流負(fù)荷和直流負(fù)荷(設(shè)定為1.11 MW)供電,因此出力很大,約為0.986 MW(直驅(qū)出力約為0.165 MW),區(qū)域1交流饋線2輸送有功功率約為0.447 MW(所接交流總負(fù)荷設(shè)定為0.45 MW)。VSC2投入PQ控制后,饋線出力較為均衡,分別約為0.715 MW和0.714 MW,使系統(tǒng)整體的潮流分布得到改善。另外,區(qū)域2的饋線1已經(jīng)過(guò)VSC3與區(qū)域1構(gòu)成閉環(huán)接線,也可考慮此饋線進(jìn)行調(diào)節(jié),這里不再討論。
圖5 區(qū)域1交流饋線1、2電壓電流仿真結(jié)果
圖6 區(qū)域1饋線和變流器有功功率仿真結(jié)果
4.2 不間斷轉(zhuǎn)供電仿真
在4.1節(jié)仿真基礎(chǔ)上,在10 s時(shí),設(shè)節(jié)點(diǎn)B7和B8之間的斷路器因故障而斷開(kāi),0.01 s后將VSC2由PQ控制切換為V/f控制,以實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)下游負(fù)荷(如圖1中的節(jié)點(diǎn)B8和B9處負(fù)荷)的不間斷供電。VSC2輸出電壓、電流及功率仿真波形如圖7、圖8所示。
圖7 VSC2輸出電壓電流仿真波形
圖8 VSC2輸出功率仿真結(jié)果
由仿真結(jié)果知,斷路器因故障斷開(kāi)后,VSC2輸出電壓會(huì)跌落,0.01 s后投入V/f控制,大約經(jīng)歷3個(gè)周波恢復(fù)到正常值的0.9倍。VSC2輸出有功功率也由0.268 MW變?yōu)?0.346 MW,無(wú)功功率由0 Mvar變?yōu)?0.169 Mvar,繼續(xù)向斷點(diǎn)下游負(fù)荷(0.35+j0.17 MVA)供電。
4.3 間歇性發(fā)電的能量調(diào)度仿真
圖9 雙饋式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流和輸出總功率仿真結(jié)果
圖10 直驅(qū)式風(fēng)機(jī)定子電流和輸出總功率仿真結(jié)果
圖11 區(qū)域1、區(qū)域2全部饋線和VSC3輸出功率仿真結(jié)果
由仿真結(jié)果知,VSC3未投入PQ控制時(shí),此時(shí)雙饋風(fēng)機(jī)運(yùn)行在超同步狀態(tài),輸出總有功功率約為2.21 MW,而區(qū)域2總負(fù)荷為1.39+j0.630 MVA,因此風(fēng)機(jī)多發(fā)的能量將由B18節(jié)點(diǎn)饋出,而區(qū)域1的交直流負(fù)荷(1.56+j0.38 MVA)幾乎由電網(wǎng)提供。5 s時(shí),VSC3投入PQ控制,向區(qū)域1輸送1.1 MW有功,此時(shí)主要由電網(wǎng)和雙饋風(fēng)機(jī)共同承擔(dān)區(qū)域1和區(qū)域2負(fù)荷,所以區(qū)域1饋線出力減小,區(qū)域2饋線功率也由負(fù)值變?yōu)檎怠? s時(shí),雙饋風(fēng)機(jī)由于風(fēng)速銳減而逐漸過(guò)渡到亞同步狀態(tài),輸出功率逐漸減小,區(qū)域2饋線出力也相應(yīng)增加。直驅(qū)風(fēng)機(jī)和光伏系統(tǒng)分別由于風(fēng)速和光照增大,輸出功率也增加(直驅(qū)出力由于恒功率控制逐漸穩(wěn)定到額定功率值),加上VSC3輸入的功率,已大于區(qū)域1負(fù)荷所需功率,區(qū)域1饋線功率也相應(yīng)由正值變?yōu)樨?fù)值。9 s時(shí),VSC3經(jīng)PQ控制由向區(qū)域1輸送功率轉(zhuǎn)變?yōu)橄騾^(qū)域2輸送功率(0.75 MW),此時(shí)主要由電網(wǎng)和直流層的分布式電源共同承擔(dān)區(qū)域1和區(qū)域2負(fù)荷,所以區(qū)域1饋線功率由負(fù)值變?yōu)檎担瑓^(qū)域2饋線出力也減小,通過(guò)能量調(diào)度,提高了分布式電源的消納能力。由仿真結(jié)果也可知,由直流層分布式電源和變流器引起的能量沖擊會(huì)經(jīng)采用VQ控制的換流器反映到所接交流網(wǎng)絡(luò),而對(duì)采用PQ控制的換流器所接交流網(wǎng)絡(luò)影響很小。
本文針對(duì)含多種分布式電源的交直流混合配電網(wǎng)基本架構(gòu),靈活運(yùn)用VSC控制策略,通過(guò)實(shí)時(shí)仿真驗(yàn)證了未來(lái)網(wǎng)源架構(gòu)下的經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。若干場(chǎng)景的仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了合適的電源布局、接入地點(diǎn)和接入方式是這種復(fù)雜系統(tǒng)可靠運(yùn)行的前提。均衡饋線出力、不間斷供電和能量調(diào)度等技術(shù)優(yōu)勢(shì)可以在未來(lái)配電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)。
[1] 江道灼, 鄭歡. 直流配電網(wǎng)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2012, 36(8): 98-104.
JIANG Daozhuo, ZHENG Huan. Research status and developing prospect of DC distribution network[J]. Automation of Electric Power Systems, 2012, 36(8): 98-104.
[2] 宋強(qiáng), 趙彪, 劉文華, 等. 智能直流配電網(wǎng)研究綜述[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2013, 36(8): 9-19.
SONG Qiang, ZHAO Biao, LIU Wenhua, et al. An overview of research on smart DC distribution power network[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 36(8): 9-19.
[3] 鄭歡, 江道灼, 杜翼. 交流配電網(wǎng)與直流配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性比較[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(12): 3368-3374.
ZHENG Huan, JIANG Daozhuo, DU Yi. Economic comparison of AC and DC distribution system[J]. Power System Technology, 2013, 37(12): 3368-3374.
[4] 曾嘉思, 徐習(xí)東, 趙宇明. 交直流配電網(wǎng)可靠性對(duì)比[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2014, 38(9): 2582-2589.
ZENG Jiasi, XU Xidong, ZHAO Yuming.Reliability comparison of AC and DC distribution network[J]. Power System Technology, 2014, 38(9): 2582-2589.
[5] 丁明, 田龍剛, 潘浩, 等. 交直流混合微電網(wǎng)運(yùn)行控制策略研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(9): 1-8.
DING Ming, TIAN Longgang, PAN Hao, et al. Research on control strategy of hybrid AC/DC microgrid[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(9): 1-8.
[6] 張樹(shù)東, 朱大為, 劉闖, 等. 交直流混合配電型通用功率變換器(UPC)研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2016, 44(1): 48-55.
ZHANG Shudong, ZHU Dawei, LIU Chuang, et al. Universal power converter (UPC) for hybrid AC and DC distribution[J]. Power System Protection and Control, 2016, 44(1): 48-55.
[7] TAN K T, PENG X Y, SO P L, et al. Centralized control for parallel operation of distributed generation inverters in microgrids[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2012, 3(4): 1977-1987.
[8] XIAO Huagen, LUO An, SHUAI Zhikang, et al. An improved control method for multiple bidirectional power converters in hybrid AC/DC microgrid[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2015, 7(1): 340-347.
[9] 陶以彬, 李官軍, 柯勇, 等. 微電網(wǎng)并/離網(wǎng)故障特性和繼電保護(hù)的配置研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(11): 95-100.
TAO Yibin, LI Guanjun, KE Yong, et al. Research on the fault characteristics and relay configuration of micro-grid in the grid and off-grid mode[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(11): 95-100.
[10] BOROYEVICH D, CVETKOVIC I, DONG D, et al. Future electronic power distribution systems: a contemplative view[C] // 2010 12th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment. Basov, Russia: IEEE, 2010: 1369-1380.
[11] 尹明, 李庚銀, 張建成, 等. 直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組建模及其控制策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2007, 31(15): 61-65.
YIN Ming, LI Gengyin, ZHANG Jiancheng, et al. Modeling and control strategies of directly driven wind turbine with permanent magnet synchronous generator[J].Power System Technology, 2007, 31(15): 61-65.
[12] 高峰, 周孝信, 朱寧輝, 等. 直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模及仿真[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2011, 35(11): 29-34.
GAO Feng, ZHOU Xiaoxin, ZHU Ninghui, et al. Electromechanical transient modeling and simulation of direct-drive wind turbine system with permanent magnet synchronous generator[J]. Power System Technology, 2011, 35(11): 29-34.
[13] 李巖松, 郭世繁, 任國(guó)威, 等. 雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)建模與運(yùn)行分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2013, 41(13): 104-109.
LI Yansong, GUO Shifan, REN Guowei, et al. Modeling and operation simulation of doubly-fed type wind power generation system electromechanical transient model[J]. Power System Protection and Control, 2013, 41(13): 104-109.
[14] 姚致清, 于飛, 趙倩, 等. 基于模塊化多電平換流器的大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)仿真研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2013, 33(36): 27-33.
YAO Zhiqing, YU Fei, ZHAO Qian, et al. Simulation research on large-scale PV grid-connected systems based on MMC[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 33(36): 27-33.
[15] 王成山, 李琰, 彭克. 分布式電源并網(wǎng)逆變器典型控制方法綜述[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2012, 24(2): 12-20.
WANG Chengshan, LI Yan, PENG Ke. Overview of typical control methods for grid-connected inverters of distributed generation[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2012, 24(2): 12-20.
[16] BLOEMINK J M, GREEN T C. Increasing distributed generation penetration using soft normally-open points[C] // 2010 IEEE Power and Energy Society General Meeting, July 25-29, 2010, Minneapolis, MN, USA: 8p.
[17] 王成山, 孫充勃, 李鵬, 等. 基于SNOP的配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化及分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2015, 39(9): 82-87.
WANG Chengshan, SUN Chongbo, LI Peng, et al. SNOP-based operation optimization and analysis of distribution networks[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(9): 82-87.
(編輯 姜新麗)
Real-time simulation of AC and DC distribution network to receive distributed generations
ZHANG Hongjun, WU Yuewen, CHEN Zhuo, HAO Zhenghang
(College of Electrical Engineering, Guizhou University, Guizhou 550025, China)
AC and DC distribution network with multiple distributed generations is an architectural feature of smart distribution grid in the future. Firstly, basic framework of AC and DC distribution network containing two regions is established. Photovoltaic generation system, direct drive turbines, double-fed wind turbine and the energy storage device are connected to the distribution network according to the capacity and characteristics of various distributed generations. Secondly, the mathematical model and several typical control strategies of AC/DC interface converter are analyzed in detail as well. Finally, the real-time simulation experiments of feeder lines balancing, uninterruptable power supply and energy dispatch based on the above AC and DC distribution network are carried out by using the diversity of converter control strategy and operation mode. Simulation results verify the technology advantages of the distribution network system architecture in terms of receiving various distributed generations. This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51467003 and No. 51567005) and Graduate Innovation Fund of Guizhou University (No. 2016062).
distributed generation; distribution network; real-time simulation; control strategy
10.7667/PSPC160226
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51467003,51567005);貴州大學(xué)研究生創(chuàng)新基金(研理工2016062)
2016-01-05
張宏俊(1989-),男,碩士研究生,主要研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)控制技術(shù);吳越文(1993-),男,碩士研究生,主要研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)控制技術(shù);郝正航(1972-),男,通信作者,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電、微電網(wǎng)、柔性直流輸電、電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析與控制。E-mail: haozhenghang@163.com