適用于多能協(xié)同運(yùn)行的MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

陸晶晶 ，賀之淵 ，趙成勇 ，楊 杰 ，吳亞楠

（1.全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，北京 102200；2.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；3.先進(jìn)輸電技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102200；4.直流電網(wǎng)技術(shù)與仿真北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102200）

0 引言

分布式能源的有效利用、對(duì)本地負(fù)荷的可靠?jī)?yōu)質(zhì)供電以及微網(wǎng)與主網(wǎng)之間的功率調(diào)配是微網(wǎng)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題［1-4］，而基于電力電子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)是解決上述問(wèn)題的核心技術(shù)［5-10］。針對(duì)微網(wǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題，文獻(xiàn)［5］提出了在微網(wǎng)交流母線和配網(wǎng)公共連接點(diǎn)之間并入有源電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，以保持公共連接點(diǎn)電流的波形質(zhì)量及平衡三相電壓；文獻(xiàn)［7］提出了利用光伏并網(wǎng)逆變器來(lái)抑制電能質(zhì)量問(wèn)題；針對(duì)微網(wǎng)與主網(wǎng)之間的功率交換問(wèn)題，文獻(xiàn)［8］則提出了在微網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)處串聯(lián)電能質(zhì)量控制器，以實(shí)現(xiàn)潮流可調(diào)、限制過(guò)電壓和過(guò)電流、軟起動(dòng)等功能。目前，很少有文獻(xiàn)針對(duì)上述2個(gè)問(wèn)題進(jìn)行綜合的研究。模塊化多電平換流器型統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（MMC-UPQC）對(duì)于電能質(zhì)量問(wèn)題具有較強(qiáng)的綜合治理能力［11-12］。由于背靠背的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其在功率可控傳輸及分布式能源并網(wǎng)等方面也具有巨大的應(yīng)用潛力。與單一的分布式并網(wǎng)逆變器或者電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置相比，MMC-UPQC具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本相對(duì)較低以及控制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［13］。因此，本文基于MMC-UPQC的結(jié)構(gòu)及功能在多能互補(bǔ)微網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行拓展，提出一種全新的MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過(guò)三端背靠背的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)多種能源發(fā)電的綜合利用，初步探索以直流電網(wǎng)解決區(qū)域性新能源消納及儲(chǔ)能并網(wǎng)的新形式。

本文首先介紹MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其在微網(wǎng)中的運(yùn)行模式，然后提出相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制策略以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)中電能質(zhì)量綜合治理兼顧微網(wǎng)與主網(wǎng)之間功率可控調(diào)節(jié)的一體化功能，確保關(guān)鍵性負(fù)荷的可靠供電，最后通過(guò)PSCAD／EMTDC仿真驗(yàn)證MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)多功能控制的可行性和有效性。

1 三端電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及連接方式

如圖1所示，三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)由主網(wǎng)變換器、微網(wǎng)并聯(lián)變換器、微網(wǎng)串聯(lián)變換器、串聯(lián)耦合變壓器和輔助開(kāi)關(guān)組成，3個(gè)MMC結(jié)構(gòu)換流器通過(guò)公共直流母線相連。與MMC-UPQC相比，為了實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)與微網(wǎng)之間的連接，圖1中增加了一個(gè)基于MMC的AC／DC變換器——主網(wǎng)變換器，與微網(wǎng)并聯(lián)變換器構(gòu)成背靠背的主網(wǎng)與微網(wǎng)之間的連接系統(tǒng)。這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)在于，主網(wǎng)與微網(wǎng)之間可以實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功功率可控的雙向流動(dòng)：當(dāng)微網(wǎng)電源容量不足時(shí)，主網(wǎng)可以通過(guò)微網(wǎng)并聯(lián)變換器為微網(wǎng)提供一定的有功和無(wú)功功率；當(dāng)微網(wǎng)電源容量充足且有冗余時(shí)，可以通過(guò)主網(wǎng)變換器的功率控制向上層配網(wǎng)反送功率。另外，主網(wǎng)與微網(wǎng)之間的背靠背連接方式使得主網(wǎng)的故障、諧波等問(wèn)題對(duì)微網(wǎng)的影響大幅降低，同時(shí)又可以通過(guò)微網(wǎng)并聯(lián)變換器的控制補(bǔ)償微網(wǎng)中非線性不平衡負(fù)荷的諧波、負(fù)序和無(wú)功電流，從而減小其對(duì)微網(wǎng)尤其是關(guān)鍵性負(fù)荷的影響。光伏或儲(chǔ)能系統(tǒng)可以接入MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的直流側(cè)，既可以支撐直流側(cè)的電壓，又可以通過(guò)微網(wǎng)并聯(lián)變換器與微網(wǎng)進(jìn)行功率交換。MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的微網(wǎng)串聯(lián)變換器串接于關(guān)鍵性負(fù)荷的饋線中，用于保證當(dāng)微網(wǎng)中出現(xiàn)故障導(dǎo)致母線電壓降低時(shí)，關(guān)鍵性負(fù)荷仍能夠得到充足的電壓支撐，提高供電可靠性。

圖1 MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及接線方式示意圖Fig.1 Schematic diagram of constitution and connection of MMC-based active three-terminal power conditioner

2 三端電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行模式

本文將MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行模式分為并網(wǎng)運(yùn)行和離網(wǎng)運(yùn)行2種，考慮直流側(cè)接入儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行模式進(jìn)行如下具體分析。

2.1 并網(wǎng)運(yùn)行模式

根據(jù)有功功率的流向，在并網(wǎng)運(yùn)行模式下，MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括以下運(yùn)行方式。

a.方式1：當(dāng)微網(wǎng)中的微源容量不足導(dǎo)致微網(wǎng)自身無(wú)法充足供電時(shí)，負(fù)荷的額外需求由主網(wǎng)和直流側(cè)并入的儲(chǔ)能系統(tǒng)共同承擔(dān)。一方面，主網(wǎng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)微網(wǎng)并聯(lián)變換器為微網(wǎng)提供適當(dāng)?shù)挠泄β?；另一方面，?dāng)非線性不平衡負(fù)荷產(chǎn)生一定的諧波、負(fù)序和無(wú)功電流時(shí)，微網(wǎng)并聯(lián)變換器可以產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流對(duì)電流質(zhì)量進(jìn)行治理，以保證微網(wǎng)內(nèi)關(guān)鍵性負(fù)荷的優(yōu)質(zhì)供電。有功功率流動(dòng)方向如圖2（a）所示。

b.方式2：當(dāng)微網(wǎng)中的微源容量充足且有富余功率時(shí)，一方面，微網(wǎng)中的富余功率通過(guò)微網(wǎng)并聯(lián)換流器和主網(wǎng)換流器送入主網(wǎng)；另一方面，微網(wǎng)并聯(lián)換流器又可以通過(guò)微網(wǎng)并聯(lián)換流器給儲(chǔ)能系統(tǒng)充電。此時(shí)，微網(wǎng)并聯(lián)變換器同樣可以對(duì)非線性不平衡負(fù)荷產(chǎn)生的諧波、負(fù)序和無(wú)功電流進(jìn)行補(bǔ)償。有功功率流動(dòng)方向如圖2（b）所示。

在上述2種運(yùn)行方式下，串接于關(guān)鍵性負(fù)荷所在線路的微網(wǎng)串聯(lián)變換器可以在微網(wǎng)公共母線出現(xiàn)電壓暫降時(shí)保證關(guān)鍵性負(fù)荷的電壓在允許范圍內(nèi)。此外，當(dāng)主網(wǎng)發(fā)生短路等故障引起電網(wǎng)電壓暫降時(shí)，由于主網(wǎng)與微網(wǎng)之間通過(guò)變換器及直流隔離，加之直流電壓有儲(chǔ)能支撐，能夠起到緩沖作用，有效降低主網(wǎng)對(duì)微網(wǎng)的影響。

2.2 離網(wǎng)運(yùn)行模式

在離網(wǎng)運(yùn)行模式下，用于連接主網(wǎng)與微網(wǎng)的主網(wǎng)變換器閉鎖停止運(yùn)行，根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)仍然可以分為2種運(yùn)行方式。

a.方式1：在儲(chǔ)能系統(tǒng)投入運(yùn)行情況下，若儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量充足，儲(chǔ)能系統(tǒng)既可以維持直流側(cè)電壓，又可以通過(guò)微網(wǎng)并聯(lián)變換器為微網(wǎng)提供適當(dāng)?shù)挠泄β剩划?dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量不足時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)僅用于維持直流側(cè)電壓，而此時(shí)，若微網(wǎng)中的微源容量充足且有富余功率，微網(wǎng)中的富余功率可以通過(guò)微網(wǎng)并聯(lián)變換器為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電。在2種情況下，微網(wǎng)并聯(lián)變換器均可以對(duì)非線性不平衡負(fù)荷產(chǎn)生的諧波、負(fù)序和無(wú)功電流進(jìn)行補(bǔ)償，微網(wǎng)串聯(lián)變換器也繼續(xù)維持關(guān)鍵性負(fù)荷所在線路的母線電壓。有功功率流動(dòng)方向如圖 3（a）所示。

圖2 MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行模式Fig.2 Grid-connecting modes of MMC-based active three-terminal power conditioner

b.方式2：當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)退出運(yùn)行時(shí)，MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)退化為僅用于電能質(zhì)量綜合治理的MMC-UPQC，而不再承擔(dān)功率柔性輸送的功能。微網(wǎng)并聯(lián)變換器一方面從微網(wǎng)中吸收一定的有功功率來(lái)維持MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的直流電壓；另一方面對(duì)非線性不平衡負(fù)荷產(chǎn)生的諧波、負(fù)序和無(wú)功電流進(jìn)行補(bǔ)償。微網(wǎng)串聯(lián)變換器同樣繼續(xù)維持關(guān)鍵性負(fù)荷所在線路的母線電壓。有功功率流動(dòng)方向如圖3（b）所示。

3 三端電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制策略

本文中，為實(shí)現(xiàn)MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)在微網(wǎng)功率傳輸以及電能質(zhì)量治理方面的綜合作用，采用分層控制策略。上層控制系統(tǒng)一方面負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，從而確定主網(wǎng)與微網(wǎng)之間的通斷，另一方面監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能狀態(tài)，從而確定下層控制系統(tǒng)的控制策略；下層各控制器的控制系統(tǒng)在接收上層指令后采取相應(yīng)的控制策略。下層控制中，主網(wǎng)變換器與微網(wǎng)并聯(lián)變換器采用dq解耦控制，微網(wǎng)串聯(lián)變換器采用三相分相控制。微網(wǎng)串聯(lián)變換器的電壓暫降補(bǔ)償功能與文獻(xiàn)［11］相同，本文不再贅述，重點(diǎn)介紹主網(wǎng)變換器與微網(wǎng)并聯(lián)變換器的控制策略。

3.1 主網(wǎng)變換器控制策略

圖4給出了主網(wǎng)變換器的控制策略。圖中，usa、usb、usc為主網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)三相電壓；ua、ub、uc為變換器出口側(cè)三相電壓 ；u1d、u1q分別為 ua、ub、uc經(jīng) 過(guò) abc／dq坐標(biāo)變換之后的d、q軸分量；ud、uq為變換器控制系統(tǒng) 輸 出 的 電 壓 參 考 值 ；ucaref、ucbref、uccref為 ud、uq經(jīng) 過(guò)dq／abc 坐標(biāo)變換之后的三相電壓參考值；ipa、ipb、ipc為流向變換器的三相電流；id、iq分別為 ipa、ipb、ipc經(jīng)過(guò)abc／dq 坐標(biāo)變換之后的 d、q 軸分量；i1dref、i1qref分別為控制器外環(huán)輸入的電流 d、q軸分量；Udc_ref、Udc分別為直流電壓參考值和直流電壓；θ為鎖相環(huán)（PLL）得到的系統(tǒng)參考相位角；Lreq為變換器等效電感。在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行條件下，為了保證電網(wǎng)與微網(wǎng)之間有功功率的雙向互動(dòng)，主網(wǎng)變換器在d軸上采用定直流電壓控制：當(dāng)微網(wǎng)側(cè)從主網(wǎng)中汲取有功功率時(shí)，直流側(cè)的電壓會(huì)下降，此時(shí)通過(guò)主網(wǎng)側(cè)增加有功功率的方式來(lái)保證直流電壓的穩(wěn)定；當(dāng)微網(wǎng)側(cè)有多余的功率送往主網(wǎng)時(shí)，直流電壓會(huì)升高，此時(shí)通過(guò)從主網(wǎng)變換器中汲取適當(dāng)?shù)挠泄β蕦⒅绷麟妷航档偷街付ㄖ?。而為了減小主網(wǎng)側(cè)變換器對(duì)主系統(tǒng)的無(wú)功功率需求，在q軸上采用零無(wú)功電流控制方式。

圖3 MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)離網(wǎng)運(yùn)行模式Fig.3 Islanding modes of MMC-based active three-terminal power conditioner

圖4 主網(wǎng)變換器控制策略Fig.4 Control strategy of grid converter

此外，在并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，主網(wǎng)變換器閉鎖，微網(wǎng)轉(zhuǎn)入離網(wǎng)運(yùn)行模式。此時(shí)MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)直流側(cè)電壓的穩(wěn)定控制由接入直流側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)或由微網(wǎng)并聯(lián)變換器提供，直流電壓基本保持恒定，從而起到對(duì)功率波動(dòng)的緩沖作用，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)之間的平滑切換，主網(wǎng)變換器在微網(wǎng)離網(wǎng)模式下退出運(yùn)行。

3.2 微網(wǎng)并聯(lián)變換器控制策略

圖5給出了微網(wǎng)并聯(lián)變換器的控制策略。圖中，Pmro_ref為微源向并聯(lián)變換器以及非線性不平衡負(fù)荷輸送的有功功率；i1a、i1b、i1c為非線性及線性不平衡支路的三相電流；iˉ1d、iˉ1q分別為 i1a、i1b、i1c經(jīng)過(guò) abc／dq坐標(biāo)變換和低通濾波之后的d、q軸分量。除了與MMC-UPQC并聯(lián)側(cè)相同的非線性不平衡負(fù)荷的諧波、負(fù)序和無(wú)功電流補(bǔ)償控制以外，在d軸的有功功率控制部分又包含2種選擇性的控制模式，即定電壓控制和定有功控制。上層控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)蓄電池直流電壓判斷直流側(cè)儲(chǔ)能是否能提供足夠的電壓支撐，并由微網(wǎng)并聯(lián)變換器接收并執(zhí)行相應(yīng)的控制指令。如圖5所示，K與Kˉ為控制通道切換指令信號(hào)，當(dāng)上層控制系統(tǒng)檢測(cè)微網(wǎng)處于并網(wǎng)或離網(wǎng)但判斷儲(chǔ)能充足時(shí)，令K置0，置1，微網(wǎng)并聯(lián)變換器在d軸采用定功率控制，其控制對(duì)象為微網(wǎng)送至并聯(lián)變換器以及非線性不平衡負(fù)荷的有功功率；當(dāng)上層系統(tǒng)檢測(cè)到微網(wǎng)處于離網(wǎng)且判斷儲(chǔ)能不足時(shí)，令K置1，Kˉ置0，微網(wǎng)并網(wǎng)變換器的d軸切換至直流電壓控制，通過(guò)從微網(wǎng)側(cè)吸收一定的有功功率來(lái)維持MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的直流側(cè)電壓，從而保證其具有并聯(lián)側(cè)電能質(zhì)量綜合治理和串聯(lián)側(cè)支撐關(guān)鍵性負(fù)荷電壓的功能。

圖5 微網(wǎng)并聯(lián)變換器控制策略Fig.5 Control strategy of microgird shunt converter

4 仿真分析

為了對(duì)上文提出的MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行模式和控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證，以圖1所示微網(wǎng)系統(tǒng)為例，在PSCAD／EMTDC環(huán)境下搭建了仿真模型。微網(wǎng)中包含采用下垂控制的太陽(yáng)能電池、風(fēng)機(jī)、蓄電池組及其并網(wǎng)變換器、關(guān)鍵性負(fù)荷以及具有非線性、不平衡和無(wú)功需求特性的負(fù)荷。MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的三端變換器均采用MMC結(jié)構(gòu)，且直流側(cè)并聯(lián)有儲(chǔ)能系統(tǒng)。下述仿真中的功率方向以圖1所示的方向?yàn)閰⒖肌?/p>

4.1 并網(wǎng)運(yùn)行模式下控制策略的仿真驗(yàn)證

在并網(wǎng)運(yùn)行模式下，設(shè)定初始運(yùn)行時(shí)微源向微網(wǎng)并聯(lián)變換器以及非線性不平衡負(fù)荷輸送的有功功率為Pmro_ref=0.1 MW；在1.5 s時(shí)，改變有功功率方向，Pmro_ref=-0.04 MW，如圖6所示。

由圖6可以看出，在1.5 s以前，微源向并聯(lián)變換器和非線性不平衡負(fù)荷輸送的有功功率為0.1 MW，而由于微網(wǎng)并聯(lián)變換器的無(wú)功補(bǔ)償功能（如圖7所示），微源不對(duì)非線性不平衡負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，也不向微網(wǎng)并聯(lián)變換器提供無(wú)功功率；1.5 s時(shí)，有功功率跟蹤參考值Pmro_ref的變化，由0.1 MW轉(zhuǎn)變?yōu)?0.04 MW，即微網(wǎng)并聯(lián)變換器為微網(wǎng)關(guān)鍵性負(fù)荷提供0.04 MW的有功功率。此時(shí)，微源根據(jù)下垂控制特性做出相應(yīng)的輸出有功功率減小，而由于無(wú)功功率沒(méi)有發(fā)生變動(dòng)，各微源輸出的無(wú)功功率保持不變（如圖8所示）。微源在并網(wǎng)模式下的下垂控制方法參考文獻(xiàn)［14］，此處不再贅述。

圖6 微源向并聯(lián)變換器和非線性不平衡負(fù)荷輸送的功率Fig.6 Powers transmitted from micro-sources to shunt converter and nonlinear unbalanced loads

圖7 并聯(lián)變換器向微網(wǎng)輸送的功率Fig.7 Powers transmitted from shunt converter to microgrid

圖8 微源輸出的功率Fig.8 Output powers of micro-sources

為了驗(yàn)證在主網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，微網(wǎng)也能夠保證對(duì)負(fù)荷的持續(xù)供電，仿真設(shè)置了在2 s時(shí)主網(wǎng)系統(tǒng)高壓側(cè)發(fā)生三相經(jīng)電阻短路接地故障，使得主網(wǎng)的系統(tǒng)電壓發(fā)生暫降，如圖9所示。在此期間，微網(wǎng)主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的直流側(cè)電壓發(fā)生了較小的波動(dòng)，但由于直流側(cè)有儲(chǔ)能系統(tǒng)的支撐，直流電壓很快恢復(fù)恒定，如圖10所示，從而避免了因主網(wǎng)故障對(duì)微網(wǎng)造成的不利影響。

圖9 主網(wǎng)高壓側(cè)三相電壓Fig.9 Three-phase voltages of grid HV-side

4.2 離網(wǎng)運(yùn)行模式下控制策略的仿真驗(yàn)證

圖10 三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)公共直流母線電壓Fig.10 Common DC voltage of active three-terminal power conditioner

設(shè)定微網(wǎng)初始狀態(tài)為并網(wǎng)運(yùn)行，Pmro_ref=-0.04 MW；在1 s時(shí)，閉鎖主網(wǎng)變換器，微網(wǎng)由并網(wǎng)運(yùn)行轉(zhuǎn)為離網(wǎng)運(yùn)行；在1.5 s時(shí)，改變功率為Pmro_ref=0.1 MW。

圖11給出了主網(wǎng)送入微網(wǎng)的有功和無(wú)功功率曲線?？梢钥闯?，1 s時(shí)MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主網(wǎng)變換器閉鎖，有功功率開(kāi)始下降，并最終降為0。由圖12的直流側(cè)電壓曲線可以看出，在閉鎖期間，直流側(cè)電壓略微下降，但在儲(chǔ)能系統(tǒng)的支持下，直流電壓仍然保持穩(wěn)定，儲(chǔ)能系統(tǒng)承擔(dān)微網(wǎng)并聯(lián)變換器向微網(wǎng)輸送的有功功率。

圖11 主網(wǎng)送入微網(wǎng)的功率Fig.11 Powers transmitted from grid to microgrid

圖12 三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)公共直流母線電壓Fig.12 Common DC voltage of active three-terminal power conditioner

圖13給出了直流側(cè)有儲(chǔ)能系統(tǒng)支撐的微網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行模式下，微網(wǎng)并聯(lián)變換器的補(bǔ)償效果（從上至下分別為微網(wǎng)母線電壓以及微網(wǎng)并聯(lián)變換器的補(bǔ)償前和補(bǔ)償后電流）?？梢钥闯觯陔x網(wǎng)運(yùn)行模式下，微網(wǎng)并聯(lián)變換器的電流補(bǔ)償效果仍然較好。

圖13 電流質(zhì)量補(bǔ)償效果Fig.13 Effect of current quality compensation

圖14—16分別給出了微源輸送至微網(wǎng)并聯(lián)變換器和非線性負(fù)荷的功率、微網(wǎng)并聯(lián)變換器提供給關(guān)鍵性負(fù)荷的功率以及各微源的輸出功率曲線?？梢钥闯?，在微網(wǎng)從并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)的過(guò)程中，由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的支持，微網(wǎng)中的功率基本沒(méi)有波動(dòng)；在1.5 s時(shí)，有功功率跟蹤參考值Pmro_ref的變化，由-0.04 MW轉(zhuǎn)變?yōu)?.1 MW，即微源向微網(wǎng)并聯(lián)變換器和非線性不平衡負(fù)荷提供0.1 MW的有功功率，此時(shí)各微源按照下垂特性改變輸出功率（如圖15所示），直流電壓由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的支持波動(dòng)較小（如圖12所示）。

圖14 微源向并聯(lián)變換器和非線性不平衡負(fù)荷輸送的功率Fig.14 Powers transmitted from micro-sources to shunt converter and nonlinear unbalanced loads

圖15 并聯(lián)變換器向微網(wǎng)輸送的功率Fig.15 Powers transmitted from shunt converter to microgrid

圖16 微源輸出的功率Fig.16 Output powers of micro-sources

圖17給出了直流側(cè)有儲(chǔ)能系統(tǒng)支撐的離網(wǎng)運(yùn)行情況下，微網(wǎng)母線在1 s發(fā)生三相經(jīng)電阻短路接地故障時(shí)微網(wǎng)母線電壓（曲線1）、關(guān)鍵性負(fù)荷側(cè)電壓（曲線2）以及微網(wǎng)串聯(lián)變換器的暫降補(bǔ)償電壓（曲線3）波形。可以看出，在故障期間微網(wǎng)串聯(lián)變換器仍然能夠?qū)﹃P(guān)鍵性負(fù)荷起到較好的電壓支撐作用。

圖17 電壓暫降補(bǔ)償效果Fig.17 Effect of voltage sag compensation

5 結(jié)論

本文基于MMC-UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出了一種MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，介紹并討論了其在多能互補(bǔ)微網(wǎng)中的接線方式、運(yùn)行模式和控制策略。在PSCAD／EMTDC仿真系統(tǒng)中搭建了含有MMC型三端主動(dòng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的微網(wǎng)模型，仿真驗(yàn)證了所提出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：

a.能夠有效地實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)與主網(wǎng)之間的功率傳輸，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)與離網(wǎng)2種模式的切換，且能夠有效減小主網(wǎng)對(duì)微網(wǎng)可能造成的影響；

b.能夠通過(guò)微網(wǎng)串、并聯(lián)變換器配合實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓暫降、暫升的補(bǔ)償以及電能質(zhì)量的綜合治理功能；

c.能夠根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行需求實(shí)現(xiàn)功率傳輸與電能質(zhì)量綜合治理一體化功能，提高了裝置應(yīng)用靈活性及利用效率。

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