風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性分析研究*

葉 鵬, 李 山, 何 淼, 王 剛, 韓 月, 孫 峰

(1. 沈陽(yáng)工程學(xué)院 電力學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110136;2. 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧 沈陽(yáng) 110006)

風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性分析研究*

葉 鵬1, 李 山1, 何 淼1, 王 剛2, 韓 月2, 孫 峰2

(1. 沈陽(yáng)工程學(xué)院 電力學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110136;2. 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧 沈陽(yáng) 110006)

從電力系統(tǒng)運(yùn)行的一般原理出發(fā)，開(kāi)展風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)小信號(hào)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的研究，保障局部地區(qū)供電可靠性?；谔卣髦捣治龇ê屠顏喥罩Z夫線性系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)，對(duì)風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了研究。提出風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)儲(chǔ)能單元基于下垂控制模式的儲(chǔ)能逆變器控制策略，并根據(jù)風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)各模塊的控制策略建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；基于特征值分析法進(jìn)行風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)各模塊數(shù)學(xué)模型的小干擾穩(wěn)定性分析，并根據(jù)李亞普諾夫線性系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)進(jìn)行風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷；基于MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)搭建風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)仿真驗(yàn)證了風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，與小干擾穩(wěn)定性分析得出的結(jié)論一致。研究成果可為風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性研究提供理論參考。

風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng);下垂控制;小干擾穩(wěn)定;特征值分析法;李亞普諾夫判據(jù)

0 引 言

隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量不斷增加。然而，受大電網(wǎng)接納能力的限制，風(fēng)電大規(guī)模接入電網(wǎng)過(guò)程中存在“并網(wǎng)難”和“棄風(fēng)”等問(wèn)題，成為制約風(fēng)電發(fā)展的重大難題[1-2]。針對(duì)上述風(fēng)電并網(wǎng)難題，國(guó)內(nèi)外專家提出風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電技術(shù)。隨著儲(chǔ)能裝置成本的降低和技術(shù)的成熟，風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)發(fā)電技術(shù)作為風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電技術(shù)的一種有效形式，能夠?yàn)樾履茉捶稚⒑托∫?guī)模應(yīng)用提供較為靈活的運(yùn)行方式，而逐步受到研究人員的廣泛重視。開(kāi)展風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的研究，不僅有利于促進(jìn)清潔能源技術(shù)及儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，而且對(duì)于解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電問(wèn)題、提高電網(wǎng)運(yùn)行和控制的靈活性有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性研究主要集中在單一的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或者儲(chǔ)能系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性研究，而對(duì)風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性分析的研究較少。文獻(xiàn)[3-6]建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)特征值分析法對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行小干擾穩(wěn)定性分析，得出了影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的若干因素，為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供可借鑒的參考。文獻(xiàn)[7-8]分析了并網(wǎng)運(yùn)行的儲(chǔ)能逆變器的小干擾穩(wěn)定性，得出了影響儲(chǔ)能逆變器并聯(lián)運(yùn)行的主要控制參數(shù)，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了主要控制參數(shù)對(duì)儲(chǔ)能逆變器的小干擾穩(wěn)定性的影響。文獻(xiàn)[9]對(duì)風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和儲(chǔ)能單元組成的混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行小干擾穩(wěn)定性研究，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了混合發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性分析的正確性。在風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)中，開(kāi)展風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性研究是保障局部地區(qū)供電可靠性的關(guān)鍵。

針對(duì)風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題，首先，提出風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)儲(chǔ)能單元基于下垂控制模式的儲(chǔ)能逆變器控制策略，并根據(jù)風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)各模塊的控制策略建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；其次，基于特征值分析法進(jìn)行風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)各模塊數(shù)學(xué)模型的小干擾穩(wěn)定性分析，并根據(jù)李亞普諾夫線性系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)進(jìn)行風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)搭建風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)仿真驗(yàn)證了風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，與小干擾穩(wěn)定性分析得出的結(jié)論一致。

1 風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能單元和負(fù)載組成。與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因省去電刷、滑環(huán)和齒輪箱，從而大大減少系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，提高系統(tǒng)的可靠性[10]。在本文的研究中風(fēng)電機(jī)組采用直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的控制框圖如圖1所示。直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力機(jī)、直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)、機(jī)側(cè)整流器、網(wǎng)側(cè)逆變器和濾波裝置組成；儲(chǔ)能單元主要由蓄電池、DC/DC雙向變流器、儲(chǔ)能逆變器和濾波裝置組成。直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)與儲(chǔ)能單元共同經(jīng)過(guò)交流母線向負(fù)載供電。

圖1 風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的控制框圖

風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)工作過(guò)程如下：風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)中捕獲最大機(jī)械功率，并將產(chǎn)生的機(jī)械功率通過(guò)主軸傳送給發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電經(jīng)過(guò)背靠背變流器控制電路和濾波裝置向負(fù)載供電；而儲(chǔ)能單元通過(guò)采集交流母線側(cè)電壓和電流信號(hào)來(lái)控制儲(chǔ)能逆變器的各橋臂的通斷以達(dá)到抑制因風(fēng)速的突變而導(dǎo)致的風(fēng)電輸出功率的波動(dòng)。同時(shí)，儲(chǔ)能單元還可以作為備用電源，當(dāng)風(fēng)電出力過(guò)大時(shí)，儲(chǔ)能單元可以吸收風(fēng)電發(fā)出的多余功率；當(dāng)風(fēng)電出力過(guò)小時(shí)，儲(chǔ)能單元可以輸送存儲(chǔ)的功率向負(fù)載供電。

2 風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

2. 1 風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型

風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率。風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械功率為：

(1)

式中：ρ——空氣密度；

r——風(fēng)輪機(jī)半徑；

Cpmax——最大風(fēng)能利用系數(shù)；

λopt——最佳葉尖速比；

wg——風(fēng)機(jī)機(jī)械角速度。

風(fēng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tm為

(2)

風(fēng)機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為：

(3)

式中:Te——發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，Te=1.5pφiqs；

p——發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)；

φ——永磁體磁鏈；

iqs——定子電流q軸分量；

TJ——風(fēng)機(jī)系統(tǒng)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

2. 2 永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型

在dq坐標(biāo)系下，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型為

式中：uds、uqs——定子電壓d、q軸分量；

ids、iqs——定子電流d、q軸分量；

φ——永磁體磁鏈；

wg——機(jī)械角速度；

Rs、Ls——定子電阻和電感。

2. 3 發(fā)電機(jī)側(cè)整流器控制數(shù)學(xué)模型

圖2 發(fā)電機(jī)側(cè)整流器控制結(jié)構(gòu)圖

發(fā)電機(jī)側(cè)整流器控制的數(shù)學(xué)模型為：

(6)

式中:x1、x2、x3——中間變量；

kp1、kp2、kp3——3個(gè)PI控制器的比例系數(shù)；

ki1、ki2、ki3——3個(gè)PI控制器的積分系數(shù)；

ids、iqs——定子電流d、q軸分量；

Ls、Rs——定子電感、定子電阻；

wg——風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

uds、uqs——定子電壓d、q軸分量。

2. 4 網(wǎng)側(cè)數(shù)學(xué)模型

網(wǎng)側(cè)逆變器控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。網(wǎng)側(cè)濾波電路主要是濾除諧波。在dq坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)濾波電路數(shù)學(xué)模型為：

(11)

式中：ugd、ugq——網(wǎng)側(cè)逆變器端口輸出電壓的d、q軸分量；

igd、igq——網(wǎng)側(cè)逆變器經(jīng)過(guò)濾波裝置之后輸出電流的d、q軸分量；

Lg、r——網(wǎng)側(cè)濾波電感和電阻；

U0d——交流母線上的電壓的d軸分量；

w——交流母線上電壓對(duì)應(yīng)的角頻率。

網(wǎng)側(cè)逆變器的主要作用是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)調(diào)整或無(wú)功功率控制，提供穩(wěn)定的直流電壓控制，網(wǎng)側(cè)逆變器采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制策略。網(wǎng)側(cè)逆變器控制的數(shù)學(xué)模型為

式中:x4、x5、x6——中間變量；

kp4、kp5、kp6——3個(gè)PI逆變器控制的比例系數(shù)；

ki4、ki5、ki6——3個(gè)PI控制器的積分系數(shù)；

udc——直流側(cè)電容兩端的實(shí)際電壓；

Lg——網(wǎng)側(cè)濾波電感；

w——交流母線上電壓對(duì)應(yīng)的角頻率。

圖3 網(wǎng)側(cè)逆變器控制結(jié)構(gòu)圖

2. 5 直流側(cè)電容數(shù)學(xué)模型

整流器和逆變器之間的直流側(cè)電容的主要作用是實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)之間的能量交換，穩(wěn)定直流側(cè)的電壓并使其具有電壓源特性。直流側(cè)電容數(shù)學(xué)模型為[11]

(17)

式中:ids、iqs——定子電流d、q軸分量；

igd、igq——逆變器經(jīng)過(guò)濾波電感之后輸出電流的d、q軸分量；

C——整流器和逆變器之間的電容；

udc——整流器和逆變器之間的電容兩端的電壓；

uds、uqs——定子電壓d、q軸分量；

ugd、ugq——網(wǎng)側(cè)逆變器端口輸出電壓的d、q軸分量。

2. 6 儲(chǔ)能單元數(shù)學(xué)模型

儲(chǔ)能單元中，雙向儲(chǔ)能逆變器進(jìn)行雙向有功功率交換的控制和交流母線電壓的控制。為簡(jiǎn)化研究本文只對(duì)儲(chǔ)能逆變器的小干擾穩(wěn)定進(jìn)行分析。本文中儲(chǔ)能逆變器采用下垂控制模式。儲(chǔ)能逆變器下垂控制模式的控制框圖如圖4所示。儲(chǔ)能單元中儲(chǔ)能逆變器網(wǎng)側(cè)LC濾波電路在dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：

(18)

圖4 儲(chǔ)能逆變器下垂控制模式控制框圖

式中:U0d、U0q、i0d、i0q——儲(chǔ)能逆變器中經(jīng)LfCf濾波輸出的三相電壓U0abc、三相電流i0abc通過(guò)abc/dq0變換后的得到的電壓和電流的d、q軸分量；

w——交流母線上電壓對(duì)應(yīng)的角頻率；

rf、Lf——電阻和濾波電感；

Cf——濾波電容；

Ud、Uq、id、iq——儲(chǔ)能逆變器輸出的三相電壓Uabc和三相電流iabc通過(guò)abc/dq0變換后的得到的電流的d、q軸分量。

儲(chǔ)能逆變器下垂控制模式的數(shù)學(xué)模型如下：

儲(chǔ)能逆變器輸出瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率的方程為

(20)

瞬時(shí)功率經(jīng)過(guò)一階低通濾波器可以得到平均功率為

(21)

式中:U0d、U0q、i0d、i0q——儲(chǔ)能逆變器中經(jīng)LfCf濾波輸出的三相電壓U0abc、三相電流i0abc通過(guò)abc/dq0變換后的得到的電壓和電流的d、q軸分量；

wc——截止角頻率；

P、Q——平均有功功率、平均無(wú)功功率。

儲(chǔ)能逆變器輸出電壓頻率和幅值的下垂特性方程為

(22)

式中：w0、E0——儲(chǔ)能逆變器輸出的額定角頻率、額定電壓；

mp、nq——有功下垂系數(shù)、無(wú)功下垂系數(shù)；

P、Q——儲(chǔ)能逆變器實(shí)際輸出的平均有功功率、平均無(wú)功功率；

Pref、Qref——儲(chǔ)能逆變器參考有功功率、無(wú)功功率。

儲(chǔ)能逆變器在經(jīng)過(guò)下垂控制之后需經(jīng)過(guò)電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制策略。電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制策略如圖5所示。

圖5 電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制策略

電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制的數(shù)學(xué)模型為

(23)

Ud、Uq——儲(chǔ)能逆變器輸出的三相電壓Uabc通過(guò)abc/dq0變換后的得到的電流的d、q軸分量；

x7、x8、x9、x10——中間變量；

kp7、kp8、kp9、kp10——4個(gè)PI控制器的比例系數(shù)；

ki7、ki8、ki9、ki10——4個(gè)PI控制器的積分系數(shù)；

id、iq——儲(chǔ)能逆變器輸出的三相電流iabc通過(guò)abc/dq0變換后的得到的電流的d、q軸分量；

w——交流母線上電壓對(duì)應(yīng)的角頻率；

Lf——濾波電感，

Cf——濾波電容；

U0d、U0q、i0d、i0q——儲(chǔ)能逆變器中經(jīng)LfCf濾波輸出的三相電壓U0abc、三相電流i0abc通過(guò)abc/dq0變換后的得到的電壓、電流的d、q軸分量。

儲(chǔ)能單元中，儲(chǔ)能電池采用鋁離子電池，儲(chǔ)能電池的充放電模型以及剩余電量(SOC)的表達(dá)式為

式中：Edisc——放電電壓；

Ec——充電電壓；

E0——參考電壓；

K——極化常數(shù)；

Q——蓄電池最大容量；

it——可提取的電能；

i*——低頻參考電流；

i(t)——低頻動(dòng)態(tài)電流；

A——指數(shù)電壓；

B——指數(shù)容量。

3 系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性分析

電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性分析常用的方法主要有：特征值分析法、數(shù)值仿真法、頻域分析法和Prony分析方法。本文采用特征值分析法進(jìn)行風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性分析。小干擾穩(wěn)定性分析的特征值分析法的相關(guān)理論可參考文獻(xiàn)[12]。

對(duì)式(3)～式(30)進(jìn)行小干擾穩(wěn)定線性化分析和化簡(jiǎn)，可得出風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定線性化方程為

式中:wg(0)、uds(0)、ids(0)、uqs(0)、iqs(0)、ugd(0)、igd(0)、w(0)、wc(0)、iod(0)、ioq(0)、Uoq(0)、Uod(0)——相關(guān)變量的穩(wěn)態(tài)值。

則風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定線性化矩陣方程可表示為

(56)

其中：x=[ids,iqs,wg,x1,x2,x3,igd,igq,x4,x5,x6,Udc,P,Q,id,iq,U0d,U0q,x7,x8,x9,x10]T

由式(34)～式(55)可得，風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定線性化矩陣A為

(57)

a19,14=-nq，a19,17=-1，a20,18=-1，a21,13=mpCfU0q,a21,14=-kp7nq，a21,15=-1，a21,17=-kp7，a21,18=-wCf，a21,19=ki7，a22,13=-mpCfU0d，a22,16=-1，a22,17=wCf，a22,18=-kp8，a22,20=ki8；矩陣中其他相關(guān)元素為0。

3. 1 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

根據(jù)李亞普諾夫線性系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)可知：當(dāng)矩陣的特征值全部位于s平面的左半部分，即所有的特征值的實(shí)部均為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)矩陣的特征值有部分或者全部位于s平面的右半部分，即部分或者全部的特征值的實(shí)部為正時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。因此，在進(jìn)行風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的過(guò)程中，可以根據(jù)風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定線性化矩陣的所有特征值在s平面的分布情況來(lái)判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

利用上文建立的風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的小干擾模型，判斷風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)算例的小干擾穩(wěn)定性。某一運(yùn)行狀態(tài)下的風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)算例參數(shù)的選取如表1所示。

將表1中的系統(tǒng)參數(shù)代入式(57)，得到風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定線性化矩陣的特征根在實(shí)軸和虛軸的分布如圖6所示。由圖6可知，風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)算例的小干擾穩(wěn)定線性化矩陣的特征根均分布在s平面的左半部分，由李亞普諾夫線性系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)可知，風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

3. 2 仿真分析

按照?qǐng)D1中的風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的控制框圖進(jìn)行系統(tǒng)仿真模型的搭建。設(shè)額定風(fēng)速為12 m/s，風(fēng)機(jī)輸出額定功率為25 kW，交流母線側(cè)的負(fù)載功率為30 kW，蓄電池荷電狀態(tài)的初始值為80%，其余控制參數(shù)可參考表1。則風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的仿真圖如圖7～圖12所示。

由圖7～圖12可知，交流母線側(cè)的負(fù)載有功功率為30 kW，而風(fēng)電機(jī)組輸出的額定功率為25 kW，在風(fēng)電機(jī)組輸出有功功率不能滿足交流負(fù)載的情況下，為了維持系統(tǒng)的有功功率平衡，蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)自身放電向交流負(fù)載提供5 kW的有功功率。在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程中，交流母線上的三相電壓和頻率均滿足風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)交流負(fù)載的需求。從仿真分析可知風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)算例的參數(shù)選取表

圖6 系統(tǒng)小干擾線性化矩陣特征根分布

圖7 風(fēng)電機(jī)組輸出有功功率

圖8 負(fù)載有功功率

圖9 蓄電池輸出有功功率

圖10 交流母線側(cè)三相電壓

圖11 蓄電池荷電狀態(tài)

圖12 交流母線側(cè)頻率

4 結(jié) 語(yǔ)

基于特征值分析法和李亞普諾夫線性系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)，本文對(duì)風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題展開(kāi)了深入的研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：

(1) 提出了風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)各模塊的控制策略，其中儲(chǔ)能單元采用基于下垂控制模式的儲(chǔ)能逆變器控制，根據(jù)各模塊的控制策略建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；基于特征值分析法進(jìn)行風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)各模塊數(shù)學(xué)模型的小干擾穩(wěn)定線性化分析，并根據(jù)李亞普諾夫線性系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)完成風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的判斷。

(2) 在完成風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的判斷之后，基于MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)搭建風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型，并進(jìn)行風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的仿真分析。仿真分析驗(yàn)證了風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，與小干擾穩(wěn)定性分析得出的結(jié)論一致。仿真結(jié)果從側(cè)面驗(yàn)證了基于特征值分析法和李亞普諾夫線性系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)在分析風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題上的有效性。本文的研究成果可為風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題的進(jìn)一步研究提供理論參考。

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ResearchonSmallDisturbanceStabilityofWindStorageIsolatedNetworkSystem*

YEPeng1,LIShan1,HEMiao1,WANGGang2,HANYue2,SUNFeng2

(1. School of Electric Power, Shenyang Institute of Engineering, Shenyang 110136, China;2. State Grid Liaoning Electric Power Research Institute, Shenyang 110006, China)

Based on the general principle of power system operation, the study of the small signal stability and dynamic stability of the wind storage isolated network system was the key to ensure the reliability of power supply in some areas. Based on the eigenvalue analysis method and the Lyapunov stability criterion of linear system, the problem of small disturbance stability of the wind storage isolated network system was studied. The energy storage inverter control strategy based on droop control mode is proposed, and the corresponding mathematical model was established according to the control strategy of each module of the wind storage isolated network system. Small disturbance stability of mathematical model of each module of the wind storage isolated network system was analysed based on eigenvalue analysis, and the stability judgment of the wind storage isolated network system was determined according to the Lyapunov stability criterion of linear system. Based on the MATLAB/Simulink simulation platform, the simulation model of the wind storage isolated network system was established, and the simulation results showed that the system could achieve stable operation, which was consistent with the small disturbance stability analysis. The research results could provided theoretical reference for the study of the stability of wind storage isolated network system.

windstorageisolatednetworksystem;droopcontrol;smallsignalstability;eigenvalueanalysis;lyapunovcriteria

遼寧省教育廳項(xiàng)目(L2015376); 遼寧省自然科學(xué)基金指導(dǎo)計(jì)劃(201602534)

葉 鵬(1974—)，男，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與控制，新能源發(fā)電及特高壓交直流輸電技術(shù)等。

李 山(1989—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與控制、新能源發(fā)電技術(shù)。

TM 315

A

1673-6540(2017)12- 0084- 10

2017 -05 -03

引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 報(bào)道經(jīng)典實(shí)用案例 反映行業(yè)最新動(dòng)態(tài)