基于儲能型柔性多狀態(tài)開關(guān)的直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)柔性互聯(lián)策略

楊萬里，涂春鳴，蘭 征，2，肖 凡，郭 祺，王 鑫

（1. 湖南大學(xué) 國家電能變換與控制工程研究中心，湖南 長沙410082；2. 湖南工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 株洲412007）

0 引言

隨著光伏、風(fēng)電等間歇性分布式電源的高滲透率接入和電動汽車等多元負荷的廣泛應(yīng)用，配電網(wǎng)的經(jīng)濟、可靠運行正面臨新的挑戰(zhàn)［1］，實現(xiàn)配電網(wǎng)柔性互聯(lián)已經(jīng)成為配電網(wǎng)未來發(fā)展的必然趨勢［2-3］。

柔性多狀態(tài)開關(guān)（FMSS）作為一種新型電力電子裝備，具有調(diào)控方式靈活、調(diào)控速度快等諸多優(yōu)勢［4］，能夠滿足多場景應(yīng)用需求（如分布式電源和多元負荷的廣泛接入等），被視為配電網(wǎng)柔性互聯(lián)的關(guān)鍵配電裝備。由于直流型分布式電源和負荷的日益增多，將直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)進行互聯(lián)形成交直流混合電網(wǎng)的優(yōu)勢逐漸突顯，其不僅可為交流配電網(wǎng)提供功率支撐，還能省去大量交直流變換環(huán)節(jié)，降低系統(tǒng)運行成本和功率損耗，提高配電網(wǎng)整體運行的經(jīng)濟性和可靠性［5］。從當前FMSS 拓撲研究而言，背靠背拓撲型FMSS 作為一種典型拓撲受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注［6-7］，其共直流母線結(jié)構(gòu)便于直流型分布式電源和負荷的靈活接入，是一種實現(xiàn)直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)互聯(lián)的理想方式，非常適用于新能源產(chǎn)業(yè)園區(qū)、產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)等中低壓交直流混合電網(wǎng)互聯(lián)的應(yīng)用場景。

當前，國內(nèi)外學(xué)者對FMSS 的控制策略展開了大量研究。文獻［8］提出一種饋線故障下的FMSS平滑切換策略；文獻［9］提出一種基于三端口FMSS抑制饋線電壓波動的局部控制策略；文獻［10］提出一種實現(xiàn)功率和電能質(zhì)量調(diào)控的FMSS 多端口協(xié)調(diào)控制策略。文獻［8-10］所提控制策略雖然通過FMSS較好地實現(xiàn)不同的應(yīng)用需求，但該策略需要在并／離網(wǎng)切換時切換控制策略，增加了控制的復(fù)雜性。為此，文獻［11］提出了一種FMSS 的改進型下垂控制，但其下垂系數(shù)易受電網(wǎng)功率波動影響，文獻［12］提出了一種FMSS 的下垂控制，較好地實現(xiàn)了饋線負荷均衡。雖然上述文獻所提FMSS 控制策略都取得了一定的控制效果，但大多屬于“剛性”的變流控制策略，系統(tǒng)慣性和阻尼不足，缺乏與交流配電網(wǎng)融合的柔性互聯(lián)機制，難以實現(xiàn)直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)的柔性互聯(lián)。

為提升交流變換器的慣性和阻尼，文獻［13］提出了使并網(wǎng)逆變器全面模擬同步發(fā)電機慣性和阻尼特性的虛擬同步發(fā)電機技術(shù)，經(jīng)過多年發(fā)展，目前虛擬同步發(fā)電機技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光伏、風(fēng)機等并網(wǎng)變換器控制［14-15］，但大多針對單個變換器控制；文獻［16］提出基于虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的固態(tài)變壓器控制，但其應(yīng)用場景及運行模式難以適用于FMSS。此外，借鑒虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的研究思路，為使直流變換器具備慣性和阻尼，虛擬直流電機控制技術(shù)也應(yīng)運而生［17］，文獻［18-19］分別提出了基于虛擬直流電機的直流微電網(wǎng)變換器控制和風(fēng)儲直流微電網(wǎng)控制，增強了直流電壓的穩(wěn)定性，但其與虛擬同步發(fā)電機技術(shù)融合控制的文獻較少。必要的能量支撐是FMSS 具備慣性和阻尼特性的前提和基礎(chǔ)［20］，文獻［21］指出儲能型FMSS（E-FMSS）較FMSS 在調(diào)控靈活性、抗擾能力、調(diào)度控制能力等方面更具優(yōu)勢。因此，將虛擬電機技術(shù)應(yīng)用于E-FMSS進行直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)的柔性互聯(lián)將更具優(yōu)越性和現(xiàn)實可行性。

本文提出一種基于E-FMSS 的直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)柔性互聯(lián)策略，交直流端口統(tǒng)一采用虛擬電機控制，通過模擬電機的慣性和阻尼特性，使得E-FMSS交直流端口呈現(xiàn)柔性特性，同時針對饋線負荷不均衡問題提出一種考慮直流微電網(wǎng)功率交互的負荷均衡策略。所提策略降低了直流微電網(wǎng)功率波動對交流配電網(wǎng)的沖擊，增強了直流母線電壓的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了饋線負荷均衡和多模式及模式間切換運行，且能主動調(diào)節(jié)端口的有功和無功功率，響應(yīng)交流配電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)壓。仿真結(jié)果驗證了所提柔性互聯(lián)方法的正確性和有效性，為FMSS 的運行控制及直流微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)的研究提供了一種新的應(yīng)用場景和研究思路。

1 E-FMSS拓撲結(jié)構(gòu)及運行模式

1.1 E-FMSS拓撲結(jié)構(gòu)

圖1 為基于E-FMSS 的直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)柔性互聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)。圖中，C為直流電容；Udc為E-FMSS 直流端口電壓。E-FMSS 交流端口分別通過變壓器T1、T2接入2 個交流配電網(wǎng)饋線末端，直流微電網(wǎng)接入通過直流母線E-FMSS 直流端口，光伏、風(fēng)機等分布式電源通過DC／DC 變換器接入直流母線，同時直流母線通過DC／DC 變換器可為不同電壓等級的直流負荷供電。

圖1 基于E-FMSS的直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)柔性互聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)Fig.1 Topology structure of flexible interconnection between DC microgrid and AC distribution grid based on E-FMSS

E-FMSS 由背靠背變換器、儲能雙向變換器通過公共直流母線級聯(lián)組成，具體拓撲見附錄A 圖A1。儲能單元極大改善了FMSS 的運行慣性，增強了FMSS 對暫態(tài)擾動及復(fù)雜運行工況的適應(yīng)性和調(diào)控靈活性。通過E-FMSS 進行直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)的柔性互聯(lián)，有利于更好地實現(xiàn)分布式電源消納，提升配電系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、供電可靠性和靈活性。

1.2 E-FMSS運行模式

實際運行中要求直流微電網(wǎng)既能夠與交流配電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行，又能夠以孤島模式運行。根據(jù)直流微電網(wǎng)的運行方式與交流配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，當直流微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行時，通過E-FMSS與交流配電網(wǎng)柔性互聯(lián)可進行潮流雙向傳輸；當直流微電網(wǎng)孤島運行時，直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)無潮流交互。為此，本文將E-FMSS的運行模式分為饋線柔性互聯(lián)模式、負荷轉(zhuǎn)供模式與自治模式3種。

饋線柔性互聯(lián)模式下，直流微電網(wǎng)通過E-FMSS與2 個交流配電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行，E-FMSS 通過檢測交直流電網(wǎng)運行狀態(tài)，在其容量范圍內(nèi)控制功率在交直流電網(wǎng)間雙向傳輸，儲能單元維持直流母線電壓穩(wěn)定，各單元功率傳輸情況見附錄A 圖A2（a）。當直流微電網(wǎng)出現(xiàn)功率缺額時，E-FMSS為其提供缺額功率，維持直流微電網(wǎng)功率平衡；當直流微電網(wǎng)出現(xiàn)功率盈余時，自由或響應(yīng)調(diào)度指令為交流配電網(wǎng)提供功率支撐，使E-FMSS 參與交流配電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)壓、饋線負荷均衡及分布式電源消納。

負荷轉(zhuǎn)供模式下，某一交流配電網(wǎng)發(fā)生故障，直流微電網(wǎng)調(diào)度運行，將其看作虛擬電廠，E-FMSS 響應(yīng)上級調(diào)度指令并在其容量范圍內(nèi)調(diào)控功率維持故障饋線負荷的不間斷供電，各單元功率傳輸情況見附錄A 圖A2（b）。上級調(diào)度策略需要統(tǒng)籌考慮故障與非故障饋線負載狀態(tài)、直流微電網(wǎng)運行狀態(tài)及其功率盈或缺額情況，本文僅討論E-FMSS在該模式下的響應(yīng)控制策略。

自治模式下，交直流電網(wǎng)同時發(fā)生故障，線路保護動作隔離交直流電網(wǎng)故障，E-FMSS響應(yīng)調(diào)度指令由儲能為重要饋線負荷提供短時應(yīng)急供電，各單元功率傳輸情況見附錄A 圖A2（c）。供電時間及供電能力需要考慮儲能容量配置，本文僅討論E-FMSS在該模式下的響應(yīng)控制策略。

2 柔性互聯(lián)策略

為通過本文所提E-FMSS 實現(xiàn)直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)的柔性互聯(lián)，分別使其交流端口和直流端口表現(xiàn)為同步電機和直流電機的外特性，交流端口采用虛擬同步電機控制，直流端口采用虛擬直流電機控制，融合成統(tǒng)一虛擬電機控制，提升了交直流電網(wǎng)連接的柔性，降低了功率交互對電網(wǎng)的沖擊，增強了直流母線電壓的慣性和穩(wěn)定性，兼顧交流電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)壓功能。

2.1 交流端口VSG控制

E-FMSS 交流端口采用如附錄B 圖B1 所示虛擬同步電機控制，其目的是使交流端口在輸出功率時外特性表現(xiàn)為同步發(fā)電機，吸收功率時外特性表現(xiàn)為同步電動機，提升與交流配電網(wǎng)連接的柔性，降低對電網(wǎng)的沖擊，增強電網(wǎng)頻率和電壓的穩(wěn)定性［22］。一般地，同步電機的轉(zhuǎn)子運動方程為：

其中，J為同步電機的轉(zhuǎn)動慣量；D為阻尼系數(shù)；θ、ω分別為同步電機的相位和角速度；t為時間；ω0為電網(wǎng)額定角速度；Tm、Te分別為同步電機的機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩，Tm=Pm/ω，Te=Pe/ω，Pm、Pe分別為同步電機的機械功率和電磁功率。將式（1）轉(zhuǎn)換為功率與角速度之間的關(guān)系式，即：

實際控制系統(tǒng)中，Pm、Pe分別表示交流端口有功功率指令值、實際值，設(shè)Pm>0 表示端口吸收有功功率并傳輸至該側(cè)交流配電網(wǎng)，Pm<0表示交流配電網(wǎng)向該側(cè)端口發(fā)出有功功率。當E-FMSS 運行在不同模式時，Pm的取值將發(fā)生如下變化。

（1）饋線柔性互聯(lián)模式下，當直流微電網(wǎng)自由運行時，考慮饋線負荷均衡和交流電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，根據(jù)直流微電網(wǎng)盈余或缺額功率ΔPdc的情況，Pm由饋線負荷均衡調(diào)控功率和頻率響應(yīng)調(diào)節(jié)功率2 個部分組成；當直流微電網(wǎng)調(diào)度運行時，E-FMSS 響應(yīng)上級調(diào)度指令Pset1，即Pm=Pset1。

（2）負荷轉(zhuǎn)供模式下，直流微電網(wǎng)調(diào)度運行，E-FMSS響應(yīng)上級調(diào)度指令Pset2，即Pm=Pset2。

（3）自治模式下，Pm由儲能單元放電情況及應(yīng)急供帶負荷狀態(tài)共同決定。設(shè)Paci（i=1，2）為交流配電網(wǎng)饋線功率，PVSCi為E-FMSS 交流端口功率，PaLi為饋線負荷功率。為了實現(xiàn)饋線柔性互聯(lián)模式下的饋線負荷均衡，提出如下負荷均衡策略：

其中，P′aLi為饋線i的等效均衡饋線負荷功率。ΔPdc>0表示E-FMSS 消納直流微電網(wǎng)的盈余功率，此時式（3）中“±”取“-”，P′aLi減??；反之取“+”，P′aLi增大。當PaLi>P′aLi時，PVSCi>0，即饋線i相對重載，E-FMSS 輸出功率；反之饋線i相對輕載，E-FMSS吸收功率。需要指出的是，該策略不僅適用于2 條饋線負荷均衡調(diào)控，還適用于多條饋線柔性互聯(lián)的負荷均衡調(diào)控，直流微電網(wǎng)功率盈余時負荷均衡調(diào)控的潮流分布見附錄B圖B2。

頻率響應(yīng)調(diào)節(jié)功率ΔPf為：

其中，f為交流端口輸出電壓頻率；f0為電網(wǎng)額定頻率；kf為調(diào)頻系數(shù)。

根據(jù)同步電機無功電壓調(diào)節(jié)方程，可得交流端口電動勢E為：

其中，Q*、Qe分別為無功功率指令值、實際值；U為交流端口電壓有效值；U0為電網(wǎng)電壓額定有效值；kQP、kQI分別為無功調(diào)節(jié)比例和積分系數(shù)；kv為調(diào)壓系數(shù)。當電網(wǎng)電壓波動時，E-FMSS可根據(jù)交流端口電壓和無功功率偏差為交流配電網(wǎng)提供必要的無功功率支撐。

根據(jù)式（1）、（5）可得交流端口輸出電壓eabc為：

其中，uabc為交流配電網(wǎng)電壓。最后采用基于比例諧振控制的電流閉環(huán)控制對交流端口電流指令信號進行精確跟蹤，實現(xiàn)對交流側(cè)電流的高精度控制。

2.2 直流端口虛擬直流電機控制

E-FMSS 直流端口采用如附錄B 圖B3 所示虛擬直流電機控制，目的是使直流母線電壓在交直流電網(wǎng)功率交互時其外特性表現(xiàn)為直流電機的慣性和阻尼特性，實現(xiàn)與直流微電網(wǎng)間的柔性互聯(lián)，抑制擾動對直流母線電壓的沖擊，增強直流母線電壓的慣性和穩(wěn)定性［17］。

與虛擬同步電機控制類似，一般地，直流電機的轉(zhuǎn)子運動方程為：

其中，Jd、Dd分別為直流電機的轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)；ωd為直流電機角速度；Tdm、Tde分別為直流電機機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩，Tdm=Pdm/ωd，Tde=Pde/ωd，Pdm、Pde分別為直流電機機械功率和電磁功率。

直流電機電樞回路的電動勢平衡方程為：

其中，Ed、Id分別為直流電機的電樞電壓和電樞電流；CT為轉(zhuǎn)矩系數(shù)；?為磁通；Ra為電樞電阻。設(shè)Pde=EdId，CT?=5.1［22］。交直流電網(wǎng)在功率交互過程中會引起Udc波動，其本質(zhì)原因是E-FMSS 交直流端口功率變化不一致導(dǎo)致不平衡功率ΔP在電容積聚，忽略E-FMSS內(nèi)部的開關(guān)損耗，該部分能量EC為：

由式（10）可知，EC與Udc之間存在非線性關(guān)系，控制EC即可實現(xiàn)直流母線電壓穩(wěn)定。因此，虛擬直流電機控制外環(huán)有功功率指令Pdm為：

根據(jù)式（11）可得直流端口功率指令Pdm，然后將其經(jīng)過虛擬直流電機控制得到直流端口電流指令信號I?d，采用電流閉環(huán)比例積分控制進行電流跟蹤，進而實現(xiàn)對直流側(cè)電流的高精度控制。

需要指出的是，與將直流母線電壓作為外環(huán)控制量相比，本文采用電容儲能作為控制量更能反映其電壓波動本質(zhì)，而且在相同電壓波動差值下，電容儲能控制能提供更大的功率支撐，更好地抑制電壓波動。

3 仿真驗證與分析

為驗證所提基于所提策略的正確性和有效性，搭建圖1 所示系統(tǒng)的MATLAB／Simulink 仿真模型，仿真系統(tǒng)參數(shù)見附錄C表C1。

3.1 多模式運行及切換特性仿真

為分析E-FMSS在不同運行模式及切換特性，設(shè)計系統(tǒng)仿真方案如下：①初始運行時系統(tǒng)運行于柔性互聯(lián)運行模式，直流微電網(wǎng)自由運行，交流配電網(wǎng)向直流微電網(wǎng)傳輸功率10 kW，0.3 s 時，直流微電網(wǎng)切換為調(diào)度運行，響應(yīng)交流配電網(wǎng)“削峰填谷”指令，反向傳輸功率14 kW；②0.5 s時，交流配電網(wǎng)2故障，系統(tǒng)切換為負荷轉(zhuǎn)供運行模式，直流微電網(wǎng)向交流配電網(wǎng)傳輸功率20 kW；③0.7 s 時，系統(tǒng)切換為自治運行模式，由儲能單元為部分重要負荷提供短時應(yīng)急供電。

圖2 E-FMSS多模式運行及切換特性Fig.2 Multi-mode operation and switching characteristics of E-FMSS

圖2 給出了系統(tǒng)多模式運行及切換過程中交流端口功率PVSC、饋線功率Pac、儲能充放電功率Pb和直流母線電壓Udc的仿真波形。在0.3 s 傳輸功率反向時，交流端口功率PVSC1和PVSC2并非階躍變化而是緩慢變化的，這體現(xiàn)了虛擬電機控制的慣性和阻尼能夠抑制功率波動。此外，在0.5 s 和0.7 s 時由于交流配電網(wǎng)突然故障導(dǎo)致端口功率出現(xiàn)短時突變，但能迅速恢復(fù)穩(wěn)定，這也體現(xiàn)了虛擬電機控制的慣性和阻尼對電網(wǎng)故障沖擊的抑制作用。

在整個過程中，儲能單元始終維持直流母線電壓穩(wěn)定，并為功率交互提供必要的功率緩沖以維持系統(tǒng)功率平衡。從Pac的波形可以看出，在饋線互聯(lián)模式時，兩饋線功率Pac1=Pac2，表明所提負荷均衡策略能夠?qū)崿F(xiàn)饋線負荷均衡。從Pb的波形可以看出，在0.5 s 切換為負荷轉(zhuǎn)供模式時，儲能提供了10 kW的功率支撐，在0.7 s 切換為自治模式時，儲能為部分重要負荷提供了短時應(yīng)急供電。從Udc的波形可以看出，直流母線電壓始終保持穩(wěn)定，傳輸功率變化、電網(wǎng)故障等外在擾動僅造成母線電壓的輕微波動，這表明虛擬電機控制的慣性和阻尼能夠增強直流母線電壓的穩(wěn)定性。

圖3 分別給出了虛擬同步電機控制和虛擬直流電機控制的機械轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩波形。在虛擬同步電機控制中，由于功率指令切換的突變性以及功率響應(yīng)的滯后性，因此在0.3、0.5、0.7 s 時，Te在跟蹤Tm時存在較大的偏差，但經(jīng)過短時調(diào)整能夠準確跟蹤Tm。在虛擬直流電機控制中，Tde始終能夠準確跟蹤Tdm。不難得出，虛擬同步電機控制和虛擬直流電機控制均能很好跟蹤機械轉(zhuǎn)矩，E-FMSS采用虛擬電機控制具有良好的功率跟蹤性能。

圖3 虛擬電機的機械和電磁轉(zhuǎn)矩Fig.3 Mechanical and electromagnetic torque of virtual machines

3.2 直流母線電壓穩(wěn)定性仿真

為分析直流微電網(wǎng)中分布式電源及直流負荷波動時E-FMSS 的直流端口特性，設(shè)計系統(tǒng)仿真方案：初始狀態(tài)下，直流負荷功率PdL=10 kW，光伏輸出功率Ppv=5 kW，風(fēng)機輸出功率Pwt=9 kW，0.2 s 時光伏輸出功率躍升至9 kW，0.4 s 時光伏輸出功率躍升至10 kW，風(fēng)機輸出功率跌落至4 kW，0.6 s時直流負荷增加4 kW，0.8 s時風(fēng)機脫網(wǎng)。

圖4 為整個動態(tài)過程Ppv、Pwt、PdL、PVSC、Pac、Pb和Udc的仿真波形。從圖中可以看出，E-FMSS 儲能單元能夠根據(jù)直流母線電壓的波動調(diào)節(jié)輸出功率，母線電壓上升時，儲能功率增加，母線電壓下降時，儲能功率減少，功率調(diào)節(jié)方向與母線電壓變化的方向相反，很好地模擬了直流電機的外特性，這表明虛擬直流電機的慣性和阻尼增強了直流母線電壓的穩(wěn)定性，直流微電網(wǎng)在負荷投切，光伏、風(fēng)機等分布式電源出力波動時，直流母線電壓都能保持穩(wěn)定。此外，從PVSC和Pac的波形不難看出，E-FMSS交流端口功率和饋線功率跟隨交直流交互功率變化而平穩(wěn)變化，饋線負荷始終保持均衡，這也說明通過E-FMSS直流微電網(wǎng)能較好與交流配電網(wǎng)進行柔性互聯(lián)。

圖4 直流微電網(wǎng)擾動下的直流母線電壓穩(wěn)定特性Fig.4 Stability characteristics of DC bus voltage under disturbance of DC microgrid

3.3 交流端口功率特性仿真

為分析交流配電網(wǎng)波動時E-FMSS 交流端口功率特性，驗證在交流配電網(wǎng)波動過程中E-FMSS具備支撐電網(wǎng)電壓和頻率的主動有功和無功功率調(diào)節(jié)能力，設(shè)計如下系統(tǒng)仿真方案：①0.2 s 時，進行有功功率調(diào)節(jié)，交流配電網(wǎng)1 頻率f1出現(xiàn)波動，頻率下降，0.4 s 時，交流配電網(wǎng)2 頻率f2出現(xiàn)波動，頻率上升；②0.2 s 時，進行無功功率調(diào)節(jié)，交流配電網(wǎng)1 電壓u1abc出現(xiàn)波動，電壓暫升，0.4 s時，交流配電網(wǎng)2電壓u2abc出現(xiàn)波動，電壓暫降。

圖5 給出了電網(wǎng)頻率波動過程中的仿真波形。從PVSC的波形可以看出，在交流配電網(wǎng)頻率下降或上升時，E-FMSS 交流端口有功功率增加或減小，在頻率恢復(fù)后端口功率恢復(fù)穩(wěn)定，調(diào)頻功率大小由調(diào)頻系數(shù)kf決定，這表明在電網(wǎng)頻率波動時，E-FMSS能夠主動調(diào)節(jié)有功功率響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化，為電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)提供功率支撐。從Pb和Udc的波形可以看出，儲能單元能夠根據(jù)直流母線電壓波動調(diào)節(jié)輸出功率，母線電壓下降時儲能放電，母線電壓上升時儲能充電，這表明儲能單元能夠在穩(wěn)定直流母線電壓的同時響應(yīng)有功功率調(diào)節(jié)，增強E-FMSS參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的能力，提升E-FMSS功率調(diào)節(jié)的靈活性。

圖5 E-FMSS有功功率調(diào)節(jié)Fig.5 Active power regulation of E-FMSS

圖6 為2 個交流配電網(wǎng)電壓u1abc、u2abc波動過程（0.2 s 時u1abc的電壓暫升20%，0.4 s 時u2abc的電壓暫降20%），以及E-FMSS 2 個交流端口的無功功率QVSC1和QVSC2仿真波形。從QVSC1和QVSC2波形可以看出，在交流配電網(wǎng)電壓暫升或暫降時，E-FMSS 交流端口吸收或發(fā)出無功功率，這表明在電網(wǎng)電壓波動時，E-FMSS能夠主動調(diào)節(jié)無功功率響應(yīng)電網(wǎng)電壓的變化，為電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)提供功率支撐。并且在電壓恢復(fù)后端口功率需經(jīng)過短時功率振蕩過程后才能恢復(fù)穩(wěn)定，這體現(xiàn)了E-FMSS采用虛擬電機控制后具備良好的阻尼特性。

圖6 E-FMSS無功功率調(diào)節(jié)Fig.6 Reactive power regulation of E-FMSS

4 結(jié)論

隨著高滲透率可再生能源接入及高可靠供電等應(yīng)用需求日漸強烈，配電網(wǎng)柔性互聯(lián)已成為未來提升配電網(wǎng)系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、可靠性和靈活性的必然趨勢。本文融合直流微電網(wǎng)的自身優(yōu)勢和儲能型柔性多狀態(tài)開關(guān)的調(diào)控靈活性，提出基于儲能型柔性多狀態(tài)開關(guān)的直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)柔性互聯(lián)策略，交直流端口統(tǒng)一采用虛擬電機控制模擬電機的阻尼和慣性特性，使直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)呈現(xiàn)柔性互聯(lián)特性。通過仿真驗證了所提策略的正確性和有效性，得出如下結(jié)論。

（1）E-FMSS 能夠?qū)崿F(xiàn)多模式及模式間切換運行，并能根據(jù)所提負荷均衡策略在饋線互聯(lián)過程中保持饋線負荷均衡，具備良好的調(diào)控靈活性。

（2）E-FMSS 模擬電機的慣性和阻尼，避免了交直流交互功率階躍變化，降低了多模式運行及切換、直流微電網(wǎng)功率波動等復(fù)雜工況對交流配電網(wǎng)的沖擊，增強了直流母線電壓的穩(wěn)定性，提升了直流微電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)互聯(lián)的柔性。

（3）E-FMSS 能夠主動調(diào)節(jié)端口有功和無功功率，響應(yīng)交流電網(wǎng)頻率和電壓的變化，為交流電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)壓提供一定的功率支撐。同時，儲能單元根據(jù)直流母線電壓波動配合E-FMSS調(diào)節(jié)端口功率，使直流微電網(wǎng)和交流配電網(wǎng)互為功率支撐。

本文側(cè)重于將所提策略應(yīng)用于E-FMSS 進行交直流電網(wǎng)互聯(lián)并驗證其正確性和有效性，在轉(zhuǎn)動慣量和阻尼參數(shù)的參數(shù)選取方面還需要展開深入研究。需要指出的是，轉(zhuǎn)動慣量和阻尼系數(shù)的選取受E-FMSS與儲能單元的容量、響應(yīng)時間等諸多因素影響，需綜合權(quán)衡，參數(shù)的取值將直接影響E-FMSS 端口的慣性和阻尼特性，進而影響柔性多狀態(tài)開關(guān)的運行和調(diào)控性能。后續(xù)將開展轉(zhuǎn)動慣量和阻尼系數(shù)選取的影響因素、不同轉(zhuǎn)動慣量和阻尼系數(shù)對柔性多狀態(tài)開關(guān)運行和調(diào)控性能的影響規(guī)律以及參數(shù)適應(yīng)性等研究工作。

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