多源配網(wǎng)主動孤島恢復(fù)過程電壓頻率波動的平抑方法

在當(dāng)前低碳化與去碳化的能源轉(zhuǎn)型期，集中式與分布式并舉開發(fā)新能源已是必然趨勢.分布式電源(DG)高比例接入配網(wǎng)使得配網(wǎng)由傳統(tǒng)受端電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榧娔苁占?、傳輸、儲存和分配于一體的新型電力交換系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)運(yùn)行方式的多樣性與靈活性，為極端條件下的大電網(wǎng)故障和多源配網(wǎng)自身故障提供了主動孤島恢復(fù)負(fù)荷供電新路徑.

在配網(wǎng)故障情況下，利用分布電源黑啟動保障關(guān)鍵負(fù)荷供電一直是研究熱點.現(xiàn)有研究主要聚焦兩類，一類是研究失電后DG的黑啟動能力與黑啟動的可行性，另一類是研究黑啟動方案的啟動序列及其優(yōu)選.比如，文獻(xiàn)[11]提出利用微電網(wǎng)中的DG保障故障配網(wǎng)的關(guān)鍵負(fù)荷供電，將配網(wǎng)分為若干子系統(tǒng)，發(fā)生故障時各子系統(tǒng)逐一完成黑啟動與并網(wǎng)恢復(fù)，在保障微電網(wǎng)自身負(fù)荷的同時恢復(fù)更多的配網(wǎng)失電負(fù)荷.然而，對于如何抑制黑啟動過程中DG與負(fù)荷組網(wǎng)暫態(tài)過程可能產(chǎn)生的電壓、頻率波動卻鮮有研究.

在有關(guān)孤島內(nèi)DG黑啟動保障關(guān)鍵負(fù)荷的研究中，自組網(wǎng)過程中的DG一般采用功率下垂控制或V/f控制，這些方法雖然保證了穩(wěn)態(tài)條件下孤島內(nèi)電力平衡和頻率的統(tǒng)一，但存在有差調(diào)節(jié)特性，對功率瞬時突變的反應(yīng)不夠靈敏，因此無法平抑主動孤島自組網(wǎng)過程中母線電壓與頻率的波動，影響孤島安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致組網(wǎng)失敗.在孤島自組網(wǎng)完成后與主網(wǎng)并網(wǎng)時的同步電壓控制方面，孤島電壓波動與孤島內(nèi)DG出力變化息息相關(guān)，因此一般通過控制儲能或DG出力來實現(xiàn)同步電壓控制.以往研究通常通過設(shè)定電壓約束范圍，采用模型預(yù)測控制方法或濾波算法將電壓波動幅度限制在換流器可承受的強(qiáng)度內(nèi)，上述方法未考慮實際情況下，組網(wǎng)瞬時產(chǎn)生的電壓偏移，無法消除電壓偏移對相關(guān)設(shè)備安全運(yùn)行的影響.

為解決上述問題，本文提出在主動孤島自組網(wǎng)過程中采用具備黑啟動能力的儲能系統(tǒng)作為黑啟動電源，設(shè)計電壓電流雙環(huán)前饋擾動補(bǔ)償控制系統(tǒng)來控制儲能輸出功率，通過內(nèi)部前饋補(bǔ)償削弱由DG和負(fù)荷并網(wǎng)引起的暫態(tài)功率變化對電壓波動造成的影響，充分利用儲能系統(tǒng)功率響應(yīng)的快速性完成對孤島自組網(wǎng)過程電壓波動的平抑.為驗證所提方法的有效性，依據(jù)黑啟動原則和DG啟動順序的一般原則設(shè)計孤島黑啟動自組網(wǎng)模型和啟動序列；并在MATLAB/Simulink軟件中搭建基于儲能控制的主動孤島動態(tài)組網(wǎng)電壓和頻率波動平抑仿真模型.

1 多源配網(wǎng)主動孤島自組網(wǎng)及并網(wǎng)過程分析

1.1 主動孤島恢復(fù)的應(yīng)用場景

主動孤島是含高比例DG配電網(wǎng)的一種非常態(tài)運(yùn)行方式，是故障條件下保障關(guān)鍵負(fù)荷供電、提高系統(tǒng)供電可靠性，并且有別于傳統(tǒng)方式對非故障失電區(qū)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)供恢復(fù)供電的新方式.當(dāng)配電網(wǎng)的外部電網(wǎng)發(fā)生故障或內(nèi)部故障無法完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供導(dǎo)致負(fù)荷失電時，根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、DG位置、發(fā)電容量等，利用DG黑啟動自組網(wǎng)，可以形成一個或幾個孤立的子網(wǎng)，實現(xiàn)非故障失電區(qū)負(fù)荷的恢復(fù)供電.圖1為DG自組網(wǎng)保障負(fù)荷供電示意圖.其中，數(shù)字1～33表示節(jié)點序號和支路序號.

1.2 主動孤島自組網(wǎng)過程分析

在孤島黑啟動自組網(wǎng)過程中，DG的發(fā)電功率難以滿足孤島中所有負(fù)荷的需求.此時，需要以穩(wěn)態(tài)功率平衡為原則，參照黑啟動原則并考慮拓?fù)涞目臻g位置盡快恢復(fù)孤島內(nèi)各個負(fù)荷，同時根據(jù)負(fù)荷的重要程度、DG容量以及負(fù)荷與DG的距離，確定配電網(wǎng)DG及負(fù)荷的自組網(wǎng)順序.

所提控制方法以主網(wǎng)電壓為參考值，以孤島母線的電壓、電流和逆變器端口電流為輸入，通過改進(jìn)雙環(huán)控制方式協(xié)同控制儲能系統(tǒng)的功率輸出，調(diào)節(jié)孤島母線電壓及電流，使得自組網(wǎng)完成后孤島與主網(wǎng)的電壓以及頻率的差值達(dá)到并網(wǎng)要求.其基本原理為基于主網(wǎng)電壓頻率與孤島電壓頻率的差值，通過解耦后的前饋擾動補(bǔ)償?shù)瓤刂骗h(huán)節(jié)，實現(xiàn)比例積分調(diào)節(jié)器的自動跟蹤調(diào)節(jié)，縮小孤島與主網(wǎng)的電壓及頻率差異，從而產(chǎn)生同期點，達(dá)到并網(wǎng)條件.

式中：和分別為電壓環(huán)內(nèi)PI控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù)；s和s分別為軸和軸上逆變器端口電流參考值；為拉普拉斯變換中的微分算子.

本文采用串行恢復(fù)作為網(wǎng)架的恢復(fù)策略，具體恢復(fù)流程如下.

(1) 切除全部負(fù)荷，空載啟動.空載啟動可以避免自組網(wǎng)初期因負(fù)荷過載發(fā)生啟動失敗的情況.

(2) 啟動具備黑啟動能力的儲能裝置.算例中，DG1、DG3采用容量40 kV·A的儲能裝置；DG2采用永磁同步風(fēng)機(jī)，容量40 kV·A；DG4采用光伏發(fā)電，容量20 kV·A.首先啟動具備黑啟動能力的儲能裝置DG1，建立初始孤島的電壓和頻率.為確保黑啟動電源能夠承受孤島系統(tǒng)中其他非黑啟動電源啟動時產(chǎn)生的功率沖擊，儲能DG1的額定功率需滿足：

凡是有人發(fā)起溝通需求，必須即刻回應(yīng)。團(tuán)隊內(nèi)部的培訓(xùn)也是高效溝通的表現(xiàn)，受訓(xùn)對象接受首次培訓(xùn)后，必須有培訓(xùn)師或帶教人對位，以隨時接受反饋與提問。將各人串聯(lián)成各組交叉流線，而單線、刻板的圈定，須配合專業(yè)與職能劃分。這樣一來，團(tuán)隊即將具備拆分、重組、接力沖刺、互為備份的特性。

≥+++

(1)

式中：為儲能DG1的額定視在功率；為孤島母線電壓的空載損耗；、和分別為DG2、DG3和DG4啟動時的沖擊功率.

(3) 投入重要負(fù)荷.在儲能DG1額定容量能滿足負(fù)荷所需功率的前提下，逐步投入負(fù)荷以快速恢復(fù)供電.在投入過程中，應(yīng)保證系統(tǒng)電壓和頻率在允許范圍內(nèi)波動，避免整個系統(tǒng)由于電壓頻率波動引發(fā)振蕩.因此，需采用合適的控制方式控制儲能輸出以穩(wěn)定孤島電壓及頻率，平抑并網(wǎng)波動.此外，在投入重要負(fù)荷時，投入負(fù)荷容量()、孤島母線電壓()及頻率()應(yīng)滿足：

≥

(2)

≤≤

(3)

≤≤

(4)

式中：和分別為母線電壓幅值的上限和下限；和分別為系統(tǒng)頻率的上限和下限.

(4) 啟動其他DG.優(yōu)先啟動具有電壓和頻率支撐能力的DG，以維持黑啟動初期系統(tǒng)的電壓與頻率穩(wěn)定.

(5) 逐漸并入孤島其他負(fù)荷.DG逐步接入后，根據(jù)負(fù)荷位置、重要程度及系統(tǒng)發(fā)電容量逐步投入其他負(fù)荷，實現(xiàn)關(guān)鍵負(fù)荷的最大化保障供電.整個過程需要保障DG總?cè)萘渴冀K大于負(fù)荷總?cè)萘?

日本山崎馬扎克（MAZAK）公司成立于1919年，主要生產(chǎn)CNC車床、復(fù)合車銑加工中心、立式加工中心、臥式加工中心、CNC激光系統(tǒng)、FMS柔性生產(chǎn)系統(tǒng)、CAD/CAM系統(tǒng)、CNC裝置和生產(chǎn)支持軟件等。產(chǎn)品素以高速度、高精度而在行業(yè)內(nèi)著稱，遍及機(jī)械工業(yè)的各個行業(yè)。

孤島依據(jù)上述黑啟動原則完成孤島黑啟動自組網(wǎng)后，形成與主網(wǎng)分離且穩(wěn)定運(yùn)行的孤島系統(tǒng).

1.3 主動孤島并網(wǎng)過程分析

自組網(wǎng)完成后的孤島需與主網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，孤島與主網(wǎng)完成并網(wǎng)時整個故障恢復(fù)過程結(jié)束.孤島與主網(wǎng)并網(wǎng)需要滿足如下條件：① 二者電壓差近似為0；② 頻率基本一致；③ 電流由主網(wǎng)流向孤島.然而，一般情況下，孤島頻率小于主網(wǎng)頻率，并且孤島電壓與主網(wǎng)電壓也存在一定差距，難以達(dá)到同期并網(wǎng)條件，因此不能直接并網(wǎng).

根據(jù)DG是否具備黑啟動能力和穩(wěn)定輸出功率能力，依次對各DG進(jìn)行分類： ① 黑啟動DG與非黑啟動DG；② 穩(wěn)定輸出功率式DG與非穩(wěn)定輸出功率式DG.

2 自組網(wǎng)過程的波動分析

傳統(tǒng)的孤島黑啟動自組網(wǎng)和并網(wǎng)過程未充分考慮電壓、頻率波動問題.對此，分析孤島內(nèi)部電壓、頻率波動的原因.

漢魏時期，人們吃火鍋已是很普遍了。從考古發(fā)現(xiàn)來看，此時已有各式各樣的火鍋，火鍋的材質(zhì)也不局限于青銅一類，出現(xiàn)了鐵火鍋、陶火鍋等，除了吃分餐制形式 的“小火鍋”外，那時人們還吃起了可以放不同料湯、燒煮不同口味的鴛鴦火鍋。分格鼎，漢代的火鍋。又被稱為古代版的鴛鴦火鍋。在江蘇盱眙縣境內(nèi)大云山西漢墓中考古出土的一件分格鼎，直接證明墓主、西漢江都王劉非就是一位火鍋“吃貨”。而且，不只證明他喜歡吃火鍋，還證明他吃的是“鴛鴦火鍋”。分格鼎，就是將鼎分成不同的燒煮空間，避免不同味道的料湯串味，其飲食原理如同現(xiàn)代的鴛鴦火鍋，方便有酸、辣、麻、咸等不同飲食習(xí)慣的食客。

波動分析的總原則為獨立運(yùn)行孤島內(nèi)部源荷功率平衡.設(shè)孤島系統(tǒng)內(nèi)部負(fù)荷消耗的有功功率為；孤島系統(tǒng)內(nèi)部消耗的無功功率為；自組網(wǎng)過程中其他負(fù)荷或DG并網(wǎng)會產(chǎn)生相應(yīng)較大的暫態(tài)功率波動，因此設(shè)其相應(yīng)的有功和無功功率波動量分別為 Δ和 Δ，此時主要分析由于其他負(fù)荷及DG并網(wǎng)所產(chǎn)生的暫態(tài)功率波動，認(rèn)為DG等效輸出穩(wěn)定的有功功率()和無功功率()，則

解此二元一次方程可得：

(5)

(6)

式中：為孤島電壓；為負(fù)荷等效電阻；為負(fù)荷品質(zhì)因數(shù)；為孤島頻率；為負(fù)荷諧振頻率.由式(6)可解得：

(7)

九一八以后，帝國主義的炮火打碎了中國的和平，狂飆的時代撼著整個遠(yuǎn)東，驚破了沉醉的夢魂，太平洋的潮流和群眾的吶喊一致地怒吼了，戲劇底責(zé)任，是負(fù)有嚴(yán)重性的宣傳，在這垂危的國難期間，它當(dāng)然不能再落后了，所以復(fù)活后的戲劇，劇社像雨后春筍一般成立，完成一條堅固的陣線。

(8)

3)研究方法的使用是否恰當(dāng)準(zhǔn)確對于我們的研究結(jié)果具有很大的影響。雖然我們現(xiàn)在的研究也有一定的優(yōu)勢，但是過于單一研究方法也可能會使得我們的研究結(jié)論真實性受到質(zhì)疑。在以后的研究中，我們應(yīng)該采用多種研究方法進(jìn)行研究以彌補(bǔ)單個研究方法的不足，從而最大限度地去提高我們研究的準(zhǔn)確性。

二肖皆一竅，兔舐雄毛而孕，感而不交也，雞合踏而無形，交而不感也。[注](明)王逵：《蠡海集》，中華書局，1985年，第20頁。

(9)

式中：

在2015年聯(lián)合國氣候峰會上聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDG）的簽署為全球政策和市場治理翻開新的篇章，氣候變化、排放達(dá)峰、綠色增長等議題已經(jīng)成為了全世界的共識，世界的政策驅(qū)動點已經(jīng)從純粹的經(jīng)濟(jì)利益到了一個需整合經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會利益為一體的可持續(xù)性發(fā)展時代。雖然全球政府、商界和社會都在呼吁真正的行動，但氣候變化問題日漸嚴(yán)峻，而世界依舊缺乏一個有效的全生態(tài)性的機(jī)制來應(yīng)對氣候變化等環(huán)境問題。

(10)

參考式(9)和(10)可知，值隨DG有功和無功出力的變化而變化，由此產(chǎn)生相應(yīng)頻率波動.影響DG出力的因素較多，包括光照強(qiáng)度、風(fēng)速等不確定因素，因此在孤島自組網(wǎng)過程中存在頻率波動.此外，由于黑啟動過程中DG及負(fù)荷不斷并入孤島，由此產(chǎn)生的有功功率暫態(tài)變化將影響，導(dǎo)致在負(fù)荷或DG接入孤島時孤島電壓產(chǎn)生波動.

為解決此問題，考慮到儲能系統(tǒng)功率響應(yīng)的快速性，可以在孤島內(nèi)加入具備黑啟動能力的儲能作為黑啟動電源，并在儲能逆變器上施加合適的控制方法，依據(jù)主網(wǎng)電壓及孤島母線電壓控制儲能出力以穩(wěn)定孤島內(nèi)電壓與頻率.

式中：為濾波電容值.同理，經(jīng)變換并推導(dǎo)易得：

3 基于儲能控制的波動平抑模型

3.1 儲能控制器的電路結(jié)構(gòu)

電網(wǎng)中儲能的控制一般采用三相全橋逆變器，其主要包括逆變橋、脈沖寬度調(diào)制(PWM)、LC濾波器、控制等模塊，電路結(jié)構(gòu)如圖2所示.其中，R、L和C分別為電阻器、電感器和電容器，s和s分別為逆變器端口的電壓和電流；c和c分別為母線的電壓和電流.在各種PWM方法中，空間矢量脈寬調(diào)制簡單且適合數(shù)字化實現(xiàn)，具有輸出電流波形好、直流側(cè)電壓利用率高等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于逆變器控制.逆變器工作過程如下：輸入信號經(jīng)控制模塊控制后，利用PWM模塊進(jìn)行空間矢量脈寬調(diào)制，產(chǎn)生的PWM信號用來控制全控型電力電子器件的開合，將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，經(jīng)LC濾波器濾波后輸入電網(wǎng).

3.2 控制方法的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)圖2所示的三相全橋逆變器電路結(jié)構(gòu)和基爾霍夫電壓定律，可在逆變器出口列寫電壓平衡方程以構(gòu)建電壓模型：

(11)

式中：為電感值；為線路等效電阻值；為時間.

要確保課程教學(xué)質(zhì)量，關(guān)鍵在于有切合實際的教學(xué)措施及可操作的規(guī)范.課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作為課程教學(xué)的指導(dǎo)性文件，從課程的教學(xué)文件、教學(xué)運(yùn)行、教學(xué)考核三個方面對機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)加以規(guī)范，提出具體的教學(xué)建議，見表3.

棉織物以良好的吸濕性，透氣性和穿著的舒適性，深受大眾喜歡。為了追求時尚，生產(chǎn)商會制造出各種獨特風(fēng)格的棉產(chǎn)品，這就需要對棉織物染色。傳統(tǒng)的染色工藝流程先紡紗接著織布再染色，新型的染色工藝流程為先染棉條接著紡紗再織布[1]。兩者相比，后者色差小，節(jié)約水電，污染小，同時可以縮短生產(chǎn)周期。紡紗時可以采用有幾種顏色棉不同比例混配，滿足消費(fèi)者對色彩多元化的需求。

s、s和c均為三相：

(12)

式中：s、c和s(=,,)分別為、和三相的電壓和電流式(12)經(jīng)變換后推導(dǎo)可得：

將式(7)代入式(6)可得：

(13)

式中：s和s(=,)分別為軸和軸上逆變器端口的電壓和電流；c和c分別為軸和軸上孤島母線電壓；為角頻率.式(13)可改寫為

通常情況下，不同的地區(qū)有著各自不同的土質(zhì)，不同土質(zhì)的穩(wěn)定性也有著很大的差距，例如，陜西地區(qū)就屬于黃土土質(zhì)，又因為大多處于特殊的地質(zhì)構(gòu)造處，所以極其容易發(fā)生地面沉降的事故。另外，陜西地區(qū)的濕陷性黃土地基也較為嚴(yán)重，對地基處理不當(dāng)是造成地基基礎(chǔ)下沉的主要原因[3]。

(14)

在盡可能短的時間內(nèi)恢復(fù)更多重要負(fù)荷并完成孤島黑啟動的首要問題是合理安排孤島DG及負(fù)荷的啟動順序，應(yīng)遵循的原則如下：① 具備黑啟動能力的DG及具備穩(wěn)定輸出能力的功率式DG優(yōu)先啟動；② 離重要負(fù)荷近的DG優(yōu)先啟動；③ 具有調(diào)頻調(diào)壓能力的DG優(yōu)先啟動，以保障DG啟動后孤島具備一定調(diào)頻調(diào)壓能力，否則在帶負(fù)荷運(yùn)行過程中容易引發(fā)振蕩失穩(wěn)；④ DG容量應(yīng)始終大于啟動負(fù)荷的功率需求.

如果必須要用言簡意賅的方式去概括參與這次選題策劃的六輛跑車，首先出現(xiàn)在我腦海中莫過于“震撼”“澎湃”“內(nèi)斂”這三個詞匯。如果非要再加上一個名詞，那非“座椅”莫屬。是的，它們無一例外都擁有一對難以取悅我的座椅。

根據(jù)基爾霍夫電流定理可知，電容電流等于逆變器輸出電流減去孤島母線上的電流：

(15)

綜上可知：DG有功出力變化、DG并網(wǎng)或負(fù)荷變動，將會造成孤島母線電壓、頻率發(fā)生波動，此時儲能系統(tǒng)自發(fā)地調(diào)節(jié)輸出功率以補(bǔ)償功率變化，可以穩(wěn)定孤島的運(yùn)行電壓及頻率.

鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)興旺，意味著鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展充滿活力。盡管反映某個鄉(xiāng)村的產(chǎn)業(yè)興旺可能是一個或兩三個產(chǎn)業(yè)，但總體上衡量鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)興旺的角度和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是多維的，因而鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)興旺的內(nèi)涵特征展現(xiàn)得比較豐富，至少有以下方面。

(16)

(17)

式中：ref和ref分別為軸和軸上母線電壓參考值；c和c分別為軸和軸上孤島母線電流；和分別為電流環(huán)內(nèi)PI控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù).

結(jié)合式(14)和(17)，構(gòu)建電壓和電流控制環(huán)，將雙環(huán)綜合后可得到電壓電流雙環(huán)控制圖，如圖3所示.其中，c和c為負(fù)荷側(cè)參考電壓，其值等于式(17)中的ref和ref；s和s為逆變器端口電壓參考值，其值等于式(14)中的和s；和為電流內(nèi)環(huán)的參考值.

傳統(tǒng)控制方式忽視了s對c的影響，并未對s進(jìn)行測量.相比于無前饋補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)V/f控制，該控制方式增加了s的測量.結(jié)合圖3并參照式(17)可知，該方法實際上是對傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)V/f控制策略中的電壓外環(huán)引入了負(fù)荷電壓作為前饋擾動補(bǔ)償，并且在電流內(nèi)環(huán)中引入了孤島母線電壓進(jìn)行擾動補(bǔ)償.c和c在補(bǔ)償負(fù)荷電壓的擾動分量后經(jīng)過解耦等控制生成和，然后以和為參考值完成電流內(nèi)環(huán)的解耦、補(bǔ)償?shù)瓤刂?

綜上所述,在產(chǎn)后婦女盆底功能康復(fù)治療中加入護(hù)理干預(yù)措施能夠有效提高患者的臨床康復(fù)效果,具有現(xiàn)實意義,值得推廣。

對于無前饋補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)V/f控制策略，其c和c會受到c和c以及濾波電容的影響，且兩者間存在交叉耦合，因此DG并網(wǎng)或負(fù)荷并網(wǎng)時引起的暫態(tài)功率變化極易通過影響c和c造成孤島母線電壓的振蕩而對于增加前饋補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)雙環(huán)控制策略而言，c和c可以完成獨立解耦控制，因此孤島母線電壓的控制不受等效負(fù)荷動態(tài)特性影響，即改進(jìn)雙環(huán)控制的儲能系統(tǒng)通過內(nèi)部前饋擾動補(bǔ)償削弱了由DG及負(fù)荷并網(wǎng)引起的暫態(tài)功率變化對電壓波動造成的影響，顯著加快了功率調(diào)控速度并增強(qiáng)了穩(wěn)定電壓能力.

基于圖3所示的改進(jìn)雙環(huán)控制方式，結(jié)合孤島中儲能逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以得到儲能逆變器的改進(jìn)雙環(huán)控制控制過程示意圖，如圖4所示.其中，c為采樣的主網(wǎng)電壓，s和s為坐標(biāo)變換后的逆變器端口電壓參考值.可知，改進(jìn)雙環(huán)控制分別對c、c、c、s和s進(jìn)行采樣.以c為參考值，所采樣的電壓及電流經(jīng)過坐標(biāo)變換后進(jìn)入控制器，按照圖3所示電壓電流雙環(huán)控制示意圖完成負(fù)荷電壓前饋擾動補(bǔ)償和孤島母線電流擾動補(bǔ)償?shù)瓤刂骗h(huán)節(jié)，控制過程完成后通過空間矢量脈寬調(diào)制生成PWM信號對逆變器進(jìn)行控制，以此控制儲能輸出功率以平抑孤島母線上功率的波動，從而縮小孤島與主網(wǎng)的電壓差距，完成孤島自組網(wǎng)過程的電壓波動平抑.

4 仿真分析

4.1 仿真模型搭建

依據(jù)上述黑啟動原則和DG啟動順序的一般原則設(shè)計孤島黑啟動自組網(wǎng)仿真模型.孤島中布置1個具備黑啟動能力的儲能裝置(DG1)、1個永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DG2)、1個具備穩(wěn)定輸出能力的儲能裝置(DG3)、1個光伏電源(DG4)、11個負(fù)荷，其中負(fù)荷1為重要負(fù)荷不可停電，因此負(fù)荷1一直與DG1連接保障其供電可靠性.在MATLAB/Simulink中搭建如圖5所示的孤島自組網(wǎng)仿真實驗平臺.分布式電源參數(shù)表如表1所示，其中DG4采用最大功率點跟蹤控制，所有DG的額定電壓均設(shè)為380 V，額定頻率均設(shè)為50 Hz.在負(fù)荷方面，負(fù)荷1為重要負(fù)荷、負(fù)荷2～8為一般負(fù)荷，額定功率均設(shè)為10 kW、5 kvar；負(fù)荷9～11為一般負(fù)荷，額定功率均設(shè)為 5 kW、2 kvar.負(fù)荷的額定電壓設(shè)為380 V，額定頻率設(shè)為50 Hz，其中負(fù)荷1為重要負(fù)荷，即使在孤島斷電離網(wǎng)情況下也一直由DG1保障供電.其他負(fù)荷為一般負(fù)荷，一般負(fù)荷在黑啟動過程的初始狀態(tài)全部退出運(yùn)行.

仿真工況如下：仿真時長共2.0 s，初始時刻，整個系統(tǒng)除負(fù)荷1外均為全黑狀態(tài)，負(fù)荷和各分布式發(fā)電單元與交流母線的開關(guān)全部處于斷開狀態(tài)；=0.1 s時，閉合開關(guān)S1，使具有黑啟動能力的DG1建立孤島系統(tǒng)的電壓和頻率并帶動負(fù)荷1運(yùn)行；=0.2 s時，閉合開關(guān)S2，投入負(fù)荷2；=0.3 s時，閉合斷路器S3；=0.4 s時，閉合開關(guān)S8，投入負(fù)荷3；=0.5 s時，閉合開關(guān)S5，投入DG2；=0.6 s時，閉合開關(guān)S6，投入負(fù)荷5；=0.7 s時，閉合開關(guān)S7，投入負(fù)荷4；=0.8 s時，閉合母聯(lián)斷路器S9；=0.9 s時，閉合開關(guān)S11，投入DG3；=1.0，1.1，1.2 s時分別閉合開關(guān)S12、S13、S14，投入負(fù)荷8、 負(fù)荷7、 負(fù)荷6；=1.3 s時，閉合斷路器S10；=1.4 s時，閉合斷路器S15；=1.5 s時，閉合開關(guān)S16，投入DG4；=1.6，1.7，1.8 s時，分別閉合開關(guān)S17、S18、S19，投入負(fù)荷11、 負(fù)荷10、 負(fù)荷9；至此，孤島自組網(wǎng)過程完成.=1.9 s時，閉合斷路器S20，使孤島恢復(fù)與主網(wǎng)的連接；=2.0 s時仿真結(jié)束.

為模擬風(fēng)速與光照強(qiáng)度的變化對DG2和DG4出力的影響，在模型中設(shè)置=1 s時，DG2的風(fēng)速由6 m/s突變?yōu)? m/s；=1.7 s時，DG4的光照強(qiáng)度從 1 200 W/m突變?yōu)? 000 W/m，仿真過程中觀察母線電壓及頻率的波動情況.

4.2 仿真結(jié)果

在孤島黑啟動自組網(wǎng)過程中，DG和負(fù)荷的并網(wǎng)會引起孤島母線上的功率發(fā)生突變，進(jìn)而引發(fā)電壓頻率的波動.在該過程中，對比改進(jìn)雙環(huán)控制與傳統(tǒng)V/f控制對孤島母線電壓頻率波動的抑制能力.依據(jù)上述孤島自組網(wǎng)過程仿真拓?fù)鋱D進(jìn)行仿真，當(dāng)對DG1分別采用傳統(tǒng)V/f控制和改進(jìn)雙環(huán)控制時，孤島母線電壓波形圖分別如圖6和7所示；電壓有效值、局部孤島母線電壓有效值和頻率對比分別如圖8～10所示.

由圖6～8可知，當(dāng)DG1采用傳統(tǒng)V/f控制時，在=0.5 s，即DG2并網(wǎng)瞬間會引起較大暫態(tài)功率波動，從而在孤島母線上產(chǎn)生一個較大的電壓波動，此時電壓有效值驟降至120 V左右又迅速恢復(fù).之后，隨各負(fù)荷并網(wǎng)，電壓有效值仍存在波動，并且在孤島自組網(wǎng)過程中會產(chǎn)生輕微電壓偏移，這是由于傳統(tǒng)V/f控制屬于有差調(diào)節(jié)，其對負(fù)荷功率的平衡以產(chǎn)生電壓的偏移為代價，難以穩(wěn)定調(diào)節(jié)暫態(tài)大功率突變引起的電壓和頻率波動，影響系統(tǒng)的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能.相較于傳統(tǒng)V/f控制，采用改進(jìn)雙環(huán)控制時，孤島母線電壓在DG及負(fù)荷接入時產(chǎn)生的波動明顯較小，尤其在負(fù)荷接入時產(chǎn)生的波動更為平緩.

由圖9可知，在自組網(wǎng)過程中，采用改進(jìn)雙環(huán)控制時電壓的波動幅度更小，且基本不產(chǎn)生電壓偏移，更易于實現(xiàn)各負(fù)荷和DG穩(wěn)定并網(wǎng)，保障了孤島自組網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行.其原因為改進(jìn)雙環(huán)控制的儲能系統(tǒng)通過內(nèi)部前饋補(bǔ)償削弱了由DG及負(fù)荷并網(wǎng)引起的暫態(tài)功率變化對電壓波動的影響，提升了功率調(diào)控的速度并增強(qiáng)了穩(wěn)定電壓能力，保障了電網(wǎng)的電能質(zhì)量及自組網(wǎng)過程的安全穩(wěn)定運(yùn)行.

由圖10可知，傳統(tǒng)V/f控制在并網(wǎng)時的頻率波動較大，最大偏移量約為50.35 Hz；而采用改進(jìn)雙環(huán)控制時孤島頻率的波動更平緩，最大偏移量約為50.2 Hz，改善了傳統(tǒng)V/f控制的頻率波動.

分別對圖6和7中0.1～2.0 s內(nèi)孤島母線電壓波形進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)分析，結(jié)果如圖11和12所示.其中，Mag表示各頻率對應(yīng)的諧波幅值相對于基波幅值的大小，THD為總諧波畸變率，(50 Hz)=308.5表示基波頻率50 Hz，電壓基波幅值為308.5 V.由圖11和12可知，采用改進(jìn)雙環(huán)控制時孤島母線電壓波形畸變率為1.10%，小于采用傳統(tǒng)V/f控制時的電壓波形畸變率(2.00%).進(jìn)一步證明了改進(jìn)雙環(huán)控制能有效平抑孤島母線電壓、頻率波動，改善電能質(zhì)量.

綜上所述，相較于傳統(tǒng)V/f控制，采用改進(jìn)雙環(huán)控制方案的優(yōu)勢如下：① 有效平抑孤島自組網(wǎng)時功率突變引起的電壓、頻率波動，使整個孤島自組網(wǎng)過程中電壓、頻率波動更為平緩；② 孤島母線電壓波形畸變率更小，能明顯改善電能質(zhì)量，且抗干擾能力更強(qiáng)，魯棒性更好，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；③ 保證了孤島因事故脫網(wǎng)后自組網(wǎng)復(fù)電過程的安全性與可靠性，改善了電能質(zhì)量，增強(qiáng)了電網(wǎng)抵御事故能力，對電網(wǎng)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有現(xiàn)實意義.

5 結(jié)語

多源配網(wǎng)主動孤島恢復(fù)有利于保障極端條件下的關(guān)鍵負(fù)荷供電，為解決主動孤島恢復(fù)過程中負(fù)荷和DG組網(wǎng)瞬間產(chǎn)生的電壓、頻率波動問題，研究和分析故障配電網(wǎng)主動孤島自組網(wǎng)恢復(fù)過程中產(chǎn)生電壓、頻率波動的原因，提出改進(jìn)雙環(huán)控制的儲能系統(tǒng)矢量控制方法，設(shè)計電壓電流雙環(huán)前饋擾動補(bǔ)償控制系統(tǒng)，建立基于儲能控制的主動孤島動態(tài)組網(wǎng)電壓、頻率波動平抑模型，改善了傳統(tǒng)V/f控制電壓偏移、電壓和頻率波動較大的問題，實現(xiàn)了主動孤島自組網(wǎng)時的電壓、頻率波動平抑.根據(jù)主動孤島自組網(wǎng)流程及原則，利用MATLAB/Simulink仿真工具搭建不同控制方式下的孤島自組網(wǎng)仿真模型，分別采用傳統(tǒng)V/f控制及改進(jìn)雙環(huán)控制對孤島自組網(wǎng)過程進(jìn)行仿真分析，得出如下結(jié)論：改進(jìn)雙環(huán)控制添加了負(fù)荷電壓前饋擾動補(bǔ)償，加快了逆變器的動態(tài)調(diào)節(jié)速度，提高了系統(tǒng)在孤島自組網(wǎng)過程的動態(tài)響應(yīng)性能；采用基于矢量法的改進(jìn)雙環(huán)控制對孤島黑啟動過程中電壓、頻率波動抑制效果優(yōu)于傳統(tǒng)V/f控制，有利于改善電壓及電能質(zhì)量，保障孤島自組網(wǎng)安全穩(wěn)定進(jìn)行.