微电网振荡分析及抑制研究

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新能源的间歇性、电网的电压暂降、电力电子化变换器系统之间的宽频带耦合,易使微电网系统产生振荡现象。振荡轻则会导致电网电能质量下降,重则引发连锁反应,导致系统脱机保护而损失新能源发电功率;同时会成为干扰源,进而导致整个系统失稳。分布式并网发电系统在并网、离网、黑启动及电压穿越等过程中存在多种控制模式的转换,且不同结构的微电网组成也具有不同的逆变器滤波器结构与参数,不同黑启动源如柴油发电机系统与储能逆变器系统暂稳态特性不一致,这些复杂的控制过程及参数差异造成多逆变器微电网系统其内部振荡发生机理复杂。因此分析振荡产生的机理,预测振荡的发生,以及研究振荡发生后的应对策略具有重要意义。本文研究振荡的发生场景包含并网、孤岛,电压暂降、低压穿越和重合闸过程。在并网运行状态下,针对电力电子变换器接口的恒功率控制方式在电压暂降与低压穿越时转换到限幅保护工作模式时引发的振荡问题,研究了基于阻抗模型的振荡判定及谐振频率的预测方法及振荡机理,得出其机理在于电压暂降时并网振荡抑制约束条件发生了改变;探讨了振荡抑制措施,提出了调整并网逆变器输出功率破坏振荡条件的振荡抑制策略,该策略能够简单快速的消除振荡现象。针对电压暂降或短路故障的振荡信息,研究了通过谐波轨迹特征提取进行实时在线监测与鉴别的方法,提出了包括电压跌落型与不跌落型两种谐波轨迹特征的识别策略,提出了限定次电压谐波判据和电流暂态谐波轨迹特征标量差动判据。仿真及硬件在环实验验证了振荡统一监测及鉴别抑制策略的有效性与快速性。针对离网状态下逆变器下垂控制工作模式系统中逆变器与逆变器、逆变器与负荷之间的振荡问题,研究了振荡产生的机理及抑制策略。建立了下垂逆变器包含功率环、电压环与电流环在内的完整阻抗模型,讨论了控制参数与下垂系数对振荡的影响范围。采用高频降阶模型分析了振荡的判定方法,提出了采用寻找线路阻抗最关键的连接节点作为整体振荡情况的优先判定条件的策略,在分析相同连线不同线路长度影响时可以简化判定流程。提出了用于分析不同负荷类型对逆变器下垂系数影响的低频降阶模型。在恒阻抗负载情况下其相对参考的完整模型阶次显著降低,在大规模微电网应用时具有简化运算的优势,并在此基础上基于提出的模型探讨了下垂系数的参数边界问题。针对系统黑启动过程不同黑启动源的特性、黑启动源的选取及启动流程进行了研究。研究了柴油发电机组的逆变器等效阻抗模型,基于此模型分析了逆变器以电流源型控制方式并入过程及负载加载过程中如何避免产生振荡;针对以储能逆变器作为黑启动源,研究了逆变器在黑启动过程中振荡影响因素,探讨了储能系统加入后锁相环引入的振荡风险及应对策略。针对黑启动过程结束后重合闸阶段振荡风险,研究了电压频率预调整方案以减小重合闸瞬间的振荡。提出了以振荡抑制为边界条件采用层次分析法寻找Pareto最优解,并采用粒子群算法进行双重优化的电压频率偏差调整方案。通过硬件在环及实验平台验证了同步机逆变器等效阻抗模型在分析振荡情况及储能逆变器的并机动态过程的有效性,经过双重优化可以实现电压偏差在5V以内,频率偏差接近于0的重合闸减小振荡的预调节目标。
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