文档介绍：第四章微电网有功功率和无功功率控制
§4-1 微型电源控制器功能
§4-2 有功功率控制
§4-3 无功功率控制
§4-4 微型电源在不对称负荷情况的运行和控制
9/13/2017
§4-1 微型电源控制器功能
电力电子装置可为微电网提供灵活的控制功能,从而使其同时满足用户和电力系统的需要。
微电网控制必须保证新的微型电源加入到系统中时,不需要更改微电网中已有设备的运行状态。
微电网可以非常迅速和无缝隙地与大电网并列或解列。
系统的有功功率和无功功率可以分别控制。
电压降落和三相不平衡可以得到校正。
微电网能够满足电力系统负荷的动态特性的要求。
设计控制器时最关键的是在微电网的正常操作中,各微型电源不必互相交流信息,每个微型电源控制器必须能够有效地响应系统的变化,而不需要来自于其它微型电源或本地其它设备的数据。
微型电源控制器的主要功能:调节馈线上的潮流;控制每个微型电源接口处的电压;当系统处于孤岛运行状态时,保证每个微型电源能够迅速承担它所分配的负荷;微电网能够自动平滑地进入孤岛运行和重新与大电网并列的能力。
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§4-1 微型电源控制器功能
一、有功功率和无功功率控制
微型电源由三个部分组成,即微型发电系统、直流接口和电压源逆变器。
微型电源通过一个电抗器连接到微电网。
电压源逆变器同时控制微型电源输出电压的幅值和相位。
逆变器的输出电压U、微电网的本地电压E以及电抗器的电抗X决定了微型电源输出到微电网的有功功率P和无功功率Q,
当系统受到微小扰动时,P主要取决于功角δP,Q取决于逆变器的输出电压幅值U。这些关系构成了有功功率调节和通过调节无功功率控制电压的基本的反馈控制方法。
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§4-1 微型电源控制器功能
若要将大量微型电源集成到微电网中,不能仅仅采用基本的P-Q控制,为保证微电网的可靠性和稳定性必须实现电压调节。
二、电压倾斜控制
若没有电压控制,具有大量微型电源的微电网将可能产生电压和无功功率振荡。
电压控制必须确保电源之间没有较大的无功环流,该问题与具有大型同步发电机的电力系统控制一样。
在大电网中,发电机之间的阻抗足够大,从而减小了环流产生的可能性。
在辐射型微电网中,较大无功环流问题非常显著,当出现很小的电压参考值偏差时,环流可能超出微型电源的额定值。
因此微电网需要电压-无功电流倾斜控制,使得微型电源产生的无功电流更加偏于容性,本地电压设定值减小。
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§4-1 微型电源控制器功能
不仅具有微型电源,还有电能存储装置的微电网不仅可以运行在与大电网并列运行的状态,也可运行于孤岛状态。
三、快速负荷跟踪和电能存储的需要
当微电网运行于孤岛状态时,微电网的负荷跟踪能力可能成为问题,因为微型涡轮发电机和燃料电池的响应速度比较慢,时间常数为10~200s,并且基本上没有动能储备。
大型电力系统中的发电机的动能具有电能存储的作用,当新的负荷接入到线路上时,最初的能量平衡由系统的动能实现,这将导致系统频率轻微下降。
微电网不能依靠发电机的动能,必须采用某种形式的能量存储,保证最初的电能平衡。
微电网的能量存储可为下述几种形式:可在每个微型电源的直流母线上采用蓄电池或超级电容;直接将交流电能存储装置(蓄电池、飞轮电能存储装置等)连接到微电网;或者采用较大动能的微型发电机等。在此我们仅假设在微型电源的直流母线上装设有足够容量的电能存储装置。
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§4-1 微型电源控制器功能
采用先进的控制技术微电网能够提供基本的潮流控制。
四、孤岛运行模式下实现功率分配的频率倾斜控制
在孤岛运行模式,必须考虑每个逆变器产生的微小频率误差和需要改变逆变器的输出功率来匹配负荷的变化等问题。
每个微型电源的功率-频率倾斜特性不需要复杂的通信网络就能解决上述问题。
当微电网与大电网并列运行时,根据用户的需要,微电网中的负荷可同时从大电网和本地微型电源取用电能。
当微电网与大电网断开后,微电网中每个电源的电压相位角将发生变化, 导致本地电压频率明显地下降。随着频率的下
降每个微型电源根据其功率-频率调节特性按一定比例增加其输出功率,实现负荷分配的功能,不需要能量管理系统提供新的功率分配方案。
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§4-2 有功功率控制
由同步发电机组成的电力系统,两台或两台以上发电机之间有功功率分配主要通过控制器的频率倾斜特性实现。
与由同步发电机组成的电力系统类似,微电网中分布式电源之间的负荷分配同样采用频率倾斜特性实现。
在电力系统中,频率倾斜特性是发电机的惯性、负荷的频率调节特性和转速/频率调节特性等的综合,由电机的转动惯量、与频率相关的负荷以及调速器等实际的设备实现。
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