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2.运行模式和控制策略
2.1运行模式
交直流混合配电网存在2种运行情况:正常运行和交流侧发生短路故障。下面分别对2种运行模式进行分析。
1)当正常运行时,光伏发电单元采用最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制策略实现太阳能最大化利用,为了避免蓄电池出现频繁充放电现象,设置正常运行情况下蓄电池储能系统工作在待机模式。多个柔性互联装置采用直流下垂控制对直流网络负载功率进行均分,而交流负载功率主要由大电网提供。
2)当交流侧出现三相短路等故障时,保护装置会跳闸,同时使得互联装置的控制策略由直流下垂控制切换至恒压恒频(constant voltage constant frequency,CVCF)控制策略,以维持交流本地负载的电压和频率恒定,实现重要负载的不间断供电,而非故障侧互联装置仍然采用直流下垂控制维持直流电压在允许运行范围内。在极端情况下,3个交流源均出现短路故障时,为了保证交流网络和直流网络的稳定运行,不仅需要切换互联装置的控制策略,同时需要启动蓄电池储能系统由待机模式转为直流下垂控制策略,保证直流系统稳定运行。
2.2控制模式
为了保证交直流混合配电网在正常运行和交流侧发生短路故障情况下能够安全稳定运行,需要对不同单元的电力电子装置控制策略进行深入研究,下面分别对互联装置、储能单元和光伏单元的控制策略进行详细分析。
2.2.1互联装置的控制策略
互联装置的控制框图见图2,主要包括直流下垂控制和CVCF控制策略。图中:和Udc分别为互联装置直流电压参考值和实际值;idc为直流电流;为内环电流指令;为电感电流;和分别为交流电压参考值和实际值;Imax和Imin分别为电流最大值和最小值;gvsc为互联装置驱动信号。
图2互联直流装置的控制框图
在正常运行情况,为了使多个换流站均分直流网络负载功率并且维持直流电压恒定,采用直流下垂控制策略。直流下垂控制存在2种形式:直流电流和电压下垂法、功率和直流电压下垂法,在此选用前者,直流下垂控制等式可以表示为:
式中:Udc(n)为第n台互联装置的直流电压,V;为直流电压参考值,V;k(n)为第n台互联装置的下垂系数,V/A;idc(n)为第n台互联装置变换器的直流电流,A。
由于线路阻抗的不一致导致多台互联装置输出直流电压不同,因此无法按照容量比例进行功率均分,为了抑制线路阻抗的影响,通常采用虚拟阻抗技术,增加虚拟阻抗来减小各支路阻抗的差异提高功率均分精度,通过合理的选取虚拟阻抗能够实现功率按照容量比例分配。
直流下垂控制策略通过下垂特性曲线生成直流电压参考值,然后采用直流电压外环和电流内环控制,其中电流内环采用静止坐标系下的控制策略,运用比例谐振调节器实现对交流电压误差信号的零稳态误差调节。CVCF控制策略同样采用静止坐标系下控制,通过交流电压外环和输出电流内环控制实现交流侧电压和频率控制。
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