深度！直流配电网功率控制策略与电压波动特性-北极星输配电网

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由于采用直流配送电能,交、直流电气元件的电气特性存在较大的差异,直流配电网运行特性与传统三相交流配电系统有很大的区别。直流系统无感抗、无容抗的特点使得电压成为衡量直流电网功率平衡的唯一指标,直流电网电压与功率平衡的关系将决定直流配电网稳定运行。另一方面,直流配电网的运行特性由控制系统决定,不同的控制策略将对直流电网的电压水平、功率分布以及运行安全产生影响,同时直流电网低惯量特点使得系统电压受负荷扰动、分布式电源出力波动以及系统故障等因素的影响极为敏感。因此,功率控制策略及电压波动是直流配电网建设与运行需研究的问题之一。

直流配电网控制策略主要有主从控制或下垂控制方式[1-2],文献[3-4]研究了分布式电源与储能、负荷之间的协调控制,以实现能量的优化配置。文献[5-7]研究了分布式电源接入直流微电网的电压与控制问题,侧重于电压控制方式实现以及系统电压稳定分析评估。文献[8-10]研究了各种控制策略对高压多端直流输电系统的功率分布与电压波动的影响,以及相应功率优化控制问题。可见,与多端直流输电系统相比,国内外对直流配电网的研究相对滞后,由于直流配电网可直接承担各种类型分布式能源与负荷接入的任务,研究直流配电网的控制策略和电压波动问题,对直流配电网建设以及新能源的开发利用具有重要的意义。

直流配电网是通过采用高功率电力电子技术以直流形式将各种电源、负荷以及储能设备联网运行的新型的电力网络[1]。例如,图1是一个典型的直流配电网拓扑结构,直流电源和负荷通过DC/DC变流器接入电网,交流电源及负荷由AC/DC变流器接入系统。本文提出以图1直流配电网为例,研究并建立包括AC/DC变流器和DC/DC变流器在内的直流配电网动态模型,并考虑分布式电源投入、退出以及输出功率波动等因素的影响,研究直流配电网的功率控制策略及其对电压波动的影响问题,以期为控制策略选择以及直流配电网的建设与运行提供技术参考。

1、变流器模型及控制

1.1 交流电源接口变流器

基于VSC技术的AC/DC变流器既可作为风机、燃气轮机等交流电源的并网接口,也可作为直流配电网与交流主网的接口。图2为典型的三相全桥AC/DC变流器拓扑,由全控型电力电子元件(IGBT)、直流电容、L型滤波器等元件构成[11]。

图2中,usa,usb,usc为交流电源三相电压;ia,ib,ic为变流器交流侧三相电流;uoa,uob,uoc为变流器交流侧三相电压;Udc为变流器直流侧电压;Ps,Qs为并网有功功率和无功功率;R和L分别为滤波器的等效电阻和等效电感。

1.1.1 AC/DC变流器数学模型

根据图2中AC/DC变流器结构参数和基尔霍夫电压定律可建立变流器交流侧的三相基波分量的微分方程组[11]：

根据式(1)可得基于Park变换的d-q同步旋转坐标系下的VSC数学模型为：

式中,ω为同步角频率,M为调制比,δ为触发角,usd,usq分别为电源侧电压d、q轴分量;id,iq为电流的d、q轴分量。

由于三相对称交流系统无零序分量,当d轴以电网电压向量定位时,即usq=0,并网有功功率和无功功率为：

式中,usd为恒定值（变流器稳定运行）,由式(3)可知,如果分别改变d、q轴电流分量id,iq,并网有功功率和无功功率随之改变,从而实现有功与无功的解耦控制。

1.1.2 功率控制器模型

AC/DC变流器控制器采用双闭环控制,外环控制器用于实现不同的控制策略;内环控制用于通过精细调节以改善电能质量。考虑usq=0,根据式(2)可得：

原标题：华北电力大学蒋智化，刘连光等：直流配电网功率控制策略与电压波动特性

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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