微電網(wǎng)運行-有功功率與無功功率控制課件.ppt

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1、微電網(wǎng)有功功率和無功功率控制§4-1微型電源控制器功能§4-2有功功率控制§4-3無功功率控制§4-4微型電源在不對稱負(fù)荷情況的運行和控制05九月2021§4-1微型電源控制器功能電力電子裝置可為微電網(wǎng)提供靈活的控制功能，從而使其同時滿足用戶和電力系統(tǒng)的需要。微電網(wǎng)控制必須保證新的微型電源加入到系統(tǒng)中時，不需要更改微電網(wǎng)中已有設(shè)備的運行狀態(tài)。微電網(wǎng)可以非常迅速和無縫隙地與大電網(wǎng)并列或解列。系統(tǒng)的有功功率和無功功率可以分別控制。電壓降落和三相不平衡可以得到校正。微電網(wǎng)能夠滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷的動態(tài)特性的要求。設(shè)計控

2、制器時最關(guān)鍵的是在微電網(wǎng)的正常操作中，各微型電源不必互相交流信息，每個微型電源控制器必須能夠有效地響應(yīng)系統(tǒng)的變化，而不需要來自于其它微型電源或本地其它設(shè)備的數(shù)據(jù)。微型電源控制器的主要功能：調(diào)節(jié)饋線上的潮流；控制每個微型電源接口處的電壓；當(dāng)系統(tǒng)處于孤島運行狀態(tài)時，保證每個微型電源能夠迅速承擔(dān)它所分配的負(fù)荷；微電網(wǎng)能夠自動平滑地進入孤島運行和重新與大電網(wǎng)并列的能力。05九月2021§4-1微型電源控制器功能一、有功功率和無功功率控制微型電源由三個部分組成，即微型發(fā)電系統(tǒng)、直流接口和電壓源逆變器。微型電源通過一個電

3、抗器連接到微電網(wǎng)。電壓源逆變器同時控制微型電源輸出電壓的幅值和相位。逆變器的輸出電壓U、微電網(wǎng)的本地電壓E以及電抗器的電抗X決定了微型電源輸出到微電網(wǎng)的有功功率P和無功功率Q，當(dāng)系統(tǒng)受到微小擾動時，P主要取決于功角δP，Q取決于逆變器的輸出電壓幅值U。這些關(guān)系構(gòu)成了有功功率調(diào)節(jié)和通過調(diào)節(jié)無功功率控制電壓的基本的反饋控制方法。05九月2021§4-1微型電源控制器功能若要將大量微型電源集成到微電網(wǎng)中，不能僅僅采用基本的P-Q控制，為保證微電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性必須實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。二、電壓傾斜控制若沒有電壓控制，具有

4、大量微型電源的微電網(wǎng)將可能產(chǎn)生電壓和無功功率振蕩。電壓控制必須確保電源之間沒有較大的無功環(huán)流，該問題與具有大型同步發(fā)電機的電力系統(tǒng)控制一樣。在大電網(wǎng)中，發(fā)電機之間的阻抗足夠大，從而減小了環(huán)流產(chǎn)生的可能性。在輻射型微電網(wǎng)中，較大無功環(huán)流問題非常顯著，當(dāng)出現(xiàn)很小的電壓參考值偏差時，環(huán)流可能超出微型電源的額定值。因此微電網(wǎng)需要電壓-無功電流傾斜控制，使得微型電源產(chǎn)生的無功電流更加偏于容性，本地電壓設(shè)定值減小。05九月2021§4-1微型電源控制器功能不僅具有微型電源，還有電能存儲裝置的微電網(wǎng)不僅可以運行在與大電網(wǎng)并

5、列運行的狀態(tài)，也可運行于孤島狀態(tài)。三、快速負(fù)荷跟蹤和電能存儲的需要當(dāng)微電網(wǎng)運行于孤島狀態(tài)時，微電網(wǎng)的負(fù)荷跟蹤能力可能成為問題，因為微型渦輪發(fā)電機和燃料電池的響應(yīng)速度比較慢，時間常數(shù)為10~200s，并且基本上沒有動能儲備。大型電力系統(tǒng)中的發(fā)電機的動能具有電能存儲的作用，當(dāng)新的負(fù)荷接入到線路上時，最初的能量平衡由系統(tǒng)的動能實現(xiàn)，這將導(dǎo)致系統(tǒng)頻率輕微下降。微電網(wǎng)不能依靠發(fā)電機的動能，必須采用某種形式的能量存儲，保證最初的電能平衡。微電網(wǎng)的能量存儲可為下述幾種形式：可在每個微型電源的直流母線上采用蓄電池或超級電容；

6、直接將交流電能存儲裝置(蓄電池、飛輪電能存儲裝置等)連接到微電網(wǎng)；或者采用較大動能的微型發(fā)電機等。在此我們僅假設(shè)在微型電源的直流母線上裝設(shè)有足夠容量的電能存儲裝置。05九月2021§4-1微型電源控制器功能采用先進的控制技術(shù)微電網(wǎng)能夠提供基本的潮流控制。四、孤島運行模式下實現(xiàn)功率分配的頻率傾斜控制在孤島運行模式，必須考慮每個逆變器產(chǎn)生的微小頻率誤差和需要改變逆變器的輸出功率來匹配負(fù)荷的變化等問題。每個微型電源的功率-頻率傾斜特性不需要復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)就能解決上述問題。當(dāng)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并列運行時，根據(jù)用戶的需要，

7、微電網(wǎng)中的負(fù)荷可同時從大電網(wǎng)和本地微型電源取用電能。當(dāng)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)斷開后，微電網(wǎng)中每個電源的電壓相位角將發(fā)生變化，導(dǎo)致本地電壓頻率明顯地下降。隨著頻率的下降每個微型電源根據(jù)其功率-頻率調(diào)節(jié)特性按一定比例增加其輸出功率，實現(xiàn)負(fù)荷分配的功能，不需要能量管理系統(tǒng)提供新的功率分配方案。05九月2021§4-2有功功率控制由同步發(fā)電機組成的電力系統(tǒng)，兩臺或兩臺以上發(fā)電機之間有功功率分配主要通過控制器的頻率傾斜特性實現(xiàn)。與由同步發(fā)電機組成的電力系統(tǒng)類似，微電網(wǎng)中分布式電源之間的負(fù)荷分配同樣采用頻率傾斜特性實現(xiàn)。在電力系

8、統(tǒng)中，頻率傾斜特性是發(fā)電機的慣性、負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)特性和轉(zhuǎn)速/頻率調(diào)節(jié)特性等的綜合，由電機的轉(zhuǎn)動慣量、與頻率相關(guān)的負(fù)荷以及調(diào)速器等實際的設(shè)備實現(xiàn)。在由分布式電源互聯(lián)所組成的微電網(wǎng)中，每臺分布式電源的頻率傾斜特性是通過其控制器的軟件來實現(xiàn)，實現(xiàn)分布式電源之間的負(fù)荷分配。分布式電源的控制器通常采用DSP實現(xiàn)，因此具有非常大的靈活性，不會受到電機的轉(zhuǎn)動慣量、頻率相關(guān)負(fù)荷、調(diào)速器的時間常數(shù)或原動機的時間常數(shù)等