直流微网的暂态电量分析与惯性控制研究

作     者：甄栋夫 

作者单位：华北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付媛

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：直流微电网 暂态电量 虚拟惯性 电压质量 风电机组 双向惯性 

摘      要：近年来,随着生态文明建设大力推进,可再生能源已成为助力“双碳目标落地见效的主力军,以新能源为主体的分布式发电技术以及由分布式发电组建成的直流微电网受到广泛的关注。作为未来能源互联网的重要支撑环节,直流微电网具有换流环节少、线路线损小、传输容量高,控制结构简化等优点。但与常规电网相比,直流微电网惯性低,负荷功率波动容易诱发直流母线电压稳定性问题。因此,针对直流微电网系统的惯性控制研究已成为当前提高电网系统稳定性的重要课题。本文完成的主要工作和成果如下:(1)建立直流微电网系统的等效电路模型,分析系统组成单元的数学模型、控制方式及工作原理。在MATLAB/SIMULINK仿真软件中搭建了包含风力发电单元、蓄电池单元、并网逆变单元以及负荷单元的直流微电网模型,为后续工作的开展提供坚实基础与研究平台。(2)阐述系统固有惯性并分析其稳定运行特性。利用所建立的模型,分析恒功率负荷变化以及直流电压波动后系统电压运行点移动轨迹和暂态电量变化过程,根据系统各端电量关系进行系统稳定运行分析,提出基于暂态电量的直流微电网电压稳定判据。(3)基于暂态电量理论提出暂态电量惯性控制策略与双向惯性控制策略。利用“等电量原则将直流电压变化引入到风电机组换流器的控制中,通过在机侧变流器引入附加功率信号,提出一种附加电量的暂态电量惯性控制策略,增强了系统稳定支持能力。为进一步完善系统惯性控制效果,在暂态电量惯性控制的基础上,利用附加功率信号的正负调控机制对功率跟踪系数完成优化,提出了风电机组的双向惯性控制策略,该策略在负荷波动阶段,采用增强惯性控制以提高系统惯性;在电压恢复阶段,则采用削弱惯性控制以减小系统惯性,促进电压快速恢复,使系统惯性响应能力在不同调压阶段实现了双向灵活调节。(4)仿真验证所提理论与控制策略的合理性、有效性。在仿真软件中搭建多端直流微电网仿真模型,通过仿真实验验证所提控制策略的作用效果。结果表明所提控制策略能有效提高直流微电网惯性的灵活调节能力,使系统的电压质量的到明显改善。