孤岛模式之微网特性优化控制策略概述

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1、孤岛模式之微网特性优化控制策略概述1绪论1.1微网技术产生背景及研究现状随着世界经济快速发展和人口规模的持续扩大，全球能源消费增加迅猛，英国石油公司BP(BPAmoco)公布的《BP2030世界能源展望》中提到，2010年至2030年，世界一次能源消费预计年均增长1.6%，到2035年全球能源需求将增长三分之一以上，其中60%的需求增长来自中国、印度和中东地区。在世界能源消耗不断增加的形式下，全球能源枯竭问题日趋严峻，化石燃料价格在过去十年涨至纪录新高，其中石油年均价格在2007-2011年期间比1997-2001年期间高出2

2、20%,煤炭价格上涨了141%，天然气价格上涨了95%⑴。2020至2030年，中国及印度等非经合组织国家的可再生能源发电增量将会超过美国等经合组织国家、化石燃料价格上涨以及技术成本的降低，促使可再生能源发展成为全球能源结构中不可分割的重要组成。BP公司公布的1990-2030年世界一次能源的比重变化如下图：图中，虚线以左为实际数据，虚线以右为预测数据。由上图可见，在这段时间内，增长速度最快的燃料类型是可再生能源。国际能源署IEA(InternationalEnergyAgency)2012年公布《可再生能源市场中期报告》中称

3、，2015年可再生能源将成为全球第二大电力（相当于煤发电量的一半），其发电量到2035年将接近煤约占电力产量的三分之一[2]。IEA的《可再生能源市场中期报告》也对全球及中国的可再生能源发电量进行了预测。1.2微网的控制主从控制系统的结构如图1-3所示，采用这种控制方法时，系统中必须存在一台具有电压和频率支撑功能的主电源，主电源多采用恒压恒顏控制(V/f控制）[65，66]，其它分布式电源称为从电源，从电源多采用恒功率控制（PQ控制）[67，68]。在并网运行状态下，主、从电源均釆用PQ控制策略，当系统

4、j换至孤岛状态后，主电

5、源切换至V/f控制方式，为系统提供频率及电压支撑，主电源的输出功率跟随负荷变化，各从电源依然保持PQ控制策略不变。根据现有的研宄可知，主电源可大致分为三类：（1)基于电力电子装置与电网接口的储能装置，该类主电源控制灵活，响应速度快，但由于储能装置的能量存储值有限，使其在负荷较重或较轻工况下，无法实现长期放电或充电运行，因此，采用该类装置作为主电源的微网无法长期运行在孤岛状态。（2)基于旋转发电设备与电网接口的微型燃气轮机，该类主电源输出稳定，可实现微网的长时间稳定运行，但由于该类主电源的惯性较大，使其存在响应速度慢的特点，该特

6、点将导致系统在模式切换过程或大负荷波动工况时电能质量的降低。（3)储能装置及微型燃气轮机共同组成主电源，该类主电源在模式切换过程、大负荷波动工况时釆用储能装置作为支撑，在孤岛模式下采用储能装置和微型燃气轮机共同实现支撑，既可保障系统的电能质量，也可实现微网的长期孤岛运行。2微网孤岛模式下的小信号建模及稳定性分析2.1小信号稳定性分析方法小信号稳定即小干扰稳定，是指系统遭受到小扰动后保持稳定运行的能力，小扰动是指扰动造成的影响足够小，可实现对系统模型的线性化且不影响分析精度[124，125]。对于电力系统这样的非线性系统而言，系

7、统内的负荷的随机增减、参数缓慢变化等都属于小扰动的范畴，一个稳定的电力系统，首先必须满足小信号稳定，否则，即使在稳态工况下，系统也无法正常运行[126]。微网内含有大量电力电子装置，系统的模型呈现非线性特性，而其内部的负荷增减、参数变化等于传统电力系统相类似，也可将其划分为小扰动范围，因此，可采用小信号稳定性分析方法对微网的静态稳定性进行分析。系统的状态可采用任意一组n个线性独立的变量进行描述，这组变量即称为状态变量。状态变量的选取不具有唯一性，同一个系统可能有多种不同的状态变量选取方法，状态变量与系统的输入量一起为系统行为提

8、供完整的描述。状态变量也不一定在物理上可测量，有时只具有数学意义，而无任何物理意义。状态变量的选择方式不唯一，即表明：表示系统状态信息的方式不唯一，但并不意味着任何时刻系统的状态不唯一，只是选择任意组状态变量均能够提供相同的系统。..2.2集中式负荷系统的小信号建模在孤岛模式的微网中，各节点的电压特性参数是系统主要的状态描述之一，因此，本文建模时主要选取系统的电压特性参数为状态变量。考虑到多个DSMS接入同一节点时,各DSMS的电压一致，而FMS对节点的电压特性无影响，因此，本文主要研宄每个节点至少含有一个DSMS的微网小信号

9、建模方法，本节建模采用多DSMS和FMS组网的系统如下图所示：由2.1节小信号模型计算方法描述可知，在得到任意系统的状态方程后，应将其在小扰动条件下进行线性化计算，进而得到系统小信号模型，线性化的方法如式(2-8)所示。由式(2-8)可知，任意状态变量和输入变量的系数在线性化