风力发电的基本模型如图 2-1所示,因为风力发电主要是由风机驱动。所以,如果了解风力电源对微电网的影响,那么首先应该了解风能的特性。建立风速模型比较复杂,根据不同的研究目的应该建立不同的风速模型。一般来说,用于风力发电对电网影响分析的风速模型需要进行一些简化。接下来把风速分为两部分,即起决定性作用的平均风速和叠加在平均风速上的各种扰动部分。 因此风速模型可以表示成一系列频率在 0.1-10Hz 的谐波分量总和。
一、 风机对微电网的影响
当大量风力机组接入电网后会引起大量的网损,引起电压闪变,同时会产生大量谐波和间谐波。当风机系统从电网中切除时,异步电机的自激磁会通过无功补偿的并联电容器组产生,有可能其他一些无功补偿装置也会引起异步机的自激磁,还有对短路电流的影响等。
当风力发电场接入电网后,电网的电压稳定性、静态稳定性以及动态稳定性都会受风电场的有功注入与无功消耗的影响。随着风力机组容量的不断增大,异步机QV 的特性引起电网接入点的节点电压稳定裕度下降,影响电压稳定性。在电容器投入并完成无功补偿要求之前,也会引起电压较大的变化[46-47]。
二、D-PMSG 机侧变流器传统控制方法
直驱型永磁同步发电机组机侧控制常采用转子磁场定向 SVPWM 矢量控制策略, 控制器皆为传统 PI调节器,控制框图如图 2.1 所示。
图1 D-PMSG 机侧变流器传统控制框图
当机侧电流反馈中含有 h 次谐波信号,转换至转子同步旋转坐标系下时,正序 h 次谐波与负序 h 次谐波分别以 h − 1 次和 h + 1 次谐波信号存在,传统 PI调节器仅能对旋转坐标系下直流信号进行无差调节实现对永磁电机的控制,而无法实现对交流信号的稳态无差调节,以消除谐波。如果需要对谐波进行处理,则需将谐波提取出来,转换至角速度为 hω 的旋转坐标系下,分别对谐波信号进行调节,需要多次进行派克与反派克变换以及比例积分调节,增大了控制算法的复杂性,以 3 次谐波为例,如图2.2 所示。图2 3 次谐波电流PI 控制框图
三、D-PMSG 谐波电流控制策略
传统 PI控制器在同步旋转坐标系下,能有效实现直流信号稳态无差控制,其中积分信号用于消除系统稳态误差。当需要对交流信号进行控制时,需将交流信号转换至直流信号进行控制再转换回交流信号。
将上述转换过程直接通过传递函数转换,其转换过程可以由式(1)描述,推导过程如下公示所示:
四、 LCL滤波电路的设计原则
当网侧PWM变流器与电网直接连接的时候,虽然输出电流的谐波畸变率通常低于5%,但是输入电网的电流中含有许多由于采用PWM调制导致的高次谐波,对电网会造成污染,也会影响到电网上其他EMI敏感设备,使其受到干扰。一般情况下,解决这一问题的典型方法即在电网与PWM变流器之间串联电感作为滤波器。然而,为了减小开关频率附近的高次谐波,需要采用电感值较大的电感。对于大功率设备通常在几个兆瓦,大电感值的电抗器造价相当昂贵,而且系统的动态性能也会变差。LCL型滤波器滤除高次谐波的效果和电感滤波器一样好[48],而且LCL滤波器的总电感值比较小,这在大功率设备上应用是一个很重要的优点。不过LCL滤波器的设计比较复杂,在文献[49]中对LCL滤波器参数的限制条件及设计步骤做了介绍。
当网路突然中断补偿时,应急供电的电能应选择蓄电池组做应急供电电源,
当蓄电池组的电压接近蓄电池组的过放电电压时,系统给出报警。对光伏阵列而言,在给定日照情况下,光伏阵列短路时,此时电流为短路电流。当光伏阵列电压上升时,输出功率从零开始增加当电压达到一定数值时,功率可达到最大输出电压继续增大时,功率开始减小并最终减小为零。光伏阵列输出功率最大的点称为最大功率点该点所对应的电压称为最大功率点。由于太阳光照强度和工作温度不同,最大功率点是也是飘忽不定的,因此光伏发电对电网的输送也不是恒定的,这就对微电网的统一功率协调产生了比较大的难度。
先对太阳能电池的输出电压 V和电流 I 进行连续的采样,并将每次采样的一组电压电流数据相乘折合成功率值 P,然后减掉上一次采样得到的功率值,
即为功率差分值。当功率达到最大值时满足式
令
,则当
时
, 即可近似认为达到最大功率点。
如果
说明太阳能电池阵列输出功率为电压减少的方向。
通过这些判断,利用光伏 Agent 控制,可以让光伏元件达到所需要的输出效果。
四、含非线性及不平衡负荷的微电网控制策略
微电网中非线性不平衡负荷将增加电压不平衡度增大总谐波畸变率,影响微电网电能质量。文中提出一种基于d q坐标瞬时功率理论的补偿算法,根据测量的非线性不平衡负荷瞬时电流和通过滤波算法得到或设定的其他电源提供的电流计算分布式电源电压源逆变器 VSI 的参考电流,在补偿算法中增加倒下垂控制实现微电网不同运行模式间的平滑转换,针对同时包含非线性不平衡负荷和线性平衡负荷的微电网提出了并网和孤岛时分布式电源负荷的分担方式和控制策略,利用PSCAD EMTDC仿真软件验证了该算法的正确性和微电网控制策略的有效性。
结束语
随着工业负荷的不断发展及电力电子设备的大量应用,非线性负荷己经成为电力系统负荷的重要组成部分。据统计,目前20%的电力负荷通过各种形式的功率交换来实现,所造成的谐波污染对电力系统危害巨大,交流电弧炉、轧机等大量冲击性负荷引起的电压波动及闪变更是人们头疼的问题…。总之,非线性负荷对区域性电网甚至整个电力系统的影响表现十分明显与突出,分析非线性负荷的谐波特性具有举足轻重的意义。