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电力供应短缺是限制巴基斯坦能源发展的关键问题,巴基斯坦有近40%人口居住在偏远地区,甚至有的区域没有连接到主电网。对于这些地区的居民来说,集成多种可再生能源发电技术,形成分布式电源与负荷就地平衡的社区型独立微网,是脱离无电状态最可行的途径。而独立微网中,逆变型电源取代了常规的发电机组,其失稳形式不再是大电网中的功角失稳;由于独立微网的抗扰动能力弱,在大扰动下表现为电压和频率同时失稳,即其维持频率和电压暂态稳定的能力较弱,对于巴基斯坦社区型独立微网,由于缺乏柴油发电机或储能的支撑,必须通过负荷侧和电源侧控制策略的优化协调维持大扰动后微网的稳定运行。本文以巴基斯坦社区型独立微网为研究对象,重点研究了大扰动下独立微网的暂态运行特性,主要工作内容如下:
首先,结合巴基斯坦地区一次能源的分布特性和用电特性,建立了光伏电源、双馈异步风机和代表沼气发电站的微型燃气轮机的动态模型,以及光伏系统和双馈风力发电系统并网变流器的Vdc/Q控制和P/Q控制模型;建立了感应电动机的动态模型来模拟当地的工厂负荷,并在PSCAD中搭建了社区型独立微网的暂态稳定仿真模型。
其次,对含单感应电动机的微网系统进行分析,根据感应电动机的机械特性和等值网络大扰动稳定性的临界故障清除时间,得出电机参数及系统参数对大扰动稳定性的影响。并通过仿真研究了多感应电动机负荷的启动过程对独立微网暂态稳定运行产生的影响,提出了感应电动机的降压启动和叠加启动策略,可有效改善启动过程的动态特性,保障微网的稳定运行。
然后,研究了短路故障对微网中感应电动机负荷及分布式电源产生的影响,并在此基础上对分布式电源的控制策略进行了改进。提出了光伏系统的协调控制策略,在保证并网逆变器不过流的前提下根据不同电压跌落程度注入动态无功电流,对并网点电压起到支撑作用;当电压跌落程度较深时,斩波电路MPPT控制切换至Vdc控制,可在不增设硬件设备的前提下控制直流侧电压。提出了双馈风机的Vrms-Q控制策略,通过控制DFIG转子侧注入无功电流,使风机能够在故障期间提供无功功率支撑;在故障后的电压恢复阶段通过Vrms-Q控制对并网点电压进行无差控制,最后通过仿真验证该控制策略在改善故障后的电压恢复方面更具优势,比传统的低压穿越控制具有更好的动态特性。
首先,结合巴基斯坦地区一次能源的分布特性和用电特性,建立了光伏电源、双馈异步风机和代表沼气发电站的微型燃气轮机的动态模型,以及光伏系统和双馈风力发电系统并网变流器的Vdc/Q控制和P/Q控制模型;建立了感应电动机的动态模型来模拟当地的工厂负荷,并在PSCAD中搭建了社区型独立微网的暂态稳定仿真模型。
其次,对含单感应电动机的微网系统进行分析,根据感应电动机的机械特性和等值网络大扰动稳定性的临界故障清除时间,得出电机参数及系统参数对大扰动稳定性的影响。并通过仿真研究了多感应电动机负荷的启动过程对独立微网暂态稳定运行产生的影响,提出了感应电动机的降压启动和叠加启动策略,可有效改善启动过程的动态特性,保障微网的稳定运行。
然后,研究了短路故障对微网中感应电动机负荷及分布式电源产生的影响,并在此基础上对分布式电源的控制策略进行了改进。提出了光伏系统的协调控制策略,在保证并网逆变器不过流的前提下根据不同电压跌落程度注入动态无功电流,对并网点电压起到支撑作用;当电压跌落程度较深时,斩波电路MPPT控制切换至Vdc控制,可在不增设硬件设备的前提下控制直流侧电压。提出了双馈风机的Vrms-Q控制策略,通过控制DFIG转子侧注入无功电流,使风机能够在故障期间提供无功功率支撑;在故障后的电压恢复阶段通过Vrms-Q控制对并网点电压进行无差控制,最后通过仿真验证该控制策略在改善故障后的电压恢复方面更具优势,比传统的低压穿越控制具有更好的动态特性。