直流配电网中旋转电机的可控惯性控制策略-电力自动化设备.PDF

第３８卷 第１０期 电 力 自 动 化 设 备 Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．１０ 　　　 ２０１８年１０月 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｏｃｔ． ２０１８ 直流配电网中旋转电机的可控惯性控制策略 付　 媛，黄馨仪，徐　 岩，白聪聪 （华北电力大学 新能源电力系统国家重点实验室，河北 保定 ０７１００３） 摘要：分析直流配电网电压动态变化过程中电容器储能与旋转电机机械动能之间的能量转换关系，阐述基于 虚拟电容的直流电压惯性的定义，提出适用于直流配电网中旋转电机改善电压惯性的控制策略。 该控制策 略通过引入电压波动信号，分别修正同步电机侧变流器的电流控制以及变速风电机组的功率曲线系数，将２ 种发电机组的转速与配电网直流电压相互耦合，使２种发电机组均可在系统电压变化过程中释放或吸收旋 转动能，并通过模拟电容器充放电过程中的能量变化，为直流电压提供惯性支持。 通过建立６ 端直流配电网 仿真系统，验证所提控制策略在系统功率不平衡后，能利用同步发电机和风电机组提供的电压惯性支持，有 效地抑制直流电压波动，从而提高系统暂态稳定性。 关键词：直流配电网；电压暂态稳定性；旋转电机；虚拟电容；惯性控制 － 中图分类号：ＴＭ７２１．１ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６０８１／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００６ ６０４７．２０１８．１０．００６ ０　 引言 能装置来改善直流微电网的系统惯性，但超级电容 器能量密度低，蓄电池成本较高，且未考虑蓄电池的 新能源的大规模开发利用要求未来电网不仅能 暂态响应。 随着直流电网暂态特性研究的不断深 保证高效安全的电能供应，还须能承载大量分布式 入，直流系统的惯性不足被视为其暂态稳定性弱于 电源和多样化的负荷用电要求。 若以直流方式构建 交流系统的关键因素，尤其在目前广受关注的直流 配电网，不仅避免了新能源、直流及变频负荷两级换 故障特性分析中被多次提及，且尚未得到合理解 流，使得负荷与电源间电气隔离，还可改善并网环境 决［１４⁃１５］。 改善直流系统的暂态稳定性首先需要解决 ［１⁃３］ 和电能质量 。 但直流系统中存在大量旋转电机， 系统电容不足引起的低惯性问题，即要求直流电网 由于变流器的隔离作用使旋转电机机械部分和电气 具备可控惯性控制技术，使其能够虚拟出可控电容 部分解耦，无法响应直流系统电压变化，且含有大量 改善电压惯性，进而快速抑制直流电压波动。 旋转动能无法支持系统功率，导致系统惯性较低，其 为改善直流配电网的电能质量，提高系统暂态 ［４⁃７］ 暂态稳定问题远比传统交流系统严峻 。 稳定性，充分利用直流电网中旋转电机的机械惯量 目前关于提高直流配电网暂态稳定性的相关研 潜力，本文在给出直流电网惯性概念的基础上，拓展 究还较少。 文献［８⁃１０］在变速恒频风电机组最大功 出虚拟电容的概念，深入分析具备功率支持能力的 率点跟踪 ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）控 旋转电机通过虚拟电容对直流系统进行惯性支持的 制中引入频率变化量，提出附加惯性控制和改进 机理，并针对同步发电机和变速风电机组各自的运 ＭＰＰＴ控制的虚拟惯性控制策略。 上述虚拟惯性控 行特点，分别提出相应的可控惯性控制策略，为直流 制策略能改善系统频率暂态稳定性，虽然不适用于 电压提供支持作用，从而