【摘 要】
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现阶段,我国海岛、极区和边远地区要想发展必定离不开安全可靠的电力输入,但是对于现阶段大多数海岛边远地区来说,电力输送问题还是没有得到很好的解决,电能质量不高、稳定性差,甚至还有很多无电区。这种情况的形成大多与其特殊的地理位置或气候有关。由于这些地方一般远离内陆且位置较为分散,所以基本只能靠燃油发电进行电力输出,而燃油运输的过程不仅价格昂贵,而且也无法保证按时给上述地区及时供油;从国家的角度来说,工
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现阶段,我国海岛、极区和边远地区要想发展必定离不开安全可靠的电力输入,但是对于现阶段大多数海岛边远地区来说,电力输送问题还是没有得到很好的解决,电能质量不高、稳定性差,甚至还有很多无电区。这种情况的形成大多与其特殊的地理位置或气候有关。由于这些地方一般远离内陆且位置较为分散,所以基本只能靠燃油发电进行电力输出,而燃油运输的过程不仅价格昂贵,而且也无法保证按时给上述地区及时供油;从国家的角度来说,工业化的飞速发展已经消耗了大量的一次能源,这种消耗带来的后遗症是排出大量温室气体,这直接导致了全球温度升高甚至是全球变暖,现在解决此类问题的办法就是加速清洁能源代替传统一次能源。而海岛、极区和边远地区等地也恰好含有丰富的清洁能源,因此新能源发电互联系统应运而生,系统的出现不仅较好地解决了海岛和边远地区电力用户的用电需求,甚至可以使用清洁能源进行海水淡化。随着陆地污染越来越严重,人们逐渐对海岛和边远地区的保护和开发重视起来,世界各国在这方面的研究进展参差不齐,但是都已经开始投入研究,我国是人口大国,地大物博,对于此方向的研究也早已经开始。而与传统电网不同的是,由分布式电源、储能装置和本地负载组成的供用电系统其电力供给需经过变流器接入系统,而变流器是由电力电子器件构成,具有惯性小、控制灵活等特点,所以无法用传统的控制方式来进行频率和电压的支撑。因此,如何对这种新型的互联系统进行稳定性分析、如何对其进行控制从而使负荷能够得到和传统电力系统一样可靠的电能是需要研究的问题。本文从四个角度出发对互联系统进行研究。1)首先,从运行稳定性的角度出发,针对互联系统的稳定性进行了研究。与传统电网相比,互联系统具有供电灵活性强,设备利用率高、装机容量小,运行更经济等优点,但是与之不同的是:在分析稳定性时,互联系统的变流器动态响应较快,若要对其内部结构和控制回路进行建模,则需要重新建立适用于其的模型。因此对含下垂控制支撑微源(Droop-control Surpporting Micro Source,DSMS)、虚拟同步发电机支撑微源(Virtual Synchronous Generator Surpporting Micro Source,VSGSMS)和供电微源(Feeding Mircro Source,FMS)的互联系统进行了建模,并以IEEE-9节点系统为例进行分析。首先,对整个系统进行建模,并通过建模结果计算出系统稳定的关键参数,确定系统临界稳定的取值范围,为互联系统参数设计提供了参考。然后,通过参数设计降低了敏感参数对互联系统稳定性的影响,并运用灵敏度分析对系统参数优化方案进行了设计,使得互联系统稳定性得到提升。2)其次,从电能质量的角度出发,对互联系统的二次控制进行了研究。受到协同控制技术的启发,该控制器利用局部信息和近邻通信共同执行二次控制动作。频率控制器在保持分布式电源之间有功功率均分的同时,将微网频率快速调整到其标称值。电压控制器在电压调节和无功功率分配这两个相互冲突的目标之间提供了一个简单而直观的权衡。这种设计不需要知道系统的拓扑结构,阻抗或负载。分布式二次控制结构兼具灵活性和冗余性,从而消除了对中央微网控制器的依赖,达到了互联系统灵活性运行的目的。3)然后,从经济性的角度出发,对含集群的互联系统的发电成本和容量约束进行了考虑。提出了一种面向集群的两层协同(two-layer cooperative,TLC)结构的二次电源管理策略,在二次控制过程中同时实现每个集群内所有分布式电源之间的功率分配要求和多个集群之间的经济功率分配要求。在该框架下,所有簇头微源组构成上层控制层,使多个集群簇之间能够进行经济合理的功率分配;所有非簇头微源组构成下层控制层,允许每个集群簇之间进行功率分配调整。所有TLC框架产生的功率不匹配都反馈到一次控制中,以产生频率/电压的额定设定点。值得注意的是,下层和上层的控制器都是基于稀疏的两层网络设计的,允许每个集群中有不同数量且种类不同的分布式电源,从而体现了互联系统的多样性。4)最后,从供电可靠性的角度出发。受双层协同控制的启发,当系统发生永久性故障时,为了保证供电可靠性和经济性,应对互联系统进行故障自愈控制。首先对系统进行孤岛划分,接着利用拟牛顿遗传算法(GA-BFGS)进行故障重构恢复,此种算法结合了拟牛顿算法和遗传算法的优点,是一种搜索性较强,收敛速度较快的算法。通过该算法的网络重构和故障恢复,可以使互联系统抗故障能力得到明显提升。
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