交直流混合配电系统仿真研究

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能源短缺、环境恶化是当今人类所遇到的最大范围的公共危机,向低碳环保电力转型已成为我国甚至世界电力行业发展的大趋势。新能源的开发利用,将很有可能成为未来电力行业的重要支柱。然而,在低压配电网分布式能源并网迅速增加的同时,新能源种类和应用形式也变得日益复杂,加之直流负荷的大规模接入电网导致交流配电网的变能环节与之增多,从而超出了传统交流配电网的接纳能力。利用直流技术加强传统交流配电网,构建交直流混合配电系统则能够独立满足各类能源和负荷的接入、实现负荷控制等目的。同时还对配电系统的电能质量、可靠性、经济性以及运行效率具有重要的现实意义。本文所设计的基于柔性背靠背技术的交直流混合配电系统,是通过控制多端口的电力变流器进而完成母线之间能量的变换及控制、多种新能源的并网发电;借助于直流母线电压的协调控制,完成储能系统、直流负载以及分布式电源的接入等。同时提出了该系统控制策略,并在电磁暂态仿真程序PSCAD中搭建了相应的仿真模型,并对其运行特性进行动态仿真分析。首先,研究了交直流混合配电系统的整体结构,分析了电压源换流器运行原理,并通过PARK变换建立了d-q旋转坐标系下的数学模型。同时,也阐述了风力发电系统、光伏发电系统和储能系统的运行特性。其次,设计了交直流混合配电系统的中心控制策略。对两个电压源换流器的控制策略为:一个采用定交流侧有功功率和无功功率,而另一个则采用定交流侧无功功率和直流母线电压,并采用双闭环控制系统,而内环运用解耦控制策略。根据时间响应和应用场景,设计了三个层次的中心控制策略,即中心控制层、装置控制层以及器件控制层,用以维持系统的功率平衡和电压的稳定。为了提高配电系统运行的稳定性,在中心控制级中添加一个附加功率控制模块,以达到快速跟随功率变化的目的,实现多变流器对功率平衡的同时调节。最后,对电磁暂态仿真程序PSCAD进行简单介绍,并在该仿真软件中,依据所建立的数学模型和提出的控制策略搭建相应的仿真模型。同时,在各种运行模式和扰动工况下,对其运行特性进行动态仿真分析,验证交直流混合系统可行性的同时,也表明控制策略的有效性。
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