瞬时重负荷对直流配电网的影响及其解决方案研究

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相对于传统的交流配电网,直流配电网在分布式能源接入、供电可靠性提高、降低损耗等方面具有巨大的优势,具有广阔的应用前景,引起了国内外广泛的关注与研究。然而,直流配电网采用大量电力电子器件,动态元件和非线性环节较多,系统中各部分交互特性复杂,具有低惯量、弱阻尼的特点。当电机起动及系统冷负荷启动时,系统吸收功率远超正常运行时的功率,瞬时重负荷现象明显,会对直流配电网造成严重的冲击,使其产生稳定性及电能质量问题。因此,为了分析瞬时重负荷对直流配电网运行的影响,研究相应的解决方案,本文对此开展了如下研究。
  首先,本文简要概述了直流配电网的发展现状,介绍了当前存在的典型直流配电网工程,分析了直流配电网不同结构的应用;研究了直流配电网的分层控制,探讨了系统级控制中不同控制方式的优劣,分析了换流器级控制及阀级控制的实现过程,确定了稳定性分析、电压质量研究所需的直流配电网结构及控制。
  然后,分析了瞬时重负荷对直流配电网稳定性的影响,研究了相应的解决方案。首先,利用状态空间模型分析了直流配电网的稳定性,建立了换流站、直流线路、光伏、直流负荷的微分代数方程,在稳态点线性化建立了直流配电网的小信号模型,并通过PSCAD仿真验证了该模型的正确性;其次,利用所建立模型的状态矩阵的特征值分布,研究了瞬时重负荷对直流配电网稳定性的影响,结论是瞬时重负荷会导致模型部分特征值实部由负变正,因此会造成直流配电网失稳;最后,研究了控制参数优化及附加阻尼控制在提高直流配电网稳定性方面的应用并进行了验证,发现两种方法都能提高瞬时重负荷时直流配电网的稳定性。
  最后,分析了瞬时重负荷对直流配电网电压质量的影响,研究了相应的解决方案。首先,研究了直流配电网中主站的稳态运行范围,分析了瞬时重负荷造成的主要直流配电网电压质量问题:电压暂降与暂升、电压偏差。然后,通过建立描述直流母线电压动态特性的微分代数方程,并进行合理的简化,在不显著影响精度的情况下给出了直流电压的解析表达式,利用表达式分析了直流电压暂降与暂升的影响因素,得到的结论是:随着整流侧外环比例参数、控制参数的增大,直流配电网电压暂降与暂升的程度降低。除此之外,本文还通过分析MMC过调制,研究了瞬时重负荷时直流配电网产生的电压偏差:直流母线电压降低导致系统过调制,此时直流配电网主站输出的最大功率低于额定电压下能输出的最大功率,易导致瞬时负荷结束后直流配电网主站输出功率无法满足要求,使系统产生电压偏差。最后,研究了储能支撑的解决方案,并利用仿真进行了验证,发现该方法能够有效改善瞬时重负荷时直流配电网的电压质量。
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