【正文】 部電網(wǎng) 運(yùn)行時(shí)出現(xiàn) 故障 ，則 DG 將 與配電網(wǎng)隔離進(jìn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng) 電網(wǎng)故障 恢復(fù) 后 ， 這時(shí)要求 DG 能夠平滑地與配電網(wǎng)并網(wǎng) 。微電網(wǎng)系統(tǒng)與外部電網(wǎng)通過(guò)隔離裝置連接。 微電網(wǎng)中的若想改變系統(tǒng)潮流分布的方式只能通過(guò)改變負(fù)荷的大小、電源或調(diào)整電源間負(fù)荷分配關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可能不能滿足安 全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)第 1 章 緒論 3 供電的要求。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀 文獻(xiàn) [2]中說(shuō)明微電網(wǎng)能夠配合大電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行比較穩(wěn)定安全的供電，但是微電網(wǎng)在模式轉(zhuǎn)換過(guò)程中仍然存在較大的波動(dòng)。隨著可再生能源的 發(fā)展 ，微電網(wǎng)的 應(yīng)用越來(lái)越廣泛 ，儲(chǔ)能 系統(tǒng)的技術(shù)也在不斷發(fā)展 ，儲(chǔ)能技術(shù)在微電網(wǎng)中將 越來(lái)越重要并應(yīng)用的更加廣泛 [3]。仿真結(jié)果驗(yàn)證了微 電 網(wǎng)計(jì)劃孤網(wǎng)的可靠 性和孤網(wǎng)控制方法的 正確性，當(dāng)故障恢復(fù)后微電網(wǎng)再次與配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)， 不管用什么控制方式，微電網(wǎng)都不能平滑的并網(wǎng)，因此要 對(duì) 各個(gè) 微 電燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 4 源 輸出功率 重新調(diào)整， 使 微 電 網(wǎng) 能夠 平滑過(guò)渡。 Adly Girgis與 Sukumar Brahma 提出 [9,10]，由于 DR 主要接入配電網(wǎng)中，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是輻射型的， DR 的接入將其變?yōu)榄h(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這必然引發(fā)原有保護(hù)不匹配問(wèn)題，二人對(duì)此提出了新的保護(hù)方法，即自適應(yīng)保護(hù)的 方法，并且提出了新的分區(qū)理念，將系統(tǒng)化分為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域中 DR 與負(fù)荷之間達(dá)到平衡， DR 的容量相對(duì)要大些，并且在每一個(gè)區(qū)域內(nèi)，應(yīng)該有一臺(tái)DR(通常是該區(qū)域內(nèi)容量最大的一臺(tái) )可以控制負(fù)荷頻率，但其缺點(diǎn)也很明顯，斷路器因故障拒絕動(dòng)作，因此導(dǎo)致隔離失?。浑娮栊怨收蠒r(shí)，保護(hù)可能會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，所以它不適用于 DR 低滲透率的配電網(wǎng)絡(luò)。 因此為了能夠更好地描述柔性交流輸電系統(tǒng) (FACTS)更好地研究 FACTS，關(guān)鍵要建立一個(gè)正確反應(yīng) FACTS的數(shù)學(xué)模型 。 輸出建模方法比較簡(jiǎn)單， 一般情況下 將 系統(tǒng)簡(jiǎn)單地視為 一個(gè)電流源或電壓源外接阻抗， 然后加入系統(tǒng) 本身的一些約束條件，得到 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 ，但 是該方法沒(méi)有考慮系統(tǒng)的內(nèi)部信息 ， 對(duì)于研究系統(tǒng) 的內(nèi)部特性 有一定的缺陷。FACTS設(shè)備 至少 有以下 三個(gè)功能： 實(shí)時(shí) 在線地 監(jiān)控電網(wǎng) 系統(tǒng)的運(yùn)行 情況 ， 特別是當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行在 不穩(wěn)定和功率振蕩 的 狀態(tài) 時(shí) ；能根據(jù) 監(jiān)控 到的 運(yùn)行情況得到相對(duì)應(yīng)的最有利的 控制策略；能夠 得到 改變 控制 策略 所需 的有效 信息。多電平變換器是在 方波變換器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，必須與變換器疊加技術(shù)聯(lián)合使用才能獲得好的性能。對(duì) UPFC的系統(tǒng)應(yīng)用的研究一般采用 MATLAB和 EMTP(電磁暫態(tài)仿真 )仿真或通過(guò)動(dòng)模試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。 全文研究?jī)?nèi)容主要分為如下四個(gè)部分。本文對(duì) UPFC 的工作原理進(jìn)行了分析，并分析了 UPFC 的基本控制功能，研究了 UPFC 在微電網(wǎng)中的潮流控制作用，為設(shè)計(jì) UPFC 潮流控制策略奠定了基礎(chǔ)。建立了基于 UPFC 的微電網(wǎng)潮流控制的仿真模型，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。 微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 熱 熱 熱熱 熱 熱 熱 熱熱 熱 熱 熱熱 熱 熱熱 熱 熱 熱 熱熱 熱 熱熱 熱 熱熱 熱 熱 熱熱 熱 熱 熱 熱熱 熱 熱 熱熱 熱 熱 熱 熱熱 熱 熱 熱 熱 熱熱 熱 熱 熱熱 熱 熱 熱熱 熱熱 熱熱 圖 21 微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 微電網(wǎng)仿真模型研究的主要內(nèi)容是由分布式電源構(gòu)成的微電網(wǎng)的系統(tǒng)模型，本文整個(gè)系統(tǒng)仿真模型用發(fā)電機(jī)代替了分布式電源，本章將對(duì)光伏電源和風(fēng)力發(fā)電電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。第 1種是 將光伏電池 的內(nèi)部電阻全部忽略不計(jì)的 簡(jiǎn)單模型，該模型在 對(duì) 光伏電池 進(jìn)行 理論研究 時(shí)有較多的應(yīng)用 ；第 2種模型是 除了 光伏電池 的 并聯(lián)電阻 外其他的電阻全部忽略的 模型，該模型 雖然有較高的精度 ， 但是很少用于實(shí)際研究中 ：第 3種模型 時(shí)電池的所有電阻均不能忽略，研究 時(shí)考慮串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻，具有較高的精確度， 其等值電路模型如圖 22所示。 Rse與 Rsh相比， Rse相對(duì)電阻很低 ，小于 1歐姆；而 Rsh相對(duì)電阻就很高 ，約幾千歐姆。 風(fēng)力發(fā)電越來(lái)越重要， 中國(guó)新能源戰(zhàn)略 已經(jīng)開(kāi)始將其 作為重點(diǎn)，按照國(guó)家規(guī)劃，未來(lái) 13年， 在 全國(guó) 范圍內(nèi) 風(fēng)力發(fā)電裝機(jī) 總 容量將達(dá)到 20xx萬(wàn)至 3000萬(wàn)千瓦。而 在大型風(fēng)力發(fā)電廠還是主要應(yīng)用后兩者。 通過(guò)控制葉片的槳距角來(lái)控制旋轉(zhuǎn)速度， 在正常運(yùn)行 情況 時(shí)， 調(diào)節(jié)槳距角 來(lái)實(shí)現(xiàn)恒速運(yùn)行。軟 啟動(dòng) 裝置的作用是 減小 風(fēng)力機(jī) 接入 和 斷開(kāi) 時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流， 端口處接入 并聯(lián)電容器是為感應(yīng)發(fā)電機(jī)提供 無(wú)功補(bǔ)償 來(lái)調(diào)節(jié) 輸出端口 電壓。 D F IG熱 熱 熱 熱 熱 熱 熱熱熱熱熱熱 熱 熱 熱 熱 熱熱 熱 熱熱 熱 熱 圖 24 雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī) 該發(fā)電機(jī) 主要由風(fēng)速、風(fēng)輪、雙饋發(fā)電機(jī)、變頻器、勵(lì)磁系統(tǒng)、控制檢測(cè)系統(tǒng)組成。 變頻器對(duì)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁，控制定子 使其 發(fā)出恒定頻率 的電能，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的“軟連接 ”。為了克服這些缺點(diǎn)，采用風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一種趨勢(shì)。 其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在： (1)該電機(jī) 直接驅(qū)動(dòng)， 系統(tǒng)簡(jiǎn)潔 ，降低了噪音， 可靠性 得到 了 提高； (2)新型永磁發(fā)電機(jī) 具有 體積小、重量輕、效率高 等優(yōu)點(diǎn) ， 從而 提高了機(jī)組容量系數(shù)； (3)該電機(jī) 運(yùn)行時(shí) 無(wú)需 建立磁場(chǎng) ，因此不 需 從系統(tǒng)中得到 吸收無(wú)功功率 ，改善了 系統(tǒng) 的功率 因數(shù) ； (4)控制變頻器的調(diào)制比 就 可以 進(jìn)行潮流控制 ， 當(dāng) 系統(tǒng)故障時(shí) 向系統(tǒng) 提燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 14 供無(wú)功 功率 ， 使 電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性 得到大大地 提高。 圖 27 微電網(wǎng)仿真模型 4 0 0 000 . 0 50 . 1 0 . 1 50 . 204 0 0 08 0 0 0t / sP/W Q/VarPQ0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 50 . 21234x 1 04t / sP/W Q/VarPQ 圖 28 B1 處的有功潮流和無(wú)功潮流分布 圖 29 B3 處的有功潮流和無(wú)功潮流分布 由圖 28 可知 B1 處的有功和無(wú)功潮流分別為 和 ， 由圖29 可知 B3 處的有功和無(wú)功潮流分別為 和 ，所以 Load2 處的功率由 B B3 共同提供。 0 0 . 0 5 0 . 10 . 1 50 . 2 4 0 0 004 0 0 08 0 0 0t / sP/W Q/VarPQ00 . 0 50 . 1 0 . 1 5 0 . 22345x 1 04t / sP/W Q/VarPQ 圖 212 B1 處有功潮流和無(wú)功潮流分布 圖 213 B3 處有功潮流和無(wú)功潮流分布 由圖 21 213 可知 B B3 兩處的潮流都發(fā)生了變化，但是有功潮流和無(wú)功潮流之和與負(fù)載保持一致。并且對(duì)未架設(shè) UPFC 的微電網(wǎng)進(jìn)行潮流仿真，仿真結(jié)果說(shuō)明微電網(wǎng)系統(tǒng)中潮流只能通過(guò)調(diào)節(jié)電源、負(fù)荷或電源與負(fù)荷的分配關(guān)系來(lái)改變。 在控制 UPFC 時(shí) 其 注入到線路的電壓 的幅值和相位都會(huì)發(fā)生變化， 這樣就一定會(huì)與電網(wǎng) 發(fā)生有功 功率和 無(wú)功 功率的 交換。第 3 章 統(tǒng)一潮流控制器 （ UPFC)分析 17 在 UPFC 潮流控制的過(guò)程中 并聯(lián)變換器和串聯(lián)變換器 起著主要的執(zhí)行作用 。 該 注入電壓表現(xiàn)為一個(gè)基頻交流同步電壓源。因此利用 Park 變換可將三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的 d、 q 坐標(biāo)系，可得 UPFC并聯(lián)側(cè)、串聯(lián)側(cè)以及線路側(cè)在 d、 q 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，相應(yīng)的方程如下： 110 10S h d S h d d S h dS h q S h q q S h qShi i i iwd i i i iwd t L ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ??? ????? ? ? ? ? ? (31) 12120 10S e L d S e L d d S e dS e L q S e L q q S e qSei i i iwd i i i iwd t L ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ??? ????? ? ? ? ? ? (32) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 18 1 2 1 21 2 1 20 10d d S e L d S e dq q S e L q S e qSeV V i iwd V V i iwd t C ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ??? ????? ? ? ? ? ? (33) 1 1 21 1 20 10d d d R dq q q R qRi i V Vwd i i V Vwd t L ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ??? ????? ? ? ? ? ? (34) 串聯(lián)變換器 與電網(wǎng)發(fā)生功率交換 所產(chǎn)生的有功功率的變化是由 并聯(lián)變換器 提供或吸收的。因此 并聯(lián) 變換器 能夠 在功率因數(shù)為 1 的情況下 運(yùn)行 或被控與電網(wǎng)發(fā)生無(wú)功功率交換，而其所 產(chǎn)生 的無(wú)功功率與 串聯(lián) 變換器 提供到 線路 中的無(wú)功功率互相獨(dú)立。 UPFC 串聯(lián) 側(cè)的 注入電壓 12U 和輸入 端 節(jié)點(diǎn) 電壓 .1U 二者 的相位 相同 ， 通過(guò)調(diào)節(jié) 12U 的幅值 U12 來(lái)改變輸出端電壓 .2U 的幅值 U2 與 參考值一致 ， 這樣就能避免電壓突變 ， 控制線路中的潮流 ， 增加線路電壓穩(wěn)定性 。如圖 33(b)所示，控制 注入 電壓 12U 相對(duì)于 .1U 相位發(fā)生 變化，使得 UPFC 輸出 端口電 壓 .2U 在相位上發(fā)生了偏移，但是 幅值相等 ，調(diào)節(jié) σ 角就可以調(diào)節(jié)線路 的 潮流 P Q2，控制系統(tǒng) 可以確定 具體的偏移角度。它既能 實(shí)現(xiàn) 連續(xù) 控制 、又能 升 高 或降低線路電壓 ， 并 且 當(dāng)參數(shù)適當(dāng)?shù)脑挷粫?huì)震蕩 ， 是方便先進(jìn)穩(wěn)定的控制方式 。 工作在此模式時(shí) ， 利用一個(gè)反饋環(huán)注入電壓 12U 能夠?qū)崟r(shí) 調(diào)整， 用來(lái)控制傳輸線路上的有功和無(wú)功功率與參考值保存一致，因此架設(shè) UPFC 的傳輸線路 在 電力系統(tǒng) 中相 對(duì) 其余部分表現(xiàn)出一個(gè) 可控 功率源， 這種工作模式比傳統(tǒng)的線路補(bǔ)償模式更加精確 ， 對(duì)于潮流的控制更加方便 ，而且它 還能解決 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)干擾 的問(wèn)題 。 UPFC 系統(tǒng)有功功率平衡分析 在 不考慮 線路電阻 時(shí) ，由圖 32可以得到整個(gè)系統(tǒng)的有功功率平衡如下： 2S S h u n t S e r ie s RP P P P P? ? ? ? (39) 這里： ..S S SP U I??為 SU 輸出的 有功功率； ..11ShuntShunt dc dcP U I U i? ? ? ?為 UPFC并聯(lián)側(cè) 吸收的有功功率； ..112 2Se rie s dc dcP U I U i? ? ? ?為 UPFC 串聯(lián)側(cè) 注入 到傳輸線路 的有功功率； ..122P U I??為 UPFC 輸出端 傳輸?shù)?有功功率； ..1RRP U I??為接受端吸收的有功功率。 因此許多控制系統(tǒng)中 采用控制 u12q 來(lái)控制 UPFC輸出端線路傳輸有功潮流。 同樣通過(guò) 派克變換將 abc 三相坐標(biāo)系 轉(zhuǎn)換到 d、 q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下 時(shí)，式 (316)表示為 ： 2 1 _ 1 2 1 1 2 1 2SS d S q S q S d S S h u n t q d q q du i u i X U i u i u i QI? ? ? ? ? ? (317) 考慮 iiI SqSdS 222 ?? 和穩(wěn)態(tài)情況，可以得到： 1 _ 1 1 2 1 1 2 1 2S h u n t q S q q d d qU i U i u i u i Q? ? ? ? (318) 若在潮流變化時(shí)維持 U1 不變，則式 (318)變?yōu)椋? 1 1 2 1 1 2 11 _ 1 1 2 1 1 2 2q d d qS h u n t q S q d q q dU i U i i u i u Qu i u i? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (319) 這里上標(biāo)符號(hào) “*”表 示潮流變化前的各變量的值。 在 dq 坐標(biāo)系下式 (39)可以被改寫(xiě)為： 1 _ 2Shunt d dc dc dcU i U i P?? (315) 從 式 (315)可以