中國儲能網(wǎng)訊：華南理工大學(xué)電力學(xué)院的研究人員肖百惠、戴棟、張波、韓永霞，在2016年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2上撰文指出，本地負荷突變是電力系統(tǒng)中常見的現(xiàn)象，當大電網(wǎng)無法給予完全支撐時直流微網(wǎng)的母線電壓會出現(xiàn)崩潰現(xiàn)象，影響大電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定，導(dǎo)致嚴重的后果。
基于上述情況，在Matlab/Simulink中建立了包含光伏、儲能和大電網(wǎng)在內(nèi)的并網(wǎng)型直流微網(wǎng)模型，從能量流的角度介紹了直流微網(wǎng)運行的4種工作模式，研究了負荷突變時出現(xiàn)的系統(tǒng)失穩(wěn)現(xiàn)象，探討了直流微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性與工作模式以及能量流的關(guān)系，從理論分析和仿真兩方面研究了直流微網(wǎng)系統(tǒng)失穩(wěn)的機理，并得到了給定條件下系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界，為直流微網(wǎng)的設(shè)計提供了參考。
隨著全球性能源危機和環(huán)境污染越來越嚴重，可以充分利用清潔能源的分布式電源(Distributed EnergyResources, DER)的相關(guān)技術(shù)逐漸進入人們的視野[1-4]。微電網(wǎng)是實現(xiàn)大規(guī)模間歇式DER接入的有效解決方案[5-8]，DER直接接入直流母線，可以實現(xiàn)清潔能源的最大利用，減少電力電子換流設(shè)備的投用，降低控制要求的同時還能節(jié)約成本。因此，近年來直流微網(wǎng)逐漸得到人們的重視[9]。目前交流微網(wǎng)的研究已經(jīng)很多[10,11]，而直流微電網(wǎng)的研究和應(yīng)用則相對較少。
直流微網(wǎng)具有孤島和并網(wǎng)兩種運行模式，孤島模式由于缺乏備用，當發(fā)生能量剩余不足時，穩(wěn)定性較差，應(yīng)用受限[12,13]，故本文采用并網(wǎng)型直流微網(wǎng)進行研究。
目前對于并網(wǎng)型直流微網(wǎng)的研究只考慮了大電網(wǎng)的有力支撐，并未考慮當負荷突變時系統(tǒng)的不穩(wěn)定性[14]。而負荷突變是電力系統(tǒng)中常見的現(xiàn)象，若負荷突變時大電網(wǎng)無法給予完全支撐，直流母線會出現(xiàn)電壓崩潰現(xiàn)象，影響大電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，造成嚴重的后果。
需要指出的是，目前大多數(shù)的研究只是針對某個變換器的失穩(wěn)現(xiàn)象進行分岔分析，沒有針對實際的直流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行研究。如文獻[15]研究了在交流側(cè)負載交互影響下，連接于非理想大電網(wǎng)的三相升壓變換器中的非線性行為及失穩(wěn)現(xiàn)象；文獻[16]報道了PWM三相整流變換器因交流側(cè)電網(wǎng)阻抗變化而引起的災(zāi)難性分岔現(xiàn)象，并進行了較為詳細的理論分析，但沒有完全深入闡述變換器失穩(wěn)的內(nèi)部機理。
值得注意的是，并網(wǎng)下的直流微網(wǎng)包含了多個變換器，無論是結(jié)構(gòu)還是運行模式都比以往研究的并網(wǎng)變換器更加復(fù)雜，可以推測當負荷突變時直流微網(wǎng)的失穩(wěn)現(xiàn)象很可能也更為復(fù)雜。此外，直流微網(wǎng)中各模塊間還存在著互相的能量流動，能量流與直流微網(wǎng)穩(wěn)定性的關(guān)系也尚不清楚。文獻[17]對能量流與直流母線電壓的關(guān)系雖然進行了初步研究，但并未揭示直流微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與能量流的關(guān)系。
針對上述問題，本文建立了包含光伏模塊、儲能模塊和大電網(wǎng)側(cè)在內(nèi)的并網(wǎng)型直流微網(wǎng)模型，基于各模塊能量流的方向劃分了直流微網(wǎng)運行的4種工作模式，論述了負荷突變時系統(tǒng)失穩(wěn)的幾種現(xiàn)象，深入探討了直流微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性與工作模式及能量流的關(guān)系，從理論分析和仿真兩方面對直流微網(wǎng)的失穩(wěn)機理進行了深入研究，并仿真得到了不同因素影響下的系統(tǒng)穩(wěn)定邊界。
圖1 直流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖
結(jié)論
本文針對負荷突變時并網(wǎng)型直流微網(wǎng)系統(tǒng)不穩(wěn)定分岔現(xiàn)象進行了分析，系統(tǒng)工作模式從模式1經(jīng)過一個混亂的暫態(tài)過程最后穩(wěn)定在模式4工作，能量流也從穩(wěn)定過渡到波動性較大的不穩(wěn)定狀態(tài)。
從理論分析和仿真驗證兩方面出發(fā)，研究了直流微網(wǎng)系統(tǒng)失穩(wěn)的內(nèi)部機理，其內(nèi)部原因是VSC電流環(huán)失效，大電網(wǎng)注入的有功功率PG降至0，無功功率QG增加。系統(tǒng)一旦失穩(wěn)，沒有足夠的有功功率供給本地負荷RL，則直流側(cè)電壓udc下降。隨著udc下降，光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制器也失效，同時蓄電池儲存的能量有限，最后負載消耗由光伏電池和蓄電池提供不完全支撐，直流母線電壓達到新的穩(wěn)態(tài)，無法恢復(fù)到正常電壓值。
本文定量地分析了特定條件下系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界，并仿真驗證了不同影響因素下穩(wěn)定邊界的正確性。
