微电网运行-有功功率与无功功率控制.ppt

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64110十一月2022微电网有功功率和无功功率控制微电网有功功率和无功功率控制4-14-1微型微型电源控制器功能源控制器功能4-24-2有功功率控制有功功率控制4-34-3无功功率控制无功功率控制4-44-4微型微型电源在不源在不对称称负荷情况的运行和控制荷情况的运行和控制64210十一月20224-14-1微型微型电源控制器功能源控制器功能电力力电子子装装置置可可为微微电网网提提供供灵灵活活的的控控制制功功能能，从从而而使使其其同同时满足用足用户和和电力系力系统的需要。

的需要。

微微电网网控控制制必必须保保证新新的的微微型型电源源加加入入到到系系统中中时，不不需需要要更改微更改微电网中已有网中已有设备的运行状的运行状态。

微微电网可以非常迅速和无网可以非常迅速和无缝隙地与大隙地与大电网并列或解列。

网并列或解列。

系系统的有功功率和无功功率可以分的有功功率和无功功率可以分别控制。

控制。

电压降落和三相不平衡可以得到校正。

降落和三相不平衡可以得到校正。

微微电网能网能够满足足电力系力系统负荷的荷的动态特性的要求。

特性的要求。

设计控控制制器器时最最关关键的的是是在在微微电网网的的正正常常操操作作中中，各各微微型型电源源不不必必互互相相交交流流信信息息，每每个个微微型型电源源控控制制器器必必须能能够有有效效地地响响应系系统的的变化化，而而不不需需要要来来自自于于其其它它微微型型电源源或或本本地地其其它它设备的的数据。

数据。

微微型型电源源控控制制器器的的主主要要功功能能：

调节馈线上上的的潮潮流流；控控制制每每个个微微型型电源源接接口口处的的电压；当当系系统处于于孤孤岛运运行行状状态时，保保证每每个个微微型型电源源能能够迅迅速速承承担担它它所所分分配配的的负荷荷；微微电网网能能够自自动平平滑滑地地进入孤入孤岛运行和重新与大运行和重新与大电网并列的能力。

网并列的能力。

64310十一月20224-14-1微型微型电源控制器功能源控制器功能一、有功功率和无功功率控制一、有功功率和无功功率控制微微型型电源源由由三三个个部部分分组成成，即即微微型型发电系系统、直直流流接接口口和和电压源逆源逆变器。

器。

微微型型电源源通通过一一个个电抗抗器器连接接到微到微电网。

网。

电压源源逆逆变器器同同时控控制制微微型型电源源输出出电压的幅的幅值和相位。

和相位。

逆逆变器器的的输出出电压U、微微电网网的的本本地地电压E以以及及电抗抗器器的的电抗抗X决定了微型决定了微型电源源输出到微出到微电网的有功功率网的有功功率P和无功功率和无功功率Q，当当系系统受受到到微微小小扰动时，P主主要要取取决决于于功功角角P，Q取取决决于于逆逆变器器的的输出出电压幅幅值U。

这些些关关系系构构成成了了有有功功功功率率调节和和通通过调节无功功率控制无功功率控制电压的基本的反的基本的反馈控制方法。

控制方法。

64410十一月20224-14-1微型微型电源控制器功能源控制器功能若若要要将将大大量量微微型型电源源集集成成到到微微电网网中中，不不能能仅仅采采用用基基本本的的P-Q控制，控制，为保保证微微电网的可靠性和网的可靠性和稳定性必定性必须实现电压调节。

二、二、电压倾斜控制斜控制若若没没有有电压控控制制，具具有有大大量量微微型型电源源的的微微电网网将将可可能能产生生电压和无功功率振和无功功率振荡。

电压控控制制必必须确确保保电源源之之间没没有有较大大的的无无功功环流流，该问题与与具具有大型同步有大型同步发电机的机的电力系力系统控制一控制一样。

在在大大电网网中中，发电机机之之间的的阻阻抗抗足足够大大，从从而而减减小小了了环流流产生生的可能性。

的可能性。

在在辐射射型型微微电网网中中，较大大无无功功环流流问题非非常常显著著，当当出出现很很小小的的电压参参考考值偏偏差差时，环流流可可能能超超出出微微型型电源源的的额定定值。

因因此此微微电网网需需要要电压-无无功功电流流倾斜斜控控制制，使使得得微微型型电源源产生生的无功的无功电流更加偏于容性，本地流更加偏于容性，本地电压设定定值减小。

减小。

64510十一月20224-14-1微型微型电源控制器功能源控制器功能不不仅具具有有微微型型电源源，还有有电能能存存储装装置置的的微微电网网不不仅可可以以运运行行在与大在与大电网并列运行的状网并列运行的状态，也可运行于孤，也可运行于孤岛状状态。

三、快速三、快速负荷跟踪和荷跟踪和电能存能存储的需要的需要当当微微电网网运运行行于于孤孤岛状状态时，微微电网网的的负荷荷跟跟踪踪能能力力可可能能成成为问题，因因为微微型型涡轮发电机机和和燃燃料料电池池的的响响应速速度度比比较慢慢，时间常数常数为10200s，并且基本上没有，并且基本上没有动能能储备。

大大型型电力力系系统中中的的发电机机的的动能能具具有有电能能存存储的的作作用用，当当新新的的负荷荷接接入入到到线路路上上时，最最初初的的能能量量平平衡衡由由系系统的的动能能实现，这将将导致系致系统频率率轻微下降。

微下降。

微微电网网不不能能依依靠靠发电机机的的动能能，必必须采采用用某某种种形形式式的的能能量量存存储，保保证最初的最初的电能平衡。

能平衡。

微微电网网的的能能量量存存储可可为下下述述几几种种形形式式：

可可在在每每个个微微型型电源源的的直直流流母母线上上采采用用蓄蓄电池池或或超超级电容容；直直接接将将交交流流电能能存存储装装置置（蓄蓄电池池、飞轮电能能存存储装装置置等等）连接接到到微微电网网；或或者者采采用用较大大动能能的的微微型型发电机机等等。

在在此此我我们仅假假设在在微微型型电源源的的直直流流母母线上装上装设有足有足够容量的容量的电能存能存储装置。

装置。

64610十一月20224-14-1微型微型电源控制器功能源控制器功能采用先采用先进的控制技的控制技术微微电网能网能够提供基本的潮流控制。

提供基本的潮流控制。

四、孤四、孤岛运行模式下运行模式下实现功率分配的功率分配的频率率倾斜控制斜控制在在孤孤岛运运行行模模式式，必必须考考虑每每个个逆逆变器器产生生的的微微小小频率率误差差和和需要改需要改变逆逆变器的器的输出功率来匹配出功率来匹配负荷的荷的变化等化等问题。

每每个个微微型型电源源的的功功率率-频率率倾斜斜特特性性不不需需要要复复杂的的通通信信网网络就就能解决上述能解决上述问题。

当当微微电网网与与大大电网网并并列列运运行行时，根根据据用用户的的需需要要，微微电网网中中的的负荷可同荷可同时从大从大电网和本地微型网和本地微型电源取用源取用电能。

能。

当当微微电网网与与大大电网网断断开开后后，微微电网网中中每每个个电源源的的电压相相位位角角将将发生生变化，化，导致本地致本地电压频率明率明显地下降。

地下降。

随着随着频率的下率的下降降每每个个微微型型电源源根根据据其其功功率率-频率率调节特特性性按按一一定定比比例例增增加加其其输出出功功率率，实现负荷荷分分配配的的功功能能，不不需需要要能能量量管管理理系系统提提供供新新的的功功率率分配方案。

分配方案。

64710十一月20224-24-2有功功率控制有功功率控制由由同同步步发电机机组成成的的电力力系系统，两两台台或或两两台台以以上上发电机机之之间有有功功率分配主要通功功率分配主要通过控制器的控制器的频率率倾斜特性斜特性实现。

与与由由同同步步发电机机组成成的的电力力系系统类似似，微微电网网中中分分布布式式电源源之之间的的负荷分配同荷分配同样采用采用频率率倾斜特性斜特性实现。

在在电力力系系统中中，频率率倾斜斜特特性性是是发电机机的的惯性性、负荷荷的的频率率调节特特性性和和转速速/频率率调节特特性性等等的的综合合，由由电机机的的转动惯量量、与与频率相关的率相关的负荷以及荷以及调速器等速器等实际的的设备实现。

在在由由分分布布式式电源源互互联所所组成成的的微微电网网中中，每每台台分分布布式式电源源的的频率率倾斜斜特特性性是是通通过其其控控制制器器的的软件件来来实现，实现分分布布式式电源源之之间的的负荷分配。

荷分配。

分分布布式式电源源的的控控制制器器通通常常采采用用DSP实现，因因此此具具有有非非常常大大的的灵灵活活性性，不不会会受受到到电机机的的转动惯量量、频率率相相关关负荷荷、调速速器器的的时间常数或原常数或原动机的机的时间常数等常数等这些物理参数的限制。

些物理参数的限制。

64810十一月20224-24-2有功功率控制有功功率控制一、一、单台微型台微型电源的有功功率控制源的有功功率控制微微电网网中中电动机机等等与与频率率相相关关的的负荷荷可可提提供供附附加加的的负荷荷调节作作用用，但但其其调节效效应非非常小，可忽略不常小，可忽略不计。

有功功率控制器包含有功功率控制器包含一个一个频率恢复率恢复环节，其功能，其功能类似于同步似于同步发电机中的机中的调速器。

速器。

设1/s=0可得到控制器可得到控制器频率响率响应的的暂态偏移：

偏移：

控控制制器器在在负荷荷变化化的的瞬瞬间具具有有有有限限的的频率率降降落落，这与与具具有有大大惯性性的的同同步步发电机机控控制制系系统的的在在负荷荷变化化瞬瞬间的的零零频率率降降落落特特性性不同。

不同。

64910十一月20224-24-2有功功率控制有功功率控制频率率倾斜斜特特性性将将负荷荷变化化开开始始初初始始特特性性曲曲线（虚虚线）以以一一阶时间常数常数TG转换到到稳态特性曲特性曲线（实线）。

令令s=0可得到控制器的可得到控制器的稳态频率偏移：

率偏移：

负荷功率的荷功率的变化由化由电源源输出功率出功率变化提供，用化提供，用PG表示。

表示。

当当本本地地负荷荷突突然然变化化时，系系统频率率将将首首先先按按1/s=0突突变，并并最最终达到达到s=0所确定的所确定的稳态值。

641010十一月20224-24-2有功功率控制有功功率控制实际转速速和所需功率和所需功率PG的的变化曲化曲线。

通通过改改变参参考考功功率率，可可将将控控制制器器设置置到到满足足任任何何负荷荷要要求求的的给定定额定定频率。

率。

当当系系统统的的参参考考功功率率不不变变，而而负负荷荷变变化化时，频率的变化为时，频率的变化为641110十一月20224-24-2有功功率控制有功功率控制二、两台微型二、两台微型电源并列运行的有功控制源并列运行的有功控制具具有有自自动发电控控制制的的微微电网网可可根根据据系系统频率率的的变化化调节各各微微型型电源的参考功率源的参考功率PL_ref。

因因为微微电网网的的主主要要目目标是是对电能能质量量非非常常敏敏感感的的负荷荷提提供供可可靠靠的的电能能，因因此此控控制制器器参参考考功功率率的的变化化必必须非非常常迅迅速速地地跟跟随随负荷的荷的变化。

化。

当当控控制制器器的的参参考考功功率率发发生生变变化化时时，微微型电源的频率偏差为型电源的频率偏差为641210十一月20224-24-2有功功率控制有功功率控制两台微型两台微型电源并列运行的功率控制源并列运行的功率控制传递函数框函数框图流流过联络线上上潮潮流流可可等等效效为两两台台发电机机的的负荷荷，大大小小相相等等，方向相反。

方向相反。

641310十一月20224-24-2有功功率控制有功功率控制潮潮流流的的方方向向取取决决于于两两条条母母线之之间电压的的相相位位差差，为两两个个系系统之之间相相对频率偏差的函数。

率偏差的函数。

设设PL1发发生生变变化化而而PL2为为零零，则则可可确确定定系系统统的的频频率率偏偏移移和和联联络络线上的功率变化。

线上的功率变化。

（1）首先考虑传递函数中没有频率调节器的情况。

首先考虑传递函数中没有频率调节器的情况。

当母线当母线1上的负荷发生变化时微型电源上的负荷发生变化时微型电源1的频率偏移为的频率偏移为微型电源微型电源2的频率偏移为的频率偏移为从母线从母线1到母线到母线2联络线上功率变化为：

联络线上功率变化为：

1.没有自没有自动发电控制控制时的有功功率控制的有功功率控制641410十一月20224-