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孤岛运行交直流混合微电网的潮流计算

北极星储能网  来源:电网技术    2017/12/1 9:12:26  我要投稿  

北极星储能网讯:微电网作为充分利用分布式电源(distributed  generator,DG)的一种有效形式,能够高效地集成各种DG,提高可再生能源的渗透率。根据微电网系统中母线的类型,可将微电网分为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网3大类。由于目前存在较多的直流DG,如光伏、燃料电池、储能等,及随着现代直流负荷的增多,并考虑到传统的交流微电网的优势,交直流混合微电网得到了国内外越来越多的关注和研究。

交直流混合微电网包含交流子系统、直流子系统及连接交、直流子系统的互连变换器(interlinking  converter,ILC),具有并网和孤岛2种运行模式。在孤岛运行模式下,由于缺乏主网的支撑,需同时维持直流子系统的电压及交流子系统频率电压的稳定。文献[7-8]提出孤岛运行交直流混合微电网的交、直流子系统均采用对等控制策略,ILC协调控制2种子系统之间的双向功率流动。考虑到实际中不同种类DG输出特性的差异,交、直流子系统可采用综合控制策略:恒功率控制的DG装置输出最大功率,不参与系统频率电压调节,由多个下垂控制的DG装置维持系统频率电压稳定。本文定义孤岛运行交直流混合微电网的下垂协调控制策略:交、直流子系统采用对等或综合控制策略,且由ILC协调控制交、直流子系统间双向功率流动的整体控制方法。

目前,国内外针对交直流混合微电网的研究大多集中在系统功率控制策略、ILC控制方法及能量优化等方面,对其潮流计算的研究较少。交直流混合微电网的潮流计算属于交直流混合潮流计算,其不同于纯交/直流微电网的潮流求解。交直流混合潮流算法主要分为两类:统一求解方法和交替迭代方法。目前较多采用交替迭代方法,该方法分开求解交、直流子系统的潮流。文献[10-12]采用基于传统牛顿法的交替迭代方法进行交直流混合潮流计算。

孤岛运行交直流混合微电网采用下垂协调控制策略下,ILC节点处理方法不同于传统节点;且交、直流子系统之间存在潮流耦合关系;此外,交、直流子系统无平衡节点、有下垂控制DG装置,导致潮流方程的雅可比矩阵容易发生奇异,这些使得其潮流计算复杂,且传统配电网潮流算法不再适用于交、直流子系统。LM(Levenberg  Marquardt,LM)方法于1963年提出,是一种求解病态非线性方程组的数值算法,它克服了雅可比矩阵奇异或坏条件时传统牛顿法所带来的困难。文献[16]提出自适应LM方法用于电力系统潮流计算,以提高潮流计算的收敛性。

本文针对下垂协调控制的孤岛运行交直流混合微电网潮流计算,提出基于带新型线性搜索三步LM(three-steps Levenberg Marquardt  algorithm with a new line  search,NTLM)算法的交替迭代方法。首先进行ILC装置节点处理,提出3种直流节点类型和4种交流节点类型,建立适用于交、直流子系统的统一潮流模型;再提出NTLM算法求解统一潮流模型,进而进行交、直流子系统交替迭代潮流计算;最后,算例应用验证所提方法的正确性和有效性。

1 下垂协调控制策略下ILC装置节点处理

孤岛运行交直流混合微电网采用下垂协调控制策略下,由下垂控制DG装置和双向ILC协调控制系统频率电压的稳定及功率平衡;任何时刻,ILC非空闲模式下具有2种特性,即当ILC为一个子系统的电源时,也是另一个子系统的负荷,ILC传输功率的大小和方向由交、直流子系统的运行情况决定;交、直流子系统均无平衡节点。

DG大多通过电力电子接口接入微电网,由DG、变换器及其控制器、滤波电路、保护电路等构成DG装置。交流子系统采用对等或综合控制策略下,其DG装置的下垂控制一般采用P-f/Q-U下垂特性

下垂协调控制的孤岛运行交直流混合微电网中,ILC需结合交、直流有功功率下垂特性来控制2种不同子系统间的双向有功功率流动。而由式(1)、式(3)可知,交、直流有功功率下垂特性不同,且其特性曲线的纵坐标分别代表频率和直流电压,单位不一致。对频率和直流电压进行式(5)的归一化处理,可使其处于相同的单位范围内。归一化后,两个子系统的下垂特性被放置在具有共同横纵坐标轴的同一坐标系中。

考虑增容和可靠性,交、直流母线之间会连接多个并联ILC,各ILC按照其容量分配传输有功功率,以实现ω′=U′ILCdc。此外,ILC采用交流无功下垂控制参与交流侧电压的调节。由此,ILC的控制方法为

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