基本介紹
- 中文名：多端柔性直流電網公共直流電壓協同控制方法
- 外文名：Common DC Voltage Coordinated Control Method for Multi—Terminal VSC-DCGrid
- 公共信息源：柔性直流電網公共直流電壓
- 目的：實現電網電壓穩定
- 套用：可再生能源等多能源接入套用
- 優點：避免各子系統爭奪電壓控制權
簡介,多端柔性直流電網系統構成,公共直流電壓協同控制,
簡介
柔性直流電網被公認為是構建智慧型電網的重要組成部分。與傳統交流電網相比，柔性直流電網在孤島供電、分散式供電、區域性供電、交流系統互聯等方面具有較強的技術優勢。而在含有可再生能源(太陽能、風能等)的多端柔性直流電網中，由於可再生能源具有不穩定性和間歇性，孤島運行狀態下通常需要增加儲能單元對多端柔性直流電網的功率進行預調節。
柔性直流電網
從電網的可靠性、可擴容性、可維護性以及系統效率等方面來看，多端柔性直流電網通常需要滿足以下要求：
1)保證系統可靠運行；
2)能夠提供良好的電能；
3)具備可再生能源最大功率跟蹤能功率跟蹤能力；
智慧型電網
4)易於實現井網或孤島運行；
5)減少系統內各單元間通信量；
6)減少能量與外界電網交換次數。
為了滿足上述要求，核心是需要對併網/孤島運行的多端柔性直流電網的公共直流電壓進行有效可靠的控制。
現有的公共直流電壓控制方法包括電壓下垂法控制、混合控制、儲能單元控制、主從控制等。其中電壓下垂控制要求系統中所有單元都參與對電網電壓的控制，但這有可能造成可再生能源單元無法工作在最大功率輸出狀態，降低了系統效率；混合控制採用直流電壓恆定控制、直流電壓斜率控制和直流電壓偏差控制共同實現了直流電網與交流主網能量雙向流動的公共直流電壓控制，但僅適用於單一主電源進行直流電壓控制，降低了系統可靠性；儲能單元控利用儲能單元輸出儲能單元輸出功率調節直流電壓偏差，但在儲能單元不能夠有效充放電時，就可能失去對柔性直流電網電壓控制；主從控制利用主控制器集中控制公共直流電壓，可合理分配系統各單元輸出功率，但存在當主控出現問題時，控制系統將不能繼續維持直流電壓穩定。
多端柔性直流電網公共直流電壓協同控制方法利用柔性直流電網公共直流電壓作為公共信息源，根據負載單元、可再生能源單元、儲能單元和輔助供電單元的不同工況，分別由可再生能源單元、儲能單元以及輔助供電單元獨立地將公共直流電壓控制在規定範圍之內，實現電網電壓穩定。
與傳統交流電網相比，柔性直流電網具有較強優勢，在可再生能源等多能源接入套用中引起了高度重視，可避免多端柔性直流電網中各子系統爭奪電壓控制權問題。
多端柔性直流電網系統構成
一種典型多端柔性直流電網結構如圖1所示。它由可再生能源單元、負載(直流成交流)、儲能單元、輔助供電單元(公共電網或獨立發電機等)、通信線路以及各種變換器等構成。可再生能源通過變換器、採用最大功率跟蹤控制技術接人柔性直流電網；儲能單元通過雙向變換器與柔性直流電網互聯，協調系統功率平衡。
圖1
公共直流電壓協同控制
利用多端柔性直流電網的公共直流電壓作為公共信息派，在不同運行工況下，把電壓控制在3個不同的參考值：最大參考值、中間參考值、最小參考值。當儲能單元能夠調節系統功率平衡時，儲能單元將公共直流電壓控制在中間參考值；當儲能單元放電電能不足時(比如放電電流達到限值)，輔助供電單元將公共直流電壓控制在最小參考值；當儲能單元充滿或充電電流達到限值時，可再生能源單元將退出最大功率控制模式，進入電壓控制模式將公共直流電壓控制在最大參考值。
圖3
儲能單元控制模式
儲能單元可以調節系統功率平衡時，由其控制柔性直流電網電壓；反之，退出對柔性直流電網電壓的控制。基本控制原理如圖3所示。其中，UAbus為圖1中A點電壓；Ubat為儲能單元端電壓；Ibat為儲能單元電流；Ilim為電流限值。為了簡化分析，假設儲能單元充放電電流限值大小一樣。
圖2a
該單元通過電壓和電流調節器將柔性直流電網電壓控制在Unormbusref(中間參考值)；電流調節器具有限流功能，限制儲能單元充放電流|Ibat|不大於Ilim；過度充放電檢測部分控制儲能單元避免出現過度充放電；判斷與選擇部分根據輸入信號進行判斷並選擇相應的控制信號(如圖2(a))，實現不同控制模式。
1)電網電壓控制模式儲能單元調節系統功率平衡時，即電壓調節器輸出沒有達到充放電電流限值Ilim．儲能單元通過吸收多餘功率或釋放不足的功率，將柔性直流電網電壓(圖1中A點)控制在Unormbusref此時，限流功能和過度充放電保護功能退出工作。
圖2b
2)限流運行模式如果注入柔性直流電網功率過大或過小，電壓調節器的輸出將達到儲能單元電流限值Ilim，儲能單元充放電電流將被限制在Ilim。電壓調節器將失去對柔性直流電網電壓的控制。此時，根據電網電壓情況，輔助供電或可再生能源單元將分別實現對直流電網電壓的控制，即：
(1)當注入柔性直流電網功率小於負載需求，同時儲能單元放電電流達到限值Ilim時，電網電壓將會持續降低，直至降低至最小參考值Uminbusref。輔助供電單元檢測到電網電壓降至下最小參考值時，將自動啟動控制電網電壓。
圖2c
(2)當注入柔性直流電網功率過大，儲能單元充電電流達到限值Ilim時，電網電壓將升高。當其升高至最大參考值Umaxbusref時，可再生能源單元退出最大功率控制模式，進入電網電壓控制模式，將電網電壓控制在最大值Umaxbusref。
3)停止運行模式過度充放電檢測單元檢測儲能單元電壓和電流，當發現過度充放電時，停止儲能單元對電網電壓的控制。
輔助供電單元控制模式
當輔助供電單元檢測到柔性直流電網電壓降低至最小參考值Uminbusref時，啟動工作僅向電網注入功率(並不從電網吸收功率)。為了避免輔助供電單元頻繁地啟停，採用遲滯比較方法，根據遲滯比較器的輸出，輔助供電單元也有兩種運行控制模式，基本原理如圖4所示。其中Iauxi是輔助單元輸出電流。控制流程圖如圖2(b)所示。
圖4
1)停止運行模式(—1模式)
當電網電壓處於最小參考值以上時，輔助供電單元不工作。電網電壓將由儲能單元或可再生能源單元控制。
2)電網電壓控制模式(1模式)
圖5
當注入電網的功率之和無法滿足負載需求，電網電壓將持續降低。當其降至最小參考值時．輔助供電單元啟動工作、通過單向AC/DC變換器向直流電網注入一定量的電流Iauxi，將電網電壓控制在最小參考值y。在電網電壓控制模式下，如果可再生能源的輸出功率增加，那么輔助供電單元向電網注入的功率將逐漸地減少；當電流Iauxi降至零時，輔助供電單元進入停止運行模式。
可再生能源單元控制模式
可再生能源單元既要實現對可再生能源的最大跟蹤控制，也要實現將柔性直流電網電壓UBbus(圖1中B點)控制在最大參考值。可再生能源單元控制模式基本原理如圖5所示。其中Ii是該發電單元注入柔性直流電網的電流，控制流程圖如圖2(c)所示。為了避免最大功率跟蹤控制模式和電網電壓(電壓下垂法)控制模式之間的頻繁切換，採用遲滯比較方法。
1)電網電壓控制模式(—1模式)
當儲能單元充滿，且可再生能源單元注入電網的功率不斷增加時，儲能單元無法控制電網電壓，造成電網電壓持續升高。為了避免電網電壓繼續升高，各可再生能源單元將自動從最大功率跟蹤控制模式改變為電壓下垂控制模式，將電網電壓控制在最大參考值。
2)最大功率控制模式(1模式)
當注入電網電能不足以滿足負載需求時，電網電壓會低於最大參考值，可再生能源單元將退出對電網電壓的控制模式而進人最大功率跟蹤控制模式。在這種情況下，電網電壓將由儲能單元控制在中間參考值，或由輔助供電單元控制在最小參考值。
