吳在軍,謝興峰,楊景剛,,司鑫堯,楊媛平,曹驍勇
(1.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院,江蘇 南京 210096;2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院,江蘇 南京 211103)
隨著分布式可再生能源發(fā)電滲透率的提高和電動汽車充電站的普及,以及包含風(fēng)、光、儲的微電網(wǎng)的快速發(fā)展,交流配電網(wǎng)的運行和管理受到了挑戰(zhàn)。相比于交流配電網(wǎng),直流配電系統(tǒng)可以實現(xiàn)閉環(huán)運行,具有多種供電方式,潮流靈活可控,更有利于整合和消納如風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電等可再生能源[1—3]。在向數(shù)據(jù)中心、商業(yè)中心、工業(yè)系統(tǒng)、電動汽車、高鐵等直流負(fù)荷供電時,直流配電可省去一級交流變直流的環(huán)節(jié),提高供電效率[4—5]。新型的碳化硅等電力電子器件具有更低的開關(guān)損耗和通態(tài)損耗,未來其在變流器中的應(yīng)用可使得直流換流站相比于同等容量的傳統(tǒng)交流變壓器具有更高的效率[6]。另外,直流微電網(wǎng)和高壓直流輸電系統(tǒng)的快速發(fā)展也促使研究人員思考如何將兩者互連,而直流配電系統(tǒng)是很好的解決方法[7—8]。
美國弗吉尼亞理工CPES中心最初提出了交直流混合配電系統(tǒng)的構(gòu)想[7];美國北卡羅來納大學(xué)提出了多端口能量路由器,可用于構(gòu)建靈活的直流配電系統(tǒng)[9]。德國亞琛工業(yè)大學(xué)提出了“City of Tomorrow”城市供電方案,并在校園內(nèi)建成了10 kV直流配電實際工程[10]。國內(nèi)已經(jīng)建成或正在規(guī)劃建設(shè)中的示范工程主要有蘇州工業(yè)園區(qū)±10 kV中壓雙端直流配電示范工程[11]、浙江海寧尖山新區(qū)“基于柔性互聯(lián)的源網(wǎng)荷儲協(xié)同主動配電網(wǎng)試點工程”[12],貴州中壓柔性直流配電示范工程[13]、杭州江東柔性直流配電網(wǎng)、上海南匯±30 kV兩端柔性直流配電示范工程、珠海科技園三端直流配電系統(tǒng)以及張北交直流配網(wǎng)及柔性變電站示范工程等[14]。
直流配電網(wǎng)雖然具有廣闊的應(yīng)用前景,但由于直流配電網(wǎng)慣性小、阻尼弱等特點,控制直流配電系統(tǒng)比控制交流系統(tǒng)更加困難[15]。直流電壓是衡量直流系統(tǒng)功率平衡的唯一指標(biāo),因此直流電壓的控制對直流配電網(wǎng)的運行和穩(wěn)定性非常重要。文中針對直流配電網(wǎng)電壓的協(xié)調(diào)控制和電力電子設(shè)備自身控制,結(jié)合最新研究成果,對直流配電網(wǎng)直流電壓波動抑制的控制策略進行梳理和總結(jié),旨在為未來直流配電網(wǎng)直流電壓控制的進一步研究提供思路和借鑒。
直流配電網(wǎng)電壓控制策略的確定在很大程度上受到配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)影響。直流配電系統(tǒng)的拓?fù)淇梢苑譃閱味溯椛錉钔負(fù)浣Y(jié)構(gòu)、雙端/多端狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[16]。
單端輻射狀直流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和交流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)類似,由單電源輻射供電,結(jié)構(gòu)簡單、易于控制,但供電可靠性較低,適用于供電要求不高的用戶。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 單端輻射狀拓?fù)銯ig.1 Radial-type topology
雙端/多端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有多電源點供電,供電可靠性較高[17],控制方式較靈活,適用于供電要求較高的工業(yè)負(fù)荷等。雙端“手拉手”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2。
圖2 “手拉手”狀拓?fù)銯ig.2 Hand-in-hand topology
傳統(tǒng)交流配電系統(tǒng)一般為閉環(huán)設(shè)計,開環(huán)運行。但是環(huán)狀直流配電系統(tǒng)可以實現(xiàn)閉環(huán)運行,也可以像交流配電系統(tǒng)一樣開環(huán)運行,因此配電方式更加靈活,具有更高的可靠性,但是閉環(huán)運行時其控制和保護都比較復(fù)雜,適用于供電可靠性要求很高或者集結(jié)大規(guī)模可再生能源的場合[18]。環(huán)狀直流配電拓?fù)淙鐖D3所示。
圖3 環(huán)狀拓?fù)銯ig.3 Ring topology
中壓直流電壓的標(biāo)準(zhǔn)化對系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備研發(fā)、以及工程化應(yīng)用至關(guān)重要。對于不同的直流電壓等級采取的電壓控制策略也不同。目前對于電壓序列的研究國內(nèi)外尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),電壓等級的研究還需要根據(jù)工程應(yīng)用示范和分析逐步完善。國際上由國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)、國際電工委員會(IEC)以及電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)等機構(gòu)初步明確了以1.5 kV(±0.75 kV)為界來劃分中壓直流和低壓直流,但并未給出具體電壓等級優(yōu)選參考值。而國內(nèi)目前國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 35727—2017《中低壓直流配電電壓導(dǎo)則》和中國電力企業(yè)聯(lián)合會標(biāo)準(zhǔn)T/CEC 107—2016《直流配電電壓》已經(jīng)發(fā)布。其中,國家標(biāo)準(zhǔn)明確了中、低壓直流的電壓等級范圍、電壓等級序列、優(yōu)選值和備選值,并劃定3 kV(±1.5 kV)~±50 kV為中壓范圍,推薦±35 kV/±10 kV/±3 kV(±1.5 kV)為中壓直流配電的優(yōu)選序列,1 500 V(±750 V)/750 V(±375 V)/220 V(±110 V)為低壓直流配電的優(yōu)選電壓序列。
目前,國內(nèi)對于直流配電網(wǎng)的研究在國際上處于領(lǐng)先地位,表1列出了國內(nèi)具有代表性的部分直流配電網(wǎng)示范工程的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及電壓等級。
表1 直流配電網(wǎng)示范工程電壓等級及拓?fù)銽able 1 Voltage levels and topology of DC distribution network demonstration projects
直流配電網(wǎng)直流電壓的控制一般劃分為3個層級[19]。上層為能量優(yōu)化層,主要實現(xiàn)能量管理功能;中間層為協(xié)調(diào)控制層,實現(xiàn)系統(tǒng)級協(xié)調(diào)控制功能;最底層是電力電子設(shè)備層,主要包括裝置自身的控制和設(shè)備級的協(xié)調(diào)控制。其中電力電子變換器和協(xié)調(diào)控制技術(shù)是抑制直流電壓波動和保證系統(tǒng)功率平衡的關(guān)鍵。
電力電子設(shè)備層作為電壓控制3個層級中的最底層,對其的良好控制是能快速跟蹤上層電壓、功率等指令的基礎(chǔ)。在直流配電網(wǎng)中,電力電子變換器有很多種類。各變換器需根據(jù)不同的分布式電源和不同的配電網(wǎng)工作模式來控制自身的功率或電壓。目前,關(guān)于低壓配電母線的接口電路的研究已經(jīng)相對成熟[20],而高壓到中壓和中壓到低壓的接口電路因功率大,且結(jié)構(gòu)和控制相對復(fù)雜的特點,成為了目前的研究熱點。
2.1.1 換流站的控制
直流配電網(wǎng)連接交流配電網(wǎng)需要通過換流站,換流站連接電壓等級一般在10 kV及以上,其拓?fù)渲饕捎媚K化多電平變換器(modular multi-level converter,MMC)。換流站的控制器一般包括外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制,具體如圖4所示。圖中鎖相環(huán)(phase locked loop,PLL)可獲取電網(wǎng)角頻率ωL和相角θ,用于對交流電網(wǎng)電壓和電流進行坐標(biāo)系(abc-dq)變換。
圖4 MMC換流站控制框圖Fig.4 The control diagram of MMC converter station
圖5 電流內(nèi)環(huán)控制Fig.5 Current inner loop control
圖6 外環(huán)控制Fig.6 Outer loop control
2.1.2 直流變壓器的控制
直流變壓器是連接中壓直流母線到低壓直流母線的關(guān)鍵設(shè)備,主要采用高頻隔離型 DC/DC 變換器。研究的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有3種:(1) 雙向半橋;(2) 串聯(lián)諧振變換器;(3) 雙主動全橋(dual active bridge,DAB),其中應(yīng)用最廣泛的是DAB。對于DAB的控制,單移相調(diào)制方法是通過調(diào)節(jié)2個 H 全橋交流方波電壓之間的移相比來控制DAB功率的大小和方向,其實現(xiàn)簡單,也是目前工程應(yīng)用中的主流調(diào)制方法。為了降低損耗、提高系統(tǒng)變換效率,一些改進的移相調(diào)制方法也相繼被提出,主要包括擴展移相、雙重移相和三重移相。
直流配電網(wǎng)電壓控制策略的選取與其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)。對于輻射狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直流配電網(wǎng),由于僅有一端電源供電,為了保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定,其換流站通常采用定電壓控制的方式;對于“手拉手”型或環(huán)狀拓?fù)涞榷喽酥绷髋潆娤到y(tǒng),須同時考慮到直流電壓的穩(wěn)定和多端電源協(xié)調(diào)控制。
直流配電網(wǎng)電壓控制的主要目標(biāo)是維持直流電壓穩(wěn)定和有功功率的合理分配。該目標(biāo)不僅希望穩(wěn)態(tài)時直流配電網(wǎng)電壓維持在額定值且盡可能實現(xiàn)有功功率在各單元接口間的準(zhǔn)確分配,也須考慮到當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生較大擾動等暫態(tài)工況時,遇到的電壓偏差過大或電壓振蕩的問題[6]。因直流配電網(wǎng)發(fā)展相對較晚,其控制技術(shù)還不夠成熟,現(xiàn)在大多協(xié)調(diào)控制技術(shù)都是借鑒多端柔性直流輸電和低壓直流微電網(wǎng)中的一些控制方法。其中適用于直流配電網(wǎng)的電壓協(xié)調(diào)控制方法主要包括3類:主從控制,電壓裕度控制和下垂控制。但直流配電網(wǎng)負(fù)荷波動頻繁,含大量分布式能源,潮流靈活,傳統(tǒng)控制方式并不能完全適用于直流配電網(wǎng)的電壓控制[21],往往難以兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性。因此,針對傳統(tǒng)控制策略中難以兼顧直流配電網(wǎng)電壓動態(tài)特性和保證有功功率的合理分配的問題,許多文獻以傳統(tǒng)控制方式為基礎(chǔ)提出了一些改進控制方法。
2.2.1 傳統(tǒng)控制方法及其改進策略
(1) 主從控制。主從控制是直流電網(wǎng)控制中較成熟的控制策略,只有1個換流站作為主控站并設(shè)定為恒壓控制模式作為松弛節(jié)點來平衡系統(tǒng)功率。其他換流站均作為從站并設(shè)定為恒定功率或恒定電流模式。圖7為一個三端直流電網(wǎng)的主從控制方案。其主要優(yōu)點是:控制設(shè)計和實現(xiàn)簡單,在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時易于實現(xiàn)功率的最佳分配,各組件之間發(fā)生不良交互的風(fēng)險小。
圖7 主從控制示意Fig.7 Schematic diagram of master-slave control
雖然主從控制能實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)時有功功率的精確分配,但其電壓動態(tài)調(diào)節(jié)性能差。由于是集中式直流電壓控制方法,只有1個換流站參與電壓調(diào)節(jié),當(dāng)主站中斷或系統(tǒng)發(fā)生較大的干擾時,其他換流站電壓響應(yīng)速度很慢,會導(dǎo)致過電壓或欠壓,甚至系統(tǒng)奔潰。且主從控制需要準(zhǔn)確和高速的通信來協(xié)調(diào)電壓控制,因此該策略在N-1故障時的直流電壓調(diào)節(jié)能力較差。
為了改進主從控制的電壓動態(tài)調(diào)節(jié)性能,文獻[24]改進了主從控制并設(shè)計了一種P-U-I控制器,該控制器在功率控制器之后增加了電壓PI控制器,如圖8所示。當(dāng)換流站穩(wěn)態(tài)運行時,跟蹤功率給定值Pref,當(dāng)系統(tǒng)受到大擾動后,功率控制器輸出達到限幅值,則將限幅值作為恒壓控制器的給定,自動轉(zhuǎn)為電壓控制模式。該控制方法可以在恒功率控制和電壓控制模式自動切換,提高了系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)壓性能,解決了主從控制策略在受到大擾動時換流站模式切換依賴快速通信的問題。但該方法增加了PI控制環(huán)節(jié),控制器參數(shù)的設(shè)計較復(fù)雜。且當(dāng)擾動使得換流站輸出都達到限幅值的時候,無法自由分配各換流站的有功功率。文獻[25]針對主從控制提出了一種考慮分布式儲能參與調(diào)壓的控制方法。該方法中,分布式儲能采用虛擬慣性控制,可以在系統(tǒng)功率發(fā)生大幅變化時,依靠儲能快速提供功率支撐,實現(xiàn)功率動態(tài)平衡,改善直流電壓動態(tài)調(diào)節(jié)性能。
圖8 P-U-I控制器示意Fig.8 Schematic diagram of P-U-I controller
(2) 電壓裕度控制。電壓裕度控制是主從控制的擴展,該控制策略中每個換流站都具有定功率控制和定直流電壓控制2種控制方式。電壓裕度是各換流站直流電壓和直流基準(zhǔn)電壓的差值,當(dāng)恒功率換流站的電壓達到電壓裕度值時,將自動切換到恒定直流電壓控制模式,并以新的直流電壓參考值運行,保證任意時刻只有1個換流站工作在恒壓控制模式[22]。圖9為電壓裕度控制原理。
圖9 電壓裕度控制示意Fig.9 Schematic diagram of margin control
該方法不需要依賴站間通信,但由于直流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且負(fù)載變化、電壓波動均較大,因此對于電壓裕度的選擇較為困難,且控制模式的頻繁切換可能會引起系統(tǒng)振蕩。同時,運行模式過渡時,所有換流站處于定功率控制,直流電壓將無法穩(wěn)定。
本文從北京市副中心交通管理系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀、需求及面臨的挑戰(zhàn)出發(fā),根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)明確系統(tǒng)規(guī)劃思路和規(guī)劃方向,在系統(tǒng)總體規(guī)劃方向的前提下提出系統(tǒng)的總體架構(gòu)、邏輯架構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),能夠有效地建立符合國際一流標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)對需求變化、符合城市定位的城市副中心智慧交通管理系統(tǒng).
(3) 下垂控制。直流電壓下垂控制是多個換流站根據(jù)有功功率和直流電壓之間的特定關(guān)系來共同承擔(dān)直流電壓控制,類似于交流系統(tǒng)中的頻率控制[22]。圖10為下垂控制原理。
圖10 下垂控制示意Fig.10 Schematic diagram of droop control
下垂控制是對等控制的一種,該模式不需要通信且具有良好的動態(tài)性能。相對主從控制而言,能更加靈活地適應(yīng)多種運行方式,有更高的可靠性;相對電壓裕度控制而言,不易導(dǎo)致電壓振蕩[23]。但傳統(tǒng)的定下垂系數(shù)控制中,其下垂系數(shù)選取較為困難;同時,當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時,下垂控制會導(dǎo)致直流電壓存在偏差。
傳統(tǒng)的定下垂系數(shù)控制中,若下垂系數(shù)選取過小,換流站出力易達到上限;若下垂系數(shù)選取過大,則系統(tǒng)功率波動會導(dǎo)致電壓較大幅度的波動,削弱系統(tǒng)的動態(tài)性能。因此,許多文獻針對下垂系數(shù)選取進行了各種研究。文獻[26]提出了一種自適應(yīng)功率分配策略,該策略可通過自適應(yīng)k-sharing函數(shù)來確保穩(wěn)態(tài)運行時燃料電池和超級電容器之間的動態(tài)性能和有功功率的合理分配。文獻[27]提出了一種考慮直流線路電阻影響的變下垂系數(shù)設(shè)計方法,以確保所有換流站都能按照任意的功率分配比分配功率。為了克服傳統(tǒng)定下垂系數(shù)控制無法靈活適應(yīng)各種工況或甚至于出現(xiàn)單個換流站功率裕量不足的問題[28],提高動態(tài)調(diào)節(jié)能力,文獻[29]提出了一種隨功率裕量的變化而變化的下降系數(shù)設(shè)計方法,提高了參與電壓調(diào)節(jié)的每個換流站的動態(tài)性能。文獻[30]提出了一種直流電壓下垂控制策略,其下垂系數(shù)根據(jù)不同的工作條件不斷更新,可以使得控制更加優(yōu)化,但計算量較大。在文獻[31]中,為了確保每個換流站的直流電壓和輸出功率在暫態(tài)時不會達到限定的極限值,引入了直流電壓偏差因子和功率分配因子來自適應(yīng)地確定換流站的下垂系數(shù),其控制框圖如圖11所示。
圖11 自適應(yīng)下垂控制框圖Fig.11 The block diagram of adaptive droop control
在文獻[32]中,通過提出的軌跡靈敏度算法來計算下垂系數(shù),以提高突發(fā)情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。文獻[33]提出一種基于電壓偏差調(diào)整的權(quán)值系數(shù)來修正電壓與功率下垂特性曲線,減少了換流站模式切換的暫態(tài)過程。文獻[34]設(shè)計了一個可以根據(jù)換流站運行工況和功率裕度自適應(yīng)變化的下垂系數(shù),使采用下垂控制的換流站可以根據(jù)自身的功率裕度來分擔(dān)不平衡功率。文獻[35]設(shè)計了一種根據(jù)本地直流電壓偏差來不斷修正下垂系數(shù)的方法,并設(shè)計了帶滯環(huán)的死區(qū),其改進部分結(jié)構(gòu)如圖12所示。該方法在系統(tǒng)發(fā)生小故障時可以減小直流電壓偏差,發(fā)生大故障時,防止換流器功率越限。
圖12 改進下垂控制框圖Fig.12 The block diagram of improved droop control
文獻[36]提出了一種基于直流電壓偏差的斜率控制方法,加快了電壓調(diào)節(jié)的動態(tài)響應(yīng),同時能確保換流站有功功率的無差跟蹤。文獻[37]提出一種利用模糊控制改變下垂系數(shù)的控制策略,把難以整定參數(shù)的固定下垂系數(shù)變?yōu)榭梢愿鶕?jù)運行工況變化的下垂系數(shù),提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性,并在故障時能加快故障恢復(fù)。文獻[38]針對風(fēng)電接入的柔直電網(wǎng)提出一種協(xié)調(diào)控制策略,該策略根據(jù)直流電壓大小、方向的變化以及換流站功率裕度自適應(yīng)地改變下垂系數(shù),實現(xiàn)了各換流站之間功率的優(yōu)化分配,降低了系統(tǒng)損耗,并可以防止部分換流站功率過載。除了換流站級的控制,也可以將分布式電源引入電壓控制范疇,如文獻[39]利用虛擬慣性控制技術(shù),將電壓變化率引入下垂系數(shù),從而使蓄電池在功率波動瞬間快速出力或吸收功率,抑制直流電壓的波動。
為了解決穩(wěn)態(tài)時下垂控制難以實現(xiàn)功率的精確分配和直流電壓的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)、存在直流電壓偏差等問題,可以將二級優(yōu)化控制引入直流配電網(wǎng)領(lǐng)域,與下垂控制相結(jié)合,通過平移下垂控制曲線,實現(xiàn)有功分配或電壓的精確調(diào)節(jié)。其中,集中式的二級優(yōu)化控制依賴通信[40—41],令主控制器收集各個單元的信息并將指令下發(fā),降低了系統(tǒng)可靠性和可擴展性;分散式方法中,文獻[42]針對系統(tǒng)通信故障的情況提出一種通過隨機負(fù)荷潮流和優(yōu)化比例系數(shù)計算的隨機因子下垂控制,并且利用二次控制實現(xiàn)有功量目標(biāo)值的補償,但未考慮電壓調(diào)節(jié)的優(yōu)化。
2.2.2 組合控制
圖13 快速電壓裕度控制框圖Fig.13 Fast voltage margin controller
該方案根據(jù)K的不同取值,實現(xiàn)了控制器工作模式在定電壓控制、定功率控制和下垂控制間的切換,加快了控制器的調(diào)節(jié)速度和響應(yīng)速度,使得控制模式更平滑。文獻[46]提出了一種通過兩次調(diào)壓的方式實現(xiàn)直流電壓無偏差控制的策略。其中,一次調(diào)壓采用含死區(qū)的下垂控制,二次調(diào)壓以電壓基準(zhǔn)節(jié)點電壓恒定為目標(biāo)去調(diào)節(jié)各換流站功率給定值。該方法實際上相當(dāng)于將主從控制和下垂控制相結(jié)合,系統(tǒng)根據(jù)不同狀態(tài)在主從控制和下垂控制之間自動切換。
雖然已有大量文獻針對直流配電網(wǎng)直流電壓控制展開研究,但與高壓直流電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)相比,直流配電網(wǎng)的運行工況更加復(fù)雜,具有多電壓等級的直流母線,電壓控制難度更大,在今后的研究和實踐中,直流配電網(wǎng)電壓控制仍有如下問題需要重點關(guān)注和解決:
(1) 目前研究主要集中在換流站協(xié)調(diào)控制,針對將儲能、負(fù)荷和換流站結(jié)合起來共同調(diào)節(jié)母線直流電壓的研究較少。為了能充分利用分布式能源、儲能和負(fù)荷的調(diào)節(jié)特性,應(yīng)該綜合考慮不同電壓等級之間的相互影響以及“源-網(wǎng)-荷-儲”的動態(tài)特性匹配??梢詫⒅绷髋潆娋W(wǎng)的實際控制需求分為功率平衡時的正常工況和供需緊張時的緊急工況兩類。正常工況下,“源-網(wǎng)-荷-儲”的調(diào)控主要以經(jīng)濟最優(yōu)為目標(biāo)參與調(diào)節(jié);緊急工況下,以直流電壓的穩(wěn)定為控制目標(biāo),通過使儲能切換為功率快速支撐模式以及負(fù)荷采用分布式控制快速參與需求響應(yīng)的方式來輔助換流站調(diào)節(jié)電壓確保直流電壓不越限。其中,如何實現(xiàn)配電網(wǎng)2種運行工況時源荷儲不同運行模式的快速無縫自適應(yīng)切換技術(shù)是需要解決的關(guān)鍵問題。
(2) 當(dāng)交流系統(tǒng)故障、直流配電網(wǎng)發(fā)生N-1故障(例如直流配電線路斷開,換流站故障退出運行等)或遭遇大功率擾動時,系統(tǒng)的運行方式可能發(fā)生改變,現(xiàn)有的依靠可控設(shè)備模式切換的控制策略難以滿足直流電壓穩(wěn)定的需求。研究者應(yīng)跳出主從控制、電壓裕度控制和下垂控制的框架,研究一種適應(yīng)多場景、支持配用電設(shè)備靈活投退的多運行方式自適應(yīng)控制策略或統(tǒng)一管理策略,從根本上解決無法同時保證穩(wěn)態(tài)功率控制精度和動態(tài)電壓調(diào)節(jié)特性以及實現(xiàn)直流配電網(wǎng)復(fù)雜運行模式無縫切換的問題。
(3) 大多數(shù)研究者都是將直流配電網(wǎng)的控制和保護作為2個技術(shù)獨立進行研究。而直流配電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)不同的是其換流站本身具有可控性,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大擾動或故障時具有抗擾性和一定的故障阻斷能力。因此,在研究直流配電網(wǎng)的控制策略時,應(yīng)該考慮將控制和保護結(jié)合起來研究,充分利用直流配電網(wǎng)的控制靈活性,分擔(dān)保護的部分任務(wù),實現(xiàn)控制保護一體化,提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性。
隨著可再生能源在配電網(wǎng)中滲透率的不斷提高,直流配電網(wǎng)在新能源消納方面將比交流配電網(wǎng)具有更大的優(yōu)勢,但在經(jīng)濟性和控制保護可靠性方面還需改進。目前國內(nèi)已經(jīng)建設(shè)了很多直流配電網(wǎng)示范工程,但總體正處于起步階段。直流配電網(wǎng)直流電壓的控制方法大多還是借鑒高壓直流輸電和直流微電網(wǎng)的控制方法以及對其方法的改進,并不能有效適應(yīng)直流配電網(wǎng)復(fù)雜的模式切換等,且在同時保證較好的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能方面還有待提升。文中在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上,對直流配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和電壓控制技術(shù)做了總結(jié)和思考,期望可為未來直流配電網(wǎng)電壓控制技術(shù)的進一步研究提供思路和借鑒。
本文得到國網(wǎng)江蘇省電力有限公司科技項目(J2019111,SGJSDK00ZPJS1900271)資助,謹(jǐn)此致謝!