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        多源配網(wǎng)主動(dòng)孤島恢復(fù)過程電壓頻率波動(dòng)的平抑方法

        2022-06-07 01:31:16曹一家王煒宇

        在當(dāng)前低碳化與去碳化的能源轉(zhuǎn)型期,集中式與分布式并舉開發(fā)新能源已是必然趨勢(shì).分布式電源(DG)高比例接入配網(wǎng)使得配網(wǎng)由傳統(tǒng)受端電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榧娔苁占鬏?、?chǔ)存和分配于一體的新型電力交換系統(tǒng),增加了系統(tǒng)運(yùn)行方式的多樣性與靈活性,為極端條件下的大電網(wǎng)故障和多源配網(wǎng)自身故障提供了主動(dòng)孤島恢復(fù)負(fù)荷供電新路徑.

        在配網(wǎng)故障情況下,利用分布電源黑啟動(dòng)保障關(guān)鍵負(fù)荷供電一直是研究熱點(diǎn).現(xiàn)有研究主要聚焦兩類,一類是研究失電后DG的黑啟動(dòng)能力與黑啟動(dòng)的可行性,另一類是研究黑啟動(dòng)方案的啟動(dòng)序列及其優(yōu)選.比如,文獻(xiàn)[11]提出利用微電網(wǎng)中的DG保障故障配網(wǎng)的關(guān)鍵負(fù)荷供電,將配網(wǎng)分為若干子系統(tǒng),發(fā)生故障時(shí)各子系統(tǒng)逐一完成黑啟動(dòng)與并網(wǎng)恢復(fù),在保障微電網(wǎng)自身負(fù)荷的同時(shí)恢復(fù)更多的配網(wǎng)失電負(fù)荷.然而,對(duì)于如何抑制黑啟動(dòng)過程中DG與負(fù)荷組網(wǎng)暫態(tài)過程可能產(chǎn)生的電壓、頻率波動(dòng)卻鮮有研究.

        在有關(guān)孤島內(nèi)DG黑啟動(dòng)保障關(guān)鍵負(fù)荷的研究中,自組網(wǎng)過程中的DG一般采用功率下垂控制或V/f控制,這些方法雖然保證了穩(wěn)態(tài)條件下孤島內(nèi)電力平衡和頻率的統(tǒng)一,但存在有差調(diào)節(jié)特性,對(duì)功率瞬時(shí)突變的反應(yīng)不夠靈敏,因此無法平抑主動(dòng)孤島自組網(wǎng)過程中母線電壓與頻率的波動(dòng),影響孤島安全穩(wěn)定運(yùn)行,嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致組網(wǎng)失敗.在孤島自組網(wǎng)完成后與主網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)的同步電壓控制方面,孤島電壓波動(dòng)與孤島內(nèi)DG出力變化息息相關(guān),因此一般通過控制儲(chǔ)能或DG出力來實(shí)現(xiàn)同步電壓控制.以往研究通常通過設(shè)定電壓約束范圍,采用模型預(yù)測(cè)控制方法或?yàn)V波算法將電壓波動(dòng)幅度限制在換流器可承受的強(qiáng)度內(nèi),上述方法未考慮實(shí)際情況下,組網(wǎng)瞬時(shí)產(chǎn)生的電壓偏移,無法消除電壓偏移對(duì)相關(guān)設(shè)備安全運(yùn)行的影響.

        為解決上述問題,本文提出在主動(dòng)孤島自組網(wǎng)過程中采用具備黑啟動(dòng)能力的儲(chǔ)能系統(tǒng)作為黑啟動(dòng)電源,設(shè)計(jì)電壓電流雙環(huán)前饋擾動(dòng)補(bǔ)償控制系統(tǒng)來控制儲(chǔ)能輸出功率,通過內(nèi)部前饋補(bǔ)償削弱由DG和負(fù)荷并網(wǎng)引起的暫態(tài)功率變化對(duì)電壓波動(dòng)造成的影響,充分利用儲(chǔ)能系統(tǒng)功率響應(yīng)的快速性完成對(duì)孤島自組網(wǎng)過程電壓波動(dòng)的平抑.為驗(yàn)證所提方法的有效性,依據(jù)黑啟動(dòng)原則和DG啟動(dòng)順序的一般原則設(shè)計(jì)孤島黑啟動(dòng)自組網(wǎng)模型和啟動(dòng)序列;并在MATLAB/Simulink軟件中搭建基于儲(chǔ)能控制的主動(dòng)孤島動(dòng)態(tài)組網(wǎng)電壓和頻率波動(dòng)平抑仿真模型.

        1 多源配網(wǎng)主動(dòng)孤島自組網(wǎng)及并網(wǎng)過程分析

        1.1 主動(dòng)孤島恢復(fù)的應(yīng)用場景

        主動(dòng)孤島是含高比例DG配電網(wǎng)的一種非常態(tài)運(yùn)行方式,是故障條件下保障關(guān)鍵負(fù)荷供電、提高系統(tǒng)供電可靠性,并且有別于傳統(tǒng)方式對(duì)非故障失電區(qū)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)供恢復(fù)供電的新方式.當(dāng)配電網(wǎng)的外部電網(wǎng)發(fā)生故障或內(nèi)部故障無法完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供導(dǎo)致負(fù)荷失電時(shí),根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、DG位置、發(fā)電容量等,利用DG黑啟動(dòng)自組網(wǎng),可以形成一個(gè)或幾個(gè)孤立的子網(wǎng),實(shí)現(xiàn)非故障失電區(qū)負(fù)荷的恢復(fù)供電.圖1為DG自組網(wǎng)保障負(fù)荷供電示意圖.其中,數(shù)字1~33表示節(jié)點(diǎn)序號(hào)和支路序號(hào).

        1.2 主動(dòng)孤島自組網(wǎng)過程分析

        在孤島黑啟動(dòng)自組網(wǎng)過程中,DG的發(fā)電功率難以滿足孤島中所有負(fù)荷的需求.此時(shí),需要以穩(wěn)態(tài)功率平衡為原則,參照黑啟動(dòng)原則并考慮拓?fù)涞目臻g位置盡快恢復(fù)孤島內(nèi)各個(gè)負(fù)荷,同時(shí)根據(jù)負(fù)荷的重要程度、DG容量以及負(fù)荷與DG的距離,確定配電網(wǎng)DG及負(fù)荷的自組網(wǎng)順序.

        所提控制方法以主網(wǎng)電壓為參考值,以孤島母線的電壓、電流和逆變器端口電流為輸入,通過改進(jìn)雙環(huán)控制方式協(xié)同控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率輸出,調(diào)節(jié)孤島母線電壓及電流,使得自組網(wǎng)完成后孤島與主網(wǎng)的電壓以及頻率的差值達(dá)到并網(wǎng)要求.其基本原理為基于主網(wǎng)電壓頻率與孤島電壓頻率的差值,通過解耦后的前饋擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)瓤刂骗h(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)比例積分調(diào)節(jié)器的自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié),縮小孤島與主網(wǎng)的電壓及頻率差異,從而產(chǎn)生同期點(diǎn),達(dá)到并網(wǎng)條件.

        式中:和分別為電壓環(huán)內(nèi)PI控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù);ss分別為軸和軸上逆變器端口電流參考值;為拉普拉斯變換中的微分算子.

        本文采用串行恢復(fù)作為網(wǎng)架的恢復(fù)策略,具體恢復(fù)流程如下.

        (1) 切除全部負(fù)荷,空載啟動(dòng).空載啟動(dòng)可以避免自組網(wǎng)初期因負(fù)荷過載發(fā)生啟動(dòng)失敗的情況.

        (2) 啟動(dòng)具備黑啟動(dòng)能力的儲(chǔ)能裝置.算例中,DG1、DG3采用容量40 kV·A的儲(chǔ)能裝置;DG2采用永磁同步風(fēng)機(jī),容量40 kV·A;DG4采用光伏發(fā)電,容量20 kV·A.首先啟動(dòng)具備黑啟動(dòng)能力的儲(chǔ)能裝置DG1,建立初始孤島的電壓和頻率.為確保黑啟動(dòng)電源能夠承受孤島系統(tǒng)中其他非黑啟動(dòng)電源啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的功率沖擊,儲(chǔ)能DG1的額定功率需滿足:

        凡是有人發(fā)起溝通需求,必須即刻回應(yīng)。團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的培訓(xùn)也是高效溝通的表現(xiàn),受訓(xùn)對(duì)象接受首次培訓(xùn)后,必須有培訓(xùn)師或帶教人對(duì)位,以隨時(shí)接受反饋與提問。將各人串聯(lián)成各組交叉流線,而單線、刻板的圈定,須配合專業(yè)與職能劃分。這樣一來,團(tuán)隊(duì)即將具備拆分、重組、接力沖刺、互為備份的特性。

        ≥+++

        (1)

        式中:為儲(chǔ)能DG1的額定視在功率;為孤島母線電壓的空載損耗;、和分別為DG2、DG3和DG4啟動(dòng)時(shí)的沖擊功率.

        (3) 投入重要負(fù)荷.在儲(chǔ)能DG1額定容量能滿足負(fù)荷所需功率的前提下,逐步投入負(fù)荷以快速恢復(fù)供電.在投入過程中,應(yīng)保證系統(tǒng)電壓和頻率在允許范圍內(nèi)波動(dòng),避免整個(gè)系統(tǒng)由于電壓頻率波動(dòng)引發(fā)振蕩.因此,需采用合適的控制方式控制儲(chǔ)能輸出以穩(wěn)定孤島電壓及頻率,平抑并網(wǎng)波動(dòng).此外,在投入重要負(fù)荷時(shí),投入負(fù)荷容量()、孤島母線電壓()及頻率()應(yīng)滿足:

        (2)

        ≤≤

        (3)

        ≤≤

        (4)

        式中:和分別為母線電壓幅值的上限和下限;和分別為系統(tǒng)頻率的上限和下限.

        (4) 啟動(dòng)其他DG.優(yōu)先啟動(dòng)具有電壓和頻率支撐能力的DG,以維持黑啟動(dòng)初期系統(tǒng)的電壓與頻率穩(wěn)定.

        (5) 逐漸并入孤島其他負(fù)荷.DG逐步接入后,根據(jù)負(fù)荷位置、重要程度及系統(tǒng)發(fā)電容量逐步投入其他負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵負(fù)荷的最大化保障供電.整個(gè)過程需要保障DG總?cè)萘渴冀K大于負(fù)荷總?cè)萘?

        日本山崎馬扎克(MAZAK)公司成立于1919年,主要生產(chǎn)CNC車床、復(fù)合車銑加工中心、立式加工中心、臥式加工中心、CNC激光系統(tǒng)、FMS柔性生產(chǎn)系統(tǒng)、CAD/CAM系統(tǒng)、CNC裝置和生產(chǎn)支持軟件等。產(chǎn)品素以高速度、高精度而在行業(yè)內(nèi)著稱,遍及機(jī)械工業(yè)的各個(gè)行業(yè)。

        孤島依據(jù)上述黑啟動(dòng)原則完成孤島黑啟動(dòng)自組網(wǎng)后,形成與主網(wǎng)分離且穩(wěn)定運(yùn)行的孤島系統(tǒng).

        1.3 主動(dòng)孤島并網(wǎng)過程分析

        自組網(wǎng)完成后的孤島需與主網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,孤島與主網(wǎng)完成并網(wǎng)時(shí)整個(gè)故障恢復(fù)過程結(jié)束.孤島與主網(wǎng)并網(wǎng)需要滿足如下條件:① 二者電壓差近似為0;② 頻率基本一致;③ 電流由主網(wǎng)流向孤島.然而,一般情況下,孤島頻率小于主網(wǎng)頻率,并且孤島電壓與主網(wǎng)電壓也存在一定差距,難以達(dá)到同期并網(wǎng)條件,因此不能直接并網(wǎng).

        根據(jù)DG是否具備黑啟動(dòng)能力和穩(wěn)定輸出功率能力,依次對(duì)各DG進(jìn)行分類: ① 黑啟動(dòng)DG與非黑啟動(dòng)DG;② 穩(wěn)定輸出功率式DG與非穩(wěn)定輸出功率式DG.

        2 自組網(wǎng)過程的波動(dòng)分析

        傳統(tǒng)的孤島黑啟動(dòng)自組網(wǎng)和并網(wǎng)過程未充分考慮電壓、頻率波動(dòng)問題.對(duì)此,分析孤島內(nèi)部電壓、頻率波動(dòng)的原因.

        漢魏時(shí)期,人們吃火鍋已是很普遍了。從考古發(fā)現(xiàn)來看,此時(shí)已有各式各樣的火鍋,火鍋的材質(zhì)也不局限于青銅一類,出現(xiàn)了鐵火鍋、陶火鍋等,除了吃分餐制形式 的“小火鍋”外,那時(shí)人們還吃起了可以放不同料湯、燒煮不同口味的鴛鴦火鍋。分格鼎,漢代的火鍋。又被稱為古代版的鴛鴦火鍋。在江蘇盱眙縣境內(nèi)大云山西漢墓中考古出土的一件分格鼎,直接證明墓主、西漢江都王劉非就是一位火鍋“吃貨”。而且,不只證明他喜歡吃火鍋,還證明他吃的是“鴛鴦火鍋”。分格鼎,就是將鼎分成不同的燒煮空間,避免不同味道的料湯串味,其飲食原理如同現(xiàn)代的鴛鴦火鍋,方便有酸、辣、麻、咸等不同飲食習(xí)慣的食客。

        波動(dòng)分析的總原則為獨(dú)立運(yùn)行孤島內(nèi)部源荷功率平衡.設(shè)孤島系統(tǒng)內(nèi)部負(fù)荷消耗的有功功率為;孤島系統(tǒng)內(nèi)部消耗的無功功率為;自組網(wǎng)過程中其他負(fù)荷或DG并網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)較大的暫態(tài)功率波動(dòng),因此設(shè)其相應(yīng)的有功和無功功率波動(dòng)量分別為 Δ和 Δ,此時(shí)主要分析由于其他負(fù)荷及DG并網(wǎng)所產(chǎn)生的暫態(tài)功率波動(dòng),認(rèn)為DG等效輸出穩(wěn)定的有功功率()和無功功率(),則

        解此二元一次方程可得:

        (5)

        (6)

        式中:為孤島電壓;為負(fù)荷等效電阻;為負(fù)荷品質(zhì)因數(shù);為孤島頻率;為負(fù)荷諧振頻率.由式(6)可解得:

        (7)

        九一八以后,帝國主義的炮火打碎了中國的和平,狂飆的時(shí)代撼著整個(gè)遠(yuǎn)東,驚破了沉醉的夢(mèng)魂,太平洋的潮流和群眾的吶喊一致地怒吼了,戲劇底責(zé)任,是負(fù)有嚴(yán)重性的宣傳,在這垂危的國難期間,它當(dāng)然不能再落后了,所以復(fù)活后的戲劇,劇社像雨后春筍一般成立,完成一條堅(jiān)固的陣線。

        (8)

        3)研究方法的使用是否恰當(dāng)準(zhǔn)確對(duì)于我們的研究結(jié)果具有很大的影響。雖然我們現(xiàn)在的研究也有一定的優(yōu)勢(shì),但是過于單一研究方法也可能會(huì)使得我們的研究結(jié)論真實(shí)性受到質(zhì)疑。在以后的研究中,我們應(yīng)該采用多種研究方法進(jìn)行研究以彌補(bǔ)單個(gè)研究方法的不足,從而最大限度地去提高我們研究的準(zhǔn)確性。

        二肖皆一竅,兔舐雄毛而孕,感而不交也,雞合踏而無形,交而不感也。[注](明)王逵:《蠡海集》,中華書局,1985年,第20頁。

        (9)

        式中:

        在2015年聯(lián)合國氣候峰會(huì)上聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(SDG)的簽署為全球政策和市場治理翻開新的篇章,氣候變化、排放達(dá)峰、綠色增長等議題已經(jīng)成為了全世界的共識(shí),世界的政策驅(qū)動(dòng)點(diǎn)已經(jīng)從純粹的經(jīng)濟(jì)利益到了一個(gè)需整合經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)利益為一體的可持續(xù)性發(fā)展時(shí)代。雖然全球政府、商界和社會(huì)都在呼吁真正的行動(dòng),但氣候變化問題日漸嚴(yán)峻,而世界依舊缺乏一個(gè)有效的全生態(tài)性的機(jī)制來應(yīng)對(duì)氣候變化等環(huán)境問題。

        (10)

        參考式(9)和(10)可知,值隨DG有功和無功出力的變化而變化,由此產(chǎn)生相應(yīng)頻率波動(dòng).影響DG出力的因素較多,包括光照強(qiáng)度、風(fēng)速等不確定因素,因此在孤島自組網(wǎng)過程中存在頻率波動(dòng).此外,由于黑啟動(dòng)過程中DG及負(fù)荷不斷并入孤島,由此產(chǎn)生的有功功率暫態(tài)變化將影響,導(dǎo)致在負(fù)荷或DG接入孤島時(shí)孤島電壓產(chǎn)生波動(dòng).

        為解決此問題,考慮到儲(chǔ)能系統(tǒng)功率響應(yīng)的快速性,可以在孤島內(nèi)加入具備黑啟動(dòng)能力的儲(chǔ)能作為黑啟動(dòng)電源,并在儲(chǔ)能逆變器上施加合適的控制方法,依據(jù)主網(wǎng)電壓及孤島母線電壓控制儲(chǔ)能出力以穩(wěn)定孤島內(nèi)電壓與頻率.

        式中:為濾波電容值.同理,經(jīng)變換并推導(dǎo)易得:

        3 基于儲(chǔ)能控制的波動(dòng)平抑模型

        3.1 儲(chǔ)能控制器的電路結(jié)構(gòu)

        電網(wǎng)中儲(chǔ)能的控制一般采用三相全橋逆變器,其主要包括逆變橋、脈沖寬度調(diào)制(PWM)、LC濾波器、控制等模塊,電路結(jié)構(gòu)如圖2所示.其中,R、L和C分別為電阻器、電感器和電容器,ss分別為逆變器端口的電壓和電流;cc分別為母線的電壓和電流.在各種PWM方法中,空間矢量脈寬調(diào)制簡單且適合數(shù)字化實(shí)現(xiàn),具有輸出電流波形好、直流側(cè)電壓利用率高等優(yōu)點(diǎn),因此廣泛應(yīng)用于逆變器控制.逆變器工作過程如下:輸入信號(hào)經(jīng)控制模塊控制后,利用PWM模塊進(jìn)行空間矢量脈寬調(diào)制,產(chǎn)生的PWM信號(hào)用來控制全控型電力電子器件的開合,將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電,經(jīng)LC濾波器濾波后輸入電網(wǎng).

        3.2 控制方法的數(shù)學(xué)模型

        根據(jù)圖2所示的三相全橋逆變器電路結(jié)構(gòu)和基爾霍夫電壓定律,可在逆變器出口列寫電壓平衡方程以構(gòu)建電壓模型:

        (11)

        式中:為電感值;為線路等效電阻值;為時(shí)間.

        要確保課程教學(xué)質(zhì)量,關(guān)鍵在于有切合實(shí)際的教學(xué)措施及可操作的規(guī)范.課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作為課程教學(xué)的指導(dǎo)性文件,從課程的教學(xué)文件、教學(xué)運(yùn)行、教學(xué)考核三個(gè)方面對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)加以規(guī)范,提出具體的教學(xué)建議,見表3.

        棉織物以良好的吸濕性,透氣性和穿著的舒適性,深受大眾喜歡。為了追求時(shí)尚,生產(chǎn)商會(huì)制造出各種獨(dú)特風(fēng)格的棉產(chǎn)品,這就需要對(duì)棉織物染色。傳統(tǒng)的染色工藝流程先紡紗接著織布再染色,新型的染色工藝流程為先染棉條接著紡紗再織布[1]。兩者相比,后者色差小,節(jié)約水電,污染小,同時(shí)可以縮短生產(chǎn)周期。紡紗時(shí)可以采用有幾種顏色棉不同比例混配,滿足消費(fèi)者對(duì)色彩多元化的需求。

        s、sc均為三相:

        (12)

        式中:s、cs(=,,)分別為、和三相的電壓和電流式(12)經(jīng)變換后推導(dǎo)可得:

        將式(7)代入式(6)可得:

        (13)

        式中:ss(=,)分別為軸和軸上逆變器端口的電壓和電流;cc分別為軸和軸上孤島母線電壓;為角頻率.式(13)可改寫為

        通常情況下,不同的地區(qū)有著各自不同的土質(zhì),不同土質(zhì)的穩(wěn)定性也有著很大的差距,例如,陜西地區(qū)就屬于黃土土質(zhì),又因?yàn)榇蠖嗵幱谔厥獾牡刭|(zhì)構(gòu)造處,所以極其容易發(fā)生地面沉降的事故。另外,陜西地區(qū)的濕陷性黃土地基也較為嚴(yán)重,對(duì)地基處理不當(dāng)是造成地基基礎(chǔ)下沉的主要原因[3]。

        (14)

        在盡可能短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)更多重要負(fù)荷并完成孤島黑啟動(dòng)的首要問題是合理安排孤島DG及負(fù)荷的啟動(dòng)順序,應(yīng)遵循的原則如下:① 具備黑啟動(dòng)能力的DG及具備穩(wěn)定輸出能力的功率式DG優(yōu)先啟動(dòng);② 離重要負(fù)荷近的DG優(yōu)先啟動(dòng);③ 具有調(diào)頻調(diào)壓能力的DG優(yōu)先啟動(dòng),以保障DG啟動(dòng)后孤島具備一定調(diào)頻調(diào)壓能力,否則在帶負(fù)荷運(yùn)行過程中容易引發(fā)振蕩失穩(wěn);④ DG容量應(yīng)始終大于啟動(dòng)負(fù)荷的功率需求.

        如果必須要用言簡意賅的方式去概括參與這次選題策劃的六輛跑車,首先出現(xiàn)在我腦海中莫過于“震撼”“澎湃”“內(nèi)斂”這三個(gè)詞匯。如果非要再加上一個(gè)名詞,那非“座椅”莫屬。是的,它們無一例外都擁有一對(duì)難以取悅我的座椅。

        根據(jù)基爾霍夫電流定理可知,電容電流等于逆變器輸出電流減去孤島母線上的電流:

        (15)

        綜上可知:DG有功出力變化、DG并網(wǎng)或負(fù)荷變動(dòng),將會(huì)造成孤島母線電壓、頻率發(fā)生波動(dòng),此時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)自發(fā)地調(diào)節(jié)輸出功率以補(bǔ)償功率變化,可以穩(wěn)定孤島的運(yùn)行電壓及頻率.

        鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)興旺,意味著鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展充滿活力。盡管反映某個(gè)鄉(xiāng)村的產(chǎn)業(yè)興旺可能是一個(gè)或兩三個(gè)產(chǎn)業(yè),但總體上衡量鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)興旺的角度和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是多維的,因而鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)興旺的內(nèi)涵特征展現(xiàn)得比較豐富,至少有以下方面。

        (16)

        (17)

        式中:refref分別為軸和軸上母線電壓參考值;cc分別為軸和軸上孤島母線電流;和分別為電流環(huán)內(nèi)PI控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù).

        結(jié)合式(14)和(17),構(gòu)建電壓和電流控制環(huán),將雙環(huán)綜合后可得到電壓電流雙環(huán)控制圖,如圖3所示.其中,cc為負(fù)荷側(cè)參考電壓,其值等于式(17)中的refref;ss為逆變器端口電壓參考值,其值等于式(14)中的和s;為電流內(nèi)環(huán)的參考值.

        傳統(tǒng)控制方式忽視了s對(duì)c的影響,并未對(duì)s進(jìn)行測(cè)量.相比于無前饋補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)V/f控制,該控制方式增加了s的測(cè)量.結(jié)合圖3并參照式(17)可知,該方法實(shí)際上是對(duì)傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)V/f控制策略中的電壓外環(huán)引入了負(fù)荷電壓作為前饋擾動(dòng)補(bǔ)償,并且在電流內(nèi)環(huán)中引入了孤島母線電壓進(jìn)行擾動(dòng)補(bǔ)償.cc在補(bǔ)償負(fù)荷電壓的擾動(dòng)分量后經(jīng)過解耦等控制生成,然后以為參考值完成電流內(nèi)環(huán)的解耦、補(bǔ)償?shù)瓤刂?

        綜上所述,在產(chǎn)后婦女盆底功能康復(fù)治療中加入護(hù)理干預(yù)措施能夠有效提高患者的臨床康復(fù)效果,具有現(xiàn)實(shí)意義,值得推廣。

        對(duì)于無前饋補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)V/f控制策略,其cc會(huì)受到cc以及濾波電容的影響,且兩者間存在交叉耦合,因此DG并網(wǎng)或負(fù)荷并網(wǎng)時(shí)引起的暫態(tài)功率變化極易通過影響cc造成孤島母線電壓的振蕩而對(duì)于增加前饋補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)雙環(huán)控制策略而言,cc可以完成獨(dú)立解耦控制,因此孤島母線電壓的控制不受等效負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性影響,即改進(jìn)雙環(huán)控制的儲(chǔ)能系統(tǒng)通過內(nèi)部前饋擾動(dòng)補(bǔ)償削弱了由DG及負(fù)荷并網(wǎng)引起的暫態(tài)功率變化對(duì)電壓波動(dòng)造成的影響,顯著加快了功率調(diào)控速度并增強(qiáng)了穩(wěn)定電壓能力.

        基于圖3所示的改進(jìn)雙環(huán)控制方式,結(jié)合孤島中儲(chǔ)能逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以得到儲(chǔ)能逆變器的改進(jìn)雙環(huán)控制控制過程示意圖,如圖4所示.其中,c為采樣的主網(wǎng)電壓,ss為坐標(biāo)變換后的逆變器端口電壓參考值.可知,改進(jìn)雙環(huán)控制分別對(duì)c、cc、ss進(jìn)行采樣.以c為參考值,所采樣的電壓及電流經(jīng)過坐標(biāo)變換后進(jìn)入控制器,按照?qǐng)D3所示電壓電流雙環(huán)控制示意圖完成負(fù)荷電壓前饋擾動(dòng)補(bǔ)償和孤島母線電流擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)瓤刂骗h(huán)節(jié),控制過程完成后通過空間矢量脈寬調(diào)制生成PWM信號(hào)對(duì)逆變器進(jìn)行控制,以此控制儲(chǔ)能輸出功率以平抑孤島母線上功率的波動(dòng),從而縮小孤島與主網(wǎng)的電壓差距,完成孤島自組網(wǎng)過程的電壓波動(dòng)平抑.

        4 仿真分析

        4.1 仿真模型搭建

        依據(jù)上述黑啟動(dòng)原則和DG啟動(dòng)順序的一般原則設(shè)計(jì)孤島黑啟動(dòng)自組網(wǎng)仿真模型.孤島中布置1個(gè)具備黑啟動(dòng)能力的儲(chǔ)能裝置(DG1)、1個(gè)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DG2)、1個(gè)具備穩(wěn)定輸出能力的儲(chǔ)能裝置(DG3)、1個(gè)光伏電源(DG4)、11個(gè)負(fù)荷,其中負(fù)荷1為重要負(fù)荷不可停電,因此負(fù)荷1一直與DG1連接保障其供電可靠性.在MATLAB/Simulink中搭建如圖5所示的孤島自組網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái).分布式電源參數(shù)表如表1所示,其中DG4采用最大功率點(diǎn)跟蹤控制,所有DG的額定電壓均設(shè)為380 V,額定頻率均設(shè)為50 Hz.在負(fù)荷方面,負(fù)荷1為重要負(fù)荷、負(fù)荷2~8為一般負(fù)荷,額定功率均設(shè)為10 kW、5 kvar;負(fù)荷9~11為一般負(fù)荷,額定功率均設(shè)為 5 kW、2 kvar.負(fù)荷的額定電壓設(shè)為380 V,額定頻率設(shè)為50 Hz,其中負(fù)荷1為重要負(fù)荷,即使在孤島斷電離網(wǎng)情況下也一直由DG1保障供電.其他負(fù)荷為一般負(fù)荷,一般負(fù)荷在黑啟動(dòng)過程的初始狀態(tài)全部退出運(yùn)行.

        仿真工況如下:仿真時(shí)長共2.0 s,初始時(shí)刻,整個(gè)系統(tǒng)除負(fù)荷1外均為全黑狀態(tài),負(fù)荷和各分布式發(fā)電單元與交流母線的開關(guān)全部處于斷開狀態(tài);=0.1 s時(shí),閉合開關(guān)S1,使具有黑啟動(dòng)能力的DG1建立孤島系統(tǒng)的電壓和頻率并帶動(dòng)負(fù)荷1運(yùn)行;=0.2 s時(shí),閉合開關(guān)S2,投入負(fù)荷2;=0.3 s時(shí),閉合斷路器S3;=0.4 s時(shí),閉合開關(guān)S8,投入負(fù)荷3;=0.5 s時(shí),閉合開關(guān)S5,投入DG2;=0.6 s時(shí),閉合開關(guān)S6,投入負(fù)荷5;=0.7 s時(shí),閉合開關(guān)S7,投入負(fù)荷4;=0.8 s時(shí),閉合母聯(lián)斷路器S9;=0.9 s時(shí),閉合開關(guān)S11,投入DG3;=1.0,1.1,1.2 s時(shí)分別閉合開關(guān)S12、S13、S14,投入負(fù)荷8、 負(fù)荷7、 負(fù)荷6;=1.3 s時(shí),閉合斷路器S10;=1.4 s時(shí),閉合斷路器S15;=1.5 s時(shí),閉合開關(guān)S16,投入DG4;=1.6,1.7,1.8 s時(shí),分別閉合開關(guān)S17、S18、S19,投入負(fù)荷11、 負(fù)荷10、 負(fù)荷9;至此,孤島自組網(wǎng)過程完成.=1.9 s時(shí),閉合斷路器S20,使孤島恢復(fù)與主網(wǎng)的連接;=2.0 s時(shí)仿真結(jié)束.

        為模擬風(fēng)速與光照強(qiáng)度的變化對(duì)DG2和DG4出力的影響,在模型中設(shè)置=1 s時(shí),DG2的風(fēng)速由6 m/s突變?yōu)? m/s;=1.7 s時(shí),DG4的光照強(qiáng)度從 1 200 W/m突變?yōu)? 000 W/m,仿真過程中觀察母線電壓及頻率的波動(dòng)情況.

        4.2 仿真結(jié)果

        在孤島黑啟動(dòng)自組網(wǎng)過程中,DG和負(fù)荷的并網(wǎng)會(huì)引起孤島母線上的功率發(fā)生突變,進(jìn)而引發(fā)電壓頻率的波動(dòng).在該過程中,對(duì)比改進(jìn)雙環(huán)控制與傳統(tǒng)V/f控制對(duì)孤島母線電壓頻率波動(dòng)的抑制能力.依據(jù)上述孤島自組網(wǎng)過程仿真拓?fù)鋱D進(jìn)行仿真,當(dāng)對(duì)DG1分別采用傳統(tǒng)V/f控制和改進(jìn)雙環(huán)控制時(shí),孤島母線電壓波形圖分別如圖6和7所示;電壓有效值、局部孤島母線電壓有效值和頻率對(duì)比分別如圖8~10所示.

        由圖6~8可知,當(dāng)DG1采用傳統(tǒng)V/f控制時(shí),在=0.5 s,即DG2并網(wǎng)瞬間會(huì)引起較大暫態(tài)功率波動(dòng),從而在孤島母線上產(chǎn)生一個(gè)較大的電壓波動(dòng),此時(shí)電壓有效值驟降至120 V左右又迅速恢復(fù).之后,隨各負(fù)荷并網(wǎng),電壓有效值仍存在波動(dòng),并且在孤島自組網(wǎng)過程中會(huì)產(chǎn)生輕微電壓偏移,這是由于傳統(tǒng)V/f控制屬于有差調(diào)節(jié),其對(duì)負(fù)荷功率的平衡以產(chǎn)生電壓的偏移為代價(jià),難以穩(wěn)定調(diào)節(jié)暫態(tài)大功率突變引起的電壓和頻率波動(dòng),影響系統(tǒng)的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能.相較于傳統(tǒng)V/f控制,采用改進(jìn)雙環(huán)控制時(shí),孤島母線電壓在DG及負(fù)荷接入時(shí)產(chǎn)生的波動(dòng)明顯較小,尤其在負(fù)荷接入時(shí)產(chǎn)生的波動(dòng)更為平緩.

        由圖9可知,在自組網(wǎng)過程中,采用改進(jìn)雙環(huán)控制時(shí)電壓的波動(dòng)幅度更小,且基本不產(chǎn)生電壓偏移,更易于實(shí)現(xiàn)各負(fù)荷和DG穩(wěn)定并網(wǎng),保障了孤島自組網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行.其原因?yàn)楦倪M(jìn)雙環(huán)控制的儲(chǔ)能系統(tǒng)通過內(nèi)部前饋補(bǔ)償削弱了由DG及負(fù)荷并網(wǎng)引起的暫態(tài)功率變化對(duì)電壓波動(dòng)的影響,提升了功率調(diào)控的速度并增強(qiáng)了穩(wěn)定電壓能力,保障了電網(wǎng)的電能質(zhì)量及自組網(wǎng)過程的安全穩(wěn)定運(yùn)行.

        由圖10可知,傳統(tǒng)V/f控制在并網(wǎng)時(shí)的頻率波動(dòng)較大,最大偏移量約為50.35 Hz;而采用改進(jìn)雙環(huán)控制時(shí)孤島頻率的波動(dòng)更平緩,最大偏移量約為50.2 Hz,改善了傳統(tǒng)V/f控制的頻率波動(dòng).

        分別對(duì)圖6和7中0.1~2.0 s內(nèi)孤島母線電壓波形進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)分析,結(jié)果如圖11和12所示.其中,Mag表示各頻率對(duì)應(yīng)的諧波幅值相對(duì)于基波幅值的大小,THD為總諧波畸變率,(50 Hz)=308.5表示基波頻率50 Hz,電壓基波幅值為308.5 V.由圖11和12可知,采用改進(jìn)雙環(huán)控制時(shí)孤島母線電壓波形畸變率為1.10%,小于采用傳統(tǒng)V/f控制時(shí)的電壓波形畸變率(2.00%).進(jìn)一步證明了改進(jìn)雙環(huán)控制能有效平抑孤島母線電壓、頻率波動(dòng),改善電能質(zhì)量.

        綜上所述,相較于傳統(tǒng)V/f控制,采用改進(jìn)雙環(huán)控制方案的優(yōu)勢(shì)如下:① 有效平抑孤島自組網(wǎng)時(shí)功率突變引起的電壓、頻率波動(dòng),使整個(gè)孤島自組網(wǎng)過程中電壓、頻率波動(dòng)更為平緩;② 孤島母線電壓波形畸變率更小,能明顯改善電能質(zhì)量,且抗干擾能力更強(qiáng),魯棒性更好,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性;③ 保證了孤島因事故脫網(wǎng)后自組網(wǎng)復(fù)電過程的安全性與可靠性,改善了電能質(zhì)量,增強(qiáng)了電網(wǎng)抵御事故能力,對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義.

        5 結(jié)語

        多源配網(wǎng)主動(dòng)孤島恢復(fù)有利于保障極端條件下的關(guān)鍵負(fù)荷供電,為解決主動(dòng)孤島恢復(fù)過程中負(fù)荷和DG組網(wǎng)瞬間產(chǎn)生的電壓、頻率波動(dòng)問題,研究和分析故障配電網(wǎng)主動(dòng)孤島自組網(wǎng)恢復(fù)過程中產(chǎn)生電壓、頻率波動(dòng)的原因,提出改進(jìn)雙環(huán)控制的儲(chǔ)能系統(tǒng)矢量控制方法,設(shè)計(jì)電壓電流雙環(huán)前饋擾動(dòng)補(bǔ)償控制系統(tǒng),建立基于儲(chǔ)能控制的主動(dòng)孤島動(dòng)態(tài)組網(wǎng)電壓、頻率波動(dòng)平抑模型,改善了傳統(tǒng)V/f控制電壓偏移、電壓和頻率波動(dòng)較大的問題,實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)孤島自組網(wǎng)時(shí)的電壓、頻率波動(dòng)平抑.根據(jù)主動(dòng)孤島自組網(wǎng)流程及原則,利用MATLAB/Simulink仿真工具搭建不同控制方式下的孤島自組網(wǎng)仿真模型,分別采用傳統(tǒng)V/f控制及改進(jìn)雙環(huán)控制對(duì)孤島自組網(wǎng)過程進(jìn)行仿真分析,得出如下結(jié)論:改進(jìn)雙環(huán)控制添加了負(fù)荷電壓前饋擾動(dòng)補(bǔ)償,加快了逆變器的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)速度,提高了系統(tǒng)在孤島自組網(wǎng)過程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能;采用基于矢量法的改進(jìn)雙環(huán)控制對(duì)孤島黑啟動(dòng)過程中電壓、頻率波動(dòng)抑制效果優(yōu)于傳統(tǒng)V/f控制,有利于改善電壓及電能質(zhì)量,保障孤島自組網(wǎng)安全穩(wěn)定進(jìn)行.

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