含多类分布式电源微网小信号稳定性分析

摘要

微网是集成多类分布式电源（光伏发电、太阳能热发电、风力发电、微型燃气轮机等）、负荷（常用负荷、可切除负荷和敏感负荷）、储能系统、控制装置、保护装置及能量管理系统构成系统。微网相对传统电网容量较小，但其输出功率与负荷的变化功率较大，独立运行时易受扰动影响。分布式发电的间接性、波动性导致功率输出波动，影响了微网的稳定性;大量的电力电子设备接入微网，导致微网具有低惯性、弱阻尼。在多类分布式电源接入微网的条件下，选用可靠的控制方法有利于微网的安全运行，研究其稳定性可了解不同接口类型的分布式电源对微网稳定性的影响。本文围绕这一主题，本文首先从建模角度研究了逆变型接口分布式电源稳定性;然后从分布式电源的角度，研究了含逆变器接口与同步电机接口分布式电源的微网小信号稳定。
　　本文第一部分工作是对比了下垂控制的逆变型分布式电源的不同建模方法，并研究了其稳定性。首先分别建立采用下垂控制的受控电压源简化模型的小信号模型和三环下垂控制的逆变器接口分布式电源的全阶小信号模型。基于这两类小信号模型，分别对下垂增益变化、线路阻抗变化、负荷阻抗变化进行稳定性分析，并画出特征值变化的根轨迹。最后根据PSCAD/EMTDC进行时域仿真及相似特征值根轨迹进行比较的结果显示，当研究三环下垂控制的逆变器接口分布式电源稳定性，不考虑电压电流内环动态过程时，两个分布式电源的特征值的根轨迹具有相同趋势，因此研究三环下垂控制的逆变器接口分布式电源的稳定性可用基于下垂控制的受控电压源简化模型的小信号模型代替，简化了部分稳定性研究中阶数庞大的问题。
　　第二部分是研究并分析了基于下垂控制的含同步发电机与电压源型逆变器接口分布式电源的独立运行的微网稳定性。模型在建立时，既考虑了同步电机定子磁链变化和逆变器电压电流环变化等快动态过程，也考虑了同步电机转子变化等相对较慢的动态过程。建模时，首先在各自的dq坐标系下建立两个分布式电源及控制系统的小信号模型，其次取同步电机的dq坐标系作为参考坐标系，并将逆变器极其控制器数学模型、负荷模型、网架结构模型通过坐标变化转换到同步电机坐标系下，最终建立了含着两类分布式电源的全阶模型。计算结果表明，合理选择低通滤波器惯性时间常数，增大同步电机惯性时间常数，适当增大线路阻抗中的电感有利于增强系统稳定;增加系统的下垂增益会降低系统的稳定性;加入同步电机接口的分布式电源后，系统的稳定性增强。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 分布式发电与微网的发展现状

1．2．1 国外分布式发电与微网发展现状

1．2．2 国内分布式发电与微网发展现状

1．2．3 分布式发电与微网存在的主要问题及解决途径

1．3 微网小信号稳定性分析国内外研究现状

1．3．1 电力系统稳定性

1．3．2 微网存在的稳定性问题

1．3．3 微网小信号稳定性国内外研究现状

1．4 本文主要工作

第二章 微网小信号稳定性及下垂控制机理分析

2．1 小信号稳定性分析的基本概念

2．2 微网小信号稳定性分析的基本方法

2．3 特征值和特征向量的物理意义

2．4 下垂控制结构及原理

2．4．1 下垂控制物理机理

2．4．2 下垂控制原理

2．5 本章小结

第三章 下垂控制的逆变型分布式电源不同建模方法的研究

3．1 下垂控制的受控电压源小信号模型

3．1．1 功率下垂控制器线性化

3．1．2 线路、负荷模型及其线性化

3．1．3 下垂控制的受控电压源整体小信号模型

3．2 三环下垂控制的逆变器接口分布式电源小信号建模

3．3 两种建模方法的比较及分析

3．3．1 下垂增益变化

3．3．2 低通滤波器惯性时间常数T变化

3．3．3 线路阻抗变化

3．3．4 负载阻抗变化

3．4 本章小结

第四章 含多类分布式电源微网小信号稳定性分析

4．1 微网及其控制器

4．2 同步发电机接口的分布式电源小信号建模

4．2．1 分布式电源及其控制结构

4．2．2 小信号模型

4．2．3 基于下垂控制的同步电机接口分布式电源时域仿真

4．3 逆变器及其控制器小信号模型

4．3．1 逆变器接口分布式电源结构框图

4．3．2 小信号模型

4．3．3 下垂控制的逆变器接口分布式电源仿真

4．4 含同步发电机和逆变器接口分布式电源的微网小信号模型

4．4．1 同步电机坐标系下的逆变器接口分布式电源的小信号模型

4．4．2 负荷及网络小信号模型

4．4．3 系统整体小信号模型

4．4．4 整体微网运行仿真

4．5 特征值稳定性分析

4．5．1 低通滤波时间常数变化的系统特征值根轨迹及仿真分析

4．5．2 下垂系数变化的系统特征值根轨迹及仿真分析

4．5．3 电机参数变化特征值根轨迹

4．5．4 电网参数变化时的系统特征值及根轨迹分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

硕士期间发表论文和参加科研情况

致谢