直流配电网分布式光伏并网功率控制策略研究
【摘要】 直流配电网具有线路损耗低、可控性高、适应新能源接入等优点，分布式光伏直接接入直流配电网可以省去大量的DC/AC环节，结构简单且效率更高，与传统的交流输电相比还具有输电损耗低、可控性高等优势，成为未来配电网的发展趋势之一。但与传统的交流配电网不同直流配电网没有频率和无功功率，，电压的稳定性成为衡量直流系统是否可以稳定运行的唯一指标。这里以含分布式光伏和储能系统的直流配电网为研究对象，首先研宄了主从换流站的控制策略，、分析研宄以交流主网作为功率平衡节点和以储能为功率平衡节点的控制策略及其切换。最后通过建立的仿真模型，验证了该策略的有效性和可行性。关键词:光伏;直流配电网;功率控制中图分类号:TM615文献标识码:A文章编号:1000-100X（2019）12-0071-03ResearchonDistributedPhotovoltaicGrid-connectedPowerControlStrategyofDirectCurrentDistributionNetworkZHENGGuang-fan1，UYan2，LIUHong-zhi2，XUPeng-chao1ShandongUruversityofTechnology9Zibo255000，China）Abstract:Thedirectcurrentdistributionnetworkhastheadvantagesoflowlinelosshighcontrollability^andadapta?，bilitytonewenergyaccess.Distributeddirectaccesstothedirectcurrentdistributionnetworkcansavealai^enum?berofDC/AClinks，andthestructureissimpleandefficient.Comparedwiththetraditionalalternatingcurrenttrans-missionthastheadvantagesoflowtransmii，ssionlossandhighcontrollability，anditwillbecomeoneofthedevelop?menttrendsofthedistributionnetworkinthefuure.Howevert，unlikethetraditionalalternatingcurrentdistributionnetwork，thedirectcurrentdistributionnetworkhasnofrequencyandreactivepower，andthestabilityofthevoltageistheonlyindicatortomeasurewhetherthedirectcurrentsystemcanoperatestably.Thedirectcurrentdistributionnet?workwithdistributedphotovoltaicandenergystoragesystemsistakenastheresearchobject.Firstly，thecontrolstrategiesofthemainandslaveconverterstationsarestudied.Thealternatingcurrentmainnetworkisanalyzedastheowerbalancenodeandtheenergystorageipsconsideredasthepowerbalancenodeofthecontrolstrategyanditsswitching.Finally，theeffectivenessandfeasibilityofthestrategyareverifiedbytheestablishedsimulationmodel.Keywords:photovoltaic;directcurrentdistributionnetwork;powercontrolFoundationProject:SupportedbyNationalKeyResearchandDevelopmentPlan（No.2016YFF0202702）l引言对能源的需求及环境问题的日益突出w进一步加强了清洁能源和全球能源互联网的建设，因为直流配电网不会出现三相不平衡问题，线路损耗更少且控制性能更好。同时，直流配电网更适应分布式新能源接入，对于基于电力电子变换器接口的分布式新能源的接入具有更好的吸收和消纳能力，而且分布式光伏发电和储能装置的引用也提基金项目:国家重点研发计划（2016YFF0202702）定稿日期:2019-11-05作者简介:郑广泛（1994-），男，山东潍坊人，硕士研究生，研究方向为新能源并网发电、配电网及其自动化技术。高了直流配电网的稳定性，使其运行方式更加方便灵活，能更好地面对不同工况下的功率波动[241。很多学者对于直流配电网在驱动力、主要形态结构和运行控制方面有相关研宄，文献[5]全面研宄了多种不同情况模式下的直流配电网的工作状态，研宂了相对应的协调控制方法，但没有对系统处于孤岛运行的情况进行深入研宄。文献[]主要研宄讨论了直流配电网处于下垂控制和主从控制方式下的直流配电网采用的功率协调控制方法，对于在实际运行中储能的约束条件和控制中牵扯6更多节点的直流配电网也没有进行研宄讨论。文献m针对主换流站定直流电压控制和从换流站下将光伏、风电和储能电池一起组成垂控制的方法，71第53卷第12期2019年12月电力电子技术PowerElectronicsVol.53，No.12December2019一个功率可控的电源通过储能的充放电平抑功率，波动并且与并网换流站一起参与系统功率平衡。]对电压分层分区调整进行了讨论，在直流文献[微电网中提出了适合实际情况的控制方法，但对8于光伏模块发出的有功功率参与到直流微网中的控制潜力和多端功率协调中充分考虑直流微网的情况没有过多研究。以上文献都对直流配电网的控制提出了相应的有效的措施。这里提出了一种针对含高比例分布式光伏直流配电网的协调控制策略，针对系统在稳态发生功率波动时系统的控制方式，研宄以交流主网作为功率平衡节点和以储能为功率平衡节点下的控制策略及其切换，使系统中的储能和分布式光伏得到充分利用。2直流配电网的控制策略从换流站采用定功率定电压的改进下垂控制，下垂曲线时刻都在变化，当系统发生功率波动时，根据变化的下垂曲线采用功率裕度较大的来对系统进行功率调节，下垂曲线的斜率为:Ka=A（U^-UMPa^-Pa），U^<U?HUm-UM）/P?Um2mi?VSC2Pim，xP图3主、从换流站的控制框图Fig.3Controlblockdiagramofmainandslaveconverterstations主换流站采用带裕度的定直流电压控制，有Fig.1Manandslaveconverterstationcontrolblockdiaigram功功率最大、最小值分别为/^^和plmin，此时主换主换流站采用带裕度的定直流电压控制，线路上电压的误差或者损耗可能会对电压的裕度产生不良影响。电压裕度的公式为:^nBAF（l+k）UU2+^la!a（2）式中:Al，为电压裕度的最大、最小值;为直流配电网上的线路损耗;A为系数，0电压（b）有功功率图5负荷突然变小时的变化Fig.5Changesofsuddendecreaseinload开始仿真运行阶段，光伏通过工作在最大输出功率工作点下对系统输出最大功率，输出功率为此时系统中负荷需求的总功率为180kW200kW，，突变引起功率不平衡的情况，分析直流配电网电储能模块工作点的工作状态为充电状态，充电的压和各处有功功率的变化情况。3.2负荷突然变大功率约为20kW，此状态情况下直流配电网和交流主网不会发生功率和能量的交换过程。如果出现系统中负荷增大的状况，在所提控制策略下系统的电压水平和有功功率的状况见图4。在2s时负荷突然变小50kW直流配电网电，压上升，此时存在的多余的功率由交流主网侧承其中，/V为光伏发电工作状态下的有功功率担，多余的功率利用VSC在定电压定功率控制的为VSC的有功功率，PB为Boost模式下的有功功率，^为负载的有功功率。l/sIts）电杻（b）有功功率a（图4负荷突然变大时的变化Fig.4Changesofsuddenincreaseinload幵始仿真运行阶段，此时光伏发电工作在最大功率点跟踪（MPPT输出功率为200kW，）输出工作状态下，光伏工作这时负荷需求的总功率为，180kW储能模块此时在充电状态下，充电功率，这时直流配电网与交流主网不会发生功率或能量交换情况。在28时负荷突然增大50kW为20kW，工作方式下流向交流主网。在3s时，储能模块因此时直流电压会出为饱和而出现退出运行的情况，现上升的情况。在4S时负荷又突然减小50kW此，时光伏模块处于MPPT控制状态下，因为容量的直流配电网中额外的功率无法通过并网换以至于可能会出现直流配电网流器流向交流侧，限制，电压严重升高问题。通过调节光伏模块的Boost电路输出占空比来降低光伏模块输出功率，从而减轻并网换流器侧调节功率的压力，将电压维持在稳定范围内。3.4节点的切换研宄以交流主网作为功率平衡节点和考虑以储能为功率平衡节点下的控制策略及其实现功率节点的切换。系统在稳定状态下运行，在4s时从换流站承担起功率平衡点的作用，仿真如图6。直流配电网电压有所下降，系统出现不平衡功率由并网换流器在定电压定功率模式下进行调控，将电压维持在有效区间内。在4s时负荷又突然增大，此时调节储能模块端口的换流器，使其工作于Boost模式，对系统提供功率支持，随着负荷的增大直流电压依然会出现下降的情况，但电压仍然可以控制在稳定范围内，在这个过程中光伏模块一直处在最大输出功率控制的情况，光伏通过工作在最大输出功率工作点下对系统输出最大功率。3.3负荷突然变小234567t/sa（）VSC丨有功功率012345678910/stb（）VSC2有功功率.0510.95丫012345678910t/s）电压（C图6VSC退出运行仿真波形面对系统负荷突然变小的情况，在该控制策Fig.6VSCexitoperationsimulationwaveforms略下系统电压和有功功率的变化情况如图5。（下转第89页）73中低压直流配用电系统接地方式选择研究5结论参考文献直流配电系统接地方式的选择除了要考虑自身特点和交流系统的接地方式外，还可在一定程度上借鉴直流输电系统的接地方式。此处提出了不同换流器类型及不同换流器接线形式的中、低压直流配用电系统的典型接地方式，并通过[1]侯义明，于辉，王喜伟.交流配电系统的接地方式及过电压保护[M]?北京:中国电力出版社，2015.[2]吴方劼，马玉龙，梅念，等.舟山多端柔性直流输电工程主接线方案设计J1电网技术，2014，38（[10）:2651-2657.[3]陈东，乐波，梅念，等.±320kV廈门双极柔性直Matlab/Simulink搭建了仿真模型，验证了理论分流输电工程系统设计?电力系统自动化[J]，2018，42（14）:析的正确性，结论如下:①对于MMC构成的中压伪双极接线，根据交流侧的接地条件，其接地方式可从以下2种方式中酌情选择:在交流侧己构建直流侧宜不接地;若交流侧无接接地点的情况下，地点或不便设置接地点，系统宜采用直流侧经箝位电阻接地;②对于两电平换流器构成的中压伪双极接线，推荐采用交流侧联结变经电阻接地-直流侧电容中点经电阻接地的接地方式;③对于真双极接线形式的中压直流配电系统，为满足真双极系统具备单极运行的能力，同时考虑两端接地180-185.[4]季舒平.上海南汇柔性直流输电示范工程关键技术研究[D].上海:上海交通大学.5[]苏卫忠，周孝法，蔡锋，等.南汇柔性直流输电直流接地电阻运用分析J[]?电力与能源，2013，34（6）:588-590.[6]戴志辉，葛红波，严思齐，等.柔性直流配电网接地方式对故障特性的影响分析.电网技术，2017，41（7）:[J]2353-2362.[7]中国电力企业联合会.直流配电网与交流配电网互联技术要求:T/CEC167-2018S][.北京:中国电力出版方式对沿线设备造成的影响，推荐采用金属回线社，2018.单端接地的接地方式;④对于低压真双极、伪双极直流用电系统，为最大限度的保障人身安全，均推[8]吴峻，武迪，朱金大，等.多端柔性直流配电网接地方式设计丨J].中国电机工程学报，2017，37（9）:2551-荐采用不接地方式。2560.上接第73页（）[2]马骏超，江全元?直流配电网能童ft化控制技术综[J].由图6可知，在4s时，系统功率出现大幅度电力系统自动化2013，，37（24）:89-96.波动，功率严重不足，导致电压大幅度降低，与此同时从换流站VSC2检测到的电压偏差超过正常值，从换流站采用定功率定电压的改进下垂控制，增加了输出的功率，起到了维持系统电压平衡的作用，此时从换流站起到了功率平衡点的作用现了功率平衡点在主从换流站之间的切换。，实4结论针对直流配电网功率和电压的稳定问题，提出一种新型的主从换流站分别作为系统功率平衡主、从换流点并实现功率平衡点切换的控制方法，3[]吴子越.柔性直流输电技术的应用研宄[J].集成电路应用，201835（12）:107-，108.[4]李斌，刘海金.直流配电网运行控制策略分析及展望?电力建设，2013，37（J[]24）:89-96.5[]郑超，滕松.百万千瓦级柔性直流接入大连电网后的系统特性分析[J].电力系统自动化，201337，15（）:15-19，26.6[]王瑞之，陈忠孝.直流配电网多储能协调控制策略研宄[J].单片机与嵌入式系统应用2〇1919，，8（）:86-89.7]马骏超，江全元.直流配电网定电压-下垂协调控制策[略研宄[J].供用电，2015，32（10）:15-25，14.]吴恒，吴家宏.面向多端直流配电网的协调稳定控8[站分别采取的控制为带裕度的定电压控制和改进制研宄[J].供用电，2018，35（8）:45-51，60.下垂控制模式，在主换流站因功率波动较大无法承担功率平衡点时，功率平衡点由主换流站切换9[]黄政，吴杰.基于电压源换流器的高压直流输电系统控制研宄[J].电测与仪表，20175417）:25-28.（，为从换流站，更好的维持系统稳定。[10]RodriguesS，PintoRT，BauerP，etal.OptimalPowerFl?参考文献owControlofVSC-basedMultiterminalDCNetworicfor0￡fshoreWindInterationintheNorthSea[J.I￡EEJo?]g1[]江道灼，郑欢.直流配电网研宄现状与展望.电力[J]urnalofEmergingandSelectedTopicsinPowerElect?系统自动化，2012，36（8）:98-104_ronics，2013，1（4）:260-268.89
