微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定研究現(xiàn)狀解析

1 微網(wǎng)機(jī)理特性

在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，無論是功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定還是電壓穩(wěn)定，同步發(fā)電機(jī)均在其研究中居于中心位置，大型傳統(tǒng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題和同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)行為密切相關(guān)。然而，在微網(wǎng)中電能的主要來源是微源。逆變器接口微源的特性導(dǎo)致微網(wǎng)暫態(tài)特性與傳統(tǒng)電網(wǎng)間存在較大差異。其特性主要有以下幾點(diǎn)：

①微網(wǎng)能夠運(yùn)行于并網(wǎng)、孤島及停運(yùn)等多種運(yùn)行模式下；

②微網(wǎng)的構(gòu)成形式多樣；

③控制策略對(duì)逆變器接口微源的電壓、頻率變化過程影響顯著；

④微網(wǎng)的時(shí)間尺度更寬；

⑤微網(wǎng)慣性??；

⑥微網(wǎng)功率、電壓以及頻率調(diào)節(jié)多樣化。

2 微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定研究現(xiàn)狀

微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定主要指微網(wǎng)在正常運(yùn)行情況下突然受到大擾動(dòng)后，能否經(jīng)過暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或者恢復(fù)到原來的狀態(tài)。其中，大擾動(dòng)主要指短路故障、甩負(fù)荷和斷線等，暫態(tài)時(shí)間尺度主要是電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)過程。微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性研究主要集中在電網(wǎng)故障時(shí)不同類型微源運(yùn)行特性分析、不同負(fù)荷類型時(shí)微網(wǎng)暫態(tài)過程研究及不同類型故障時(shí)微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析等方面。微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性研究的手段主要包括數(shù)字仿真分析法和李雅普諾夫穩(wěn)定判定法等，其中應(yīng)用最為廣泛的是數(shù)字仿真分析法。

微網(wǎng)中的微源主要包括燃料電池、光伏發(fā)電系統(tǒng)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容等。電網(wǎng)故障時(shí)不同類型的微源故障響應(yīng)特性也不相同，使得不同特性的微源對(duì)微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響也不同。目前一般通過對(duì)不同類型微源進(jìn)行建模及仿真分析，進(jìn)而研究微源的故障響應(yīng)特性及微網(wǎng)暫態(tài)過程?，F(xiàn)有的研究成果指出，燃料電池的溫度動(dòng)態(tài)、光伏的滲透水平、微型燃?xì)廨啓C(jī)的慣性常數(shù)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電的波動(dòng)及間歇性是微源影響暫態(tài)穩(wěn)定的主要因素。

不同類型的負(fù)荷運(yùn)行特性差異性很大，其對(duì)故障時(shí)微網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性的影響規(guī)律也不盡相同。該文通常主要針對(duì)RLC負(fù)荷、有源負(fù)荷、電動(dòng)機(jī)負(fù)荷以及三相不對(duì)稱負(fù)荷等負(fù)荷類型時(shí)微網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性問題進(jìn)行討論。通過對(duì)不同類型的負(fù)荷建模及運(yùn)行特性分析，可以總結(jié)得出不同類型負(fù)荷及負(fù)荷的投切過程對(duì)微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響程度是不同的。其中，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷和三相不平衡負(fù)荷等對(duì)微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響較為復(fù)雜。

短路和斷線等不同類型故障，會(huì)給微網(wǎng)造成一系列暫態(tài)穩(wěn)定問題。除了考慮來自微網(wǎng)內(nèi)部的故障，還需考慮微網(wǎng)所在電網(wǎng)的故障對(duì)微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。故障發(fā)生時(shí)，微網(wǎng)考慮自身及電網(wǎng)安全因素，與電網(wǎng)自動(dòng)斷開孤島運(yùn)行，但若微網(wǎng)在電網(wǎng)中的供電比例較高，一遇故障就孤島運(yùn)行，將可能造成電網(wǎng)的失穩(wěn)甚至崩潰。不管是出于對(duì)微網(wǎng)自身安全運(yùn)行考慮，還是對(duì)電網(wǎng)的供電可靠性考慮，微網(wǎng)應(yīng)該具備一定故障穿越能力。

微網(wǎng)中不同微源、不同特性的負(fù)荷以及不同類型故障等都會(huì)對(duì)微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定造成一定的影響，單獨(dú)研究某一因素對(duì)微網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定影響已經(jīng)取得了一定的研究成果。然而，對(duì)同時(shí)計(jì)及多個(gè)因素的微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性研究還較少。此外，目前的大多數(shù)研究主要利用數(shù)字仿真，未能形成完善、合理的理論分析方法；所關(guān)注的仿真過程也很少涉及到短路后不同微源逆變器的暫態(tài)過程。

3 微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定控制措施

針對(duì)微網(wǎng)的優(yōu)化控制策略已取得一些突破性的進(jìn)展。利用無線通信技術(shù)獲取系統(tǒng)總體有功和無功信息，通過功率共享控制能有效提高微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性能；基于虛擬電阻的有源阻尼方法可有效消除微網(wǎng)在甩負(fù)荷和增加恒功率負(fù)荷時(shí)的暫態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象，但可能會(huì)增加系統(tǒng)能量損耗；利用虛擬慣性的下垂修正控制可有效改善頻率偏移較大時(shí)微網(wǎng)的頻率響應(yīng)，提高微網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定。

此外，儲(chǔ)能、無功補(bǔ)償裝置等一些外設(shè)也可用于提高微網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。綜合考慮儲(chǔ)能裝置的使用壽命、性價(jià)比、效率、充放電速度和環(huán)境友好等因素，飛輪儲(chǔ)能具有相對(duì)較高的性能，其可在四分之一周期內(nèi)對(duì)系統(tǒng)注入兆瓦級(jí)的能量。靜止無功發(fā)生器（SVG）可對(duì)微網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，以控制微網(wǎng)電壓的波動(dòng)，因此，可在微網(wǎng)重要負(fù)荷旁連接SVG。SVG主要用于對(duì)線路的電壓諧波進(jìn)行補(bǔ)償，以提高電能質(zhì)量。當(dāng)微網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，線路電壓會(huì)出現(xiàn)大幅暫態(tài)跌落，SVG通過注入無功功率維持電壓穩(wěn)定。