近幾年，分布式發(fā)電獲得了越來越多的重視與應(yīng)用[1,2]。其中以分散的小容量分布式發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷等組成的微型電網(wǎng)，更是成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[3-6]。
相對(duì)于大電網(wǎng)，微型電網(wǎng)容量較小，并入新能源的比例較大，并且含有大量的電力電子設(shè)備，如各種變流裝置以及控制系統(tǒng)。因此在微型電網(wǎng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行過程中，必須考慮微型電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
文獻(xiàn)[7]研究了微型電網(wǎng)中多個(gè)微型電源采用下垂控制時(shí)下垂增益如何選擇能保證微型電網(wǎng)穩(wěn)定的問題。文獻(xiàn)利用小信號(hào)模型研究了微型電網(wǎng)的小擾動(dòng)穩(wěn)定性問題，指出大的下垂增益將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。但上述方法均需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模，然后再進(jìn)行穩(wěn)定性分析。在實(shí)際環(huán)境中較難應(yīng)用。文獻(xiàn)[8]通過阻抗參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，具有較高的使用價(jià)值。文獻(xiàn)[9,10]對(duì)其進(jìn)行了推導(dǎo)，使得該判據(jù)更加準(zhǔn)確。因此微電網(wǎng)阻抗參數(shù)的測(cè)量就成了關(guān)鍵。
文獻(xiàn)[11-14]對(duì)直流系統(tǒng)中的阻抗測(cè)量方法進(jìn)行了一些研究。這些方法都是通過對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)頻段注入諧波電流對(duì)系統(tǒng)施加一個(gè)擾動(dòng)。然后利用擾動(dòng)引起的諧波電壓以及注入的諧波電流來計(jì)算被測(cè)對(duì)象的阻抗參數(shù)。這些方法均需要在各個(gè)頻率上都注入一次諧波電流因此測(cè)量時(shí)間較長。
國內(nèi)外對(duì)交流系統(tǒng)中的阻抗測(cè)量方法也已經(jīng)進(jìn)行了一些研究[15-19]。目前已有的方法有投切電容器法、短路測(cè)試法和諧波電流注入法等方法。其中，諧波電流注入法是將一個(gè)可控的諧波電流注入到電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)中，并實(shí)時(shí)測(cè)量其對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的諧波電壓，進(jìn)而計(jì)算被測(cè)對(duì)象的諧波阻抗。這種測(cè)量方法可以在線測(cè)量系統(tǒng)的諧波阻抗，且注入諧波電流的波形、幅值、頻率均可控，阻抗測(cè)量的準(zhǔn)確度高，因此得到了廣泛的應(yīng)用。
本文首先分析了交流微型電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，對(duì)已有的基于阻抗參數(shù)的穩(wěn)定性判據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步的分析和推導(dǎo);其次研究了微型電網(wǎng)各組網(wǎng)部分的諧波阻抗計(jì)算方法，其中包括電壓型逆變器輸出阻抗的計(jì)算、電流型逆變器輸出阻抗的計(jì)算、三角形負(fù)荷與星形負(fù)荷諧波阻抗的計(jì)算以及線路諧波阻抗的計(jì)算;本文在第3節(jié)對(duì)常見的幾種阻抗測(cè)量方法進(jìn)行了對(duì)比分析，并在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型阻抗測(cè)量方法;最后，對(duì)孤島運(yùn)行狀態(tài)下的微型電網(wǎng)的阻抗參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，并對(duì)阻抗參數(shù)的計(jì)算數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。對(duì)比分析結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。
圖2 電壓型逆變器結(jié)構(gòu)圖
結(jié)論
系統(tǒng)的諧波阻抗參數(shù)是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行基于阻抗判據(jù)的穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，本文對(duì)已有的阻抗判據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步的推導(dǎo)，使其在工程中的應(yīng)用更加簡單。通過理論分析計(jì)算了微電網(wǎng)各組網(wǎng)部分以及微電網(wǎng)整體的阻抗參數(shù)。提出了改進(jìn)的基于諧波電流注入的諧波阻抗測(cè)量方法，有效測(cè)量系統(tǒng)的諧波阻抗的同時(shí)，提高了測(cè)量速度。搭建了系統(tǒng)的仿真模型，并開發(fā)了交流系統(tǒng)諧波阻抗測(cè)量裝置。仿真、計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠較好地吻合，驗(yàn)證了本文提出的方法的準(zhǔn)確性與有效性。