与传统电网不同，微电网系统惯性较小，而DFIG 受风速影响输出功率具有强间歇性、随机性和弱支撑性的特点，其动态特性给微电网的稳定运行带来较大影响，风电高渗透率将带来微电网中稳定性、可靠性和电能质量问题。在扰动下，高渗透率微电网表现出包含连续和离散事件驱动的更为频繁与复杂的混合动态特性。
在此课题背景下，今天小编为您介绍华南理工大学赵卓立及其合作者的研究成果：《含风电孤立中压微电网静态电压稳定性分析及改善策略》。
本文共获得了6个基金项目支持，分别为：国家高技术研究发展计划(863 计划)项目(2014AA052001)、广东省科技计划项目(2012B040303005)、广州市南沙区科技计划项目(2013P005)、南方电网科学研究院科技项目(SEPRI-K143003)、国家留学基金管理委员会资助联合培养博士研究生项目(201406150017)
(以下为本文主干内容，原文详见《电力自动化设备》2015年第35卷第11期)
含风电孤立中压微电网静态电压稳定性分析及改善策略Analysis and improvement of steady-state voltage stability for isolated medium-voltage microgrid with wind power赵卓立，杨 苹，蔡泽祥，周少雄，Timothy C. Green，雷金勇
1研究背景
当微电网由于外部电网故障或应用于偏远地区和海岛供电时，需孤岛运行。孤立微电网是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷，联合协调控制保护装置和智能调度系统组成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。在孤立微电网中引入双馈异步风力发电机组(DFIG)，能提高微电网的电压和频率稳定性。与此同时，微电网作为弱电网，容量较小，负荷特性对微电网系统的稳定有不可忽视的影响，负荷形式对微电网稳定性具有重要影响。
本文以主从控制模式微电网为研究对象，在研究微电网中双馈风电机组的功率电压特性的基础上，考虑微电网运行方式约束，提出基于就地层储能稳定控制、DFIG 快速变桨控制的静态电压稳定增强控制策略，以改善风速扰动下微电网的电压稳定性。在PSCAD/EMTDC 中建立了中压海岛微电网系统及微电网稳定控制策略模型，微电网系统包含柴油发电机、双馈风电机组、储能系统以及由静态负荷和动态负荷组成的综合负荷模型，研究结果验证了所提静态电压稳定增强控制策略的有效性。
2研究系统描述
研究系统为珠海万山海岛新能源微电网示范项目东澳岛智能微电网，系统规划单线图如下图所示。
东澳岛中压海岛微电网系统单线图
3微电网中双馈风电机组运行特性分析
DFIG 接入微电网的等效电路如下图所示。
DFIG 接入微电网的等效电路图
在风速扰动下，DFIG 注入微电网系统功率变化时，会使线路上的电流产生 ΔI 的变化，在风机并网点的电压变化值为：
将ΔU 分解为纵分量 ΔUR 和横分量ΔUX，并进行归一化：
可见，DFIG 在风速扰动下的电压稳定性与接入点的短路容量的大小、DFIG 与微电网系统联络线的阻抗参数以及DFIG 的功率因数大小有密切的关系。
4微电网静态电压稳定增强控制策略
考虑东澳岛微电网电源构成及出力特性，采用的运行方式安排与小扰动电压稳定增强控制策略如下表所示。
运行方式安排与小扰动电压稳定增强控制策略
储能系统配置在DFIG并网点附近，与 DFIG联合运行。下图为储能系统的结构及对应的控制策略。
储能系统的结构及控制策略
在风速扰动过程中，小方式二下DFIG快速变桨控制可有效提高微电网静态电压稳定性，其控制策略如下图所示。
DFIG 快速变桨控制
5系统仿真及算例分析
算例1大方式一下储能系统平滑风电功率波动改善小扰动电压稳定性。下图描述了连续阵风扰动下储能系统参与控制/无储能 2 种情况下微电源有功响应与母线4电压特性(均为标幺值)。可见，在大方式一下储能系统有效地改善了微电网小扰动电压稳定性。
阵风扰动下微电源有功响应与母线4 电压特性(储能控制/无储能)
算例2小方式二下快速变桨控制改善小扰动电压稳定性。下图描述了渐变风扰动下 DFIG 桨距角参与控制/无桨距角控制2种情况下微电源有功响应与母线 4 电压特性(均为标幺值)。可知，DFIG 快速变桨控制有效地抑制了母线 4 电压波动。
渐变风扰动下微电源有功响应与母线4 电压特性(快速变桨控制/无变桨)
6结论
本文首先分析了中压孤岛微电网中DFIG的功率电压特性，分析表明中压微电网系统节点电压同时受有功潮流与无功潮流影响;利用DFIG可单位功率因数运行的优势，通过控制储能系统输出或DFIG桨距角平抑风电功率波动，可有效抑制并网点电压波动。针对微电网不同运行方式约束，为改善含DFIG微电网静态电压稳定性，提出了基于就地层储能稳定控制、DFIG快速变桨控制的静态电压稳定增强控制策略。在PSCAD/EMTDC 中建立了东澳岛微电网系统和稳定控制策略仿真模型，仿真验证了稳定控制策略对于改善电压稳定性的有效性。研究结果表明，小扰动电压稳定增强控制策略能有效抑制阵风以及渐变风扰动下微电网母线和风机并网点电压波动，补偿远端柴油发电机慢动态电压调节能力;小方式二下DFIG快速变桨控制同时可减少柴油发电机长期低载运行以及风机频繁启停。本文提出的电压稳定控制策略有利于微电网的安全稳定运行。本文提出的微电网电压协同控制策略可为多能互补微电网稳定控制策略的研究奠定一定的基础。
作者简介赵卓立，博士研究生，现就读于华南理工大学电力学院，他的主要研究方向为微电网协调控制与稳定性分析、新能源发电并网与控制技术。
