直流逆變型分布式電源動態(tài)建模及其小擾動穩(wěn)定性研究.pdf

1、逆變型接口分布式發(fā)電作為新能源發(fā)電的主要形式之一，已在微電網(wǎng)及規(guī)模化新能源電站中取得廣泛應(yīng)用。其中，以光伏發(fā)電和燃料電池發(fā)電為代表的直流逆變型分布式電源(Distributed Generation，DG)是其重要組成部分。逆變器接口雖然使DG運行和控制更加靈活，但直流逆變型分布式電源其電池本身無旋轉(zhuǎn)慣量約束，同時逆變器及其控制系統(tǒng)具有高動態(tài)和強非線性，當系統(tǒng)受到擾動時，因系統(tǒng)慣量小而更易引發(fā)振蕩失穩(wěn)，因此在含逆變接口微網(wǎng)小信號建模穩(wěn)定

2、性分析中得到廣泛關(guān)注。此外，有別于水電、火電、風(fēng)機等旋轉(zhuǎn)型電源，直流逆變型分布式電源本身不存在電磁量與機械量不平衡的動力學(xué)穩(wěn)定問題，但其規(guī)模化接入改變了網(wǎng)絡(luò)原有的潮流分布、通道傳輸功率及系統(tǒng)等效慣量，其對系統(tǒng)阻尼特性的影響也不可忽略。
　　本文首先分析了固體氧化物燃料電池(SOFC)的工作特性、運行機理及并網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)特性，建立了充分考慮各模塊特性的發(fā)電系統(tǒng)全階狀態(tài)空間模型，并在其特征分析和電池動特性時間尺度分析的基礎(chǔ)上，忽略了逆

3、變控制系統(tǒng)高動態(tài)和SOFC電池的慢動態(tài)，指出SOFC在小擾動過程中可用等效的電壓源描述，實現(xiàn)了模型降階，提出了適應(yīng)于微網(wǎng)小信號建模分析的，用一階動態(tài)環(huán)節(jié)描述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)降階模型，最后通過Matlab/simulink仿真驗證了理論分析的有效性和正確性。
　　建立了充分考慮電池U-I外特性、直流側(cè)電容動特性和逆變器及控制系統(tǒng)動特性等重要環(huán)節(jié)的光伏發(fā)電系統(tǒng)小信號模型，然后在其特征分析的基礎(chǔ)上，基于阻尼轉(zhuǎn)矩分析(Damping T

4、orque Analysis，DTA)的方法分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)阻尼成因，推導(dǎo)了無功電流內(nèi)環(huán)模式的性質(zhì)判定條件，結(jié)合特征值軌跡分析了系統(tǒng)特征模式隨參數(shù)變化的規(guī)律，并基于此提出了系統(tǒng)控制參數(shù)的優(yōu)化方法;最后依此優(yōu)化設(shè)計了系統(tǒng)控制參數(shù)，并通過非線性時域仿真對比驗證了上述分析的正確性。研究表明:光伏發(fā)電系統(tǒng)的阻尼由其與同步機動力學(xué)阻尼類似的電氣阻尼現(xiàn)象決定，系統(tǒng)等效阻尼系數(shù)與等效同步系數(shù)及各狀態(tài)變量間的耦合關(guān)系共同決定了特征模式的性質(zhì)。光伏發(fā)電

5、系統(tǒng)工作于單位功率因數(shù)時，無功電流內(nèi)環(huán)模式與其他模式解耦，其阻尼由無功電流內(nèi)環(huán)比例系數(shù)和逆變出口側(cè)等值電阻提供，其性質(zhì)可直接由判定條件確定。根據(jù)DTA分析結(jié)果，合理選擇控制參數(shù)，可提升系統(tǒng)阻尼，改善系統(tǒng)受擾暫態(tài)特性。
　　在電力系統(tǒng)綜合仿真程序(PSASP)中建立了規(guī)模化光伏發(fā)電系統(tǒng)的機電暫態(tài)模型，然后利用EPRI-36節(jié)點系統(tǒng)測試了不同工況下，光伏發(fā)電接入不同位置及不同滲透率對互聯(lián)系統(tǒng)阻尼特性和特征模態(tài)的影響。研究表明:光伏發(fā)電