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基于DG城市电网黑启动控制策略研究

郭权利  
【摘要】:我国电力系统已经发展成为交流互联、直流互联、交直流混联等多种电压等级的复杂系统。该系统具有的无标度、小世界效应、自组织临界性的特性决定电力系统连锁性事故不可避免。在大停电事故发生时,城市电网快速恢复尤为重要,而作为传统黑启动电源的水电机组、抽水蓄能机组等受到了地域条件的制约,使一些城市不具备黑启动条件,需要寻找其它的解决方法。近年来,随着分布式电源(DG)的广泛应用,为城市电网黑启动提供了新的探索方向。目前缺乏DG启动城市电网的理论支撑,如辽北无水地区风储联合黑启动,急需系统化理论研究。因此,本文围绕以DG为黑启动电源,从被启机组的选择策略、DG离网切换控制策略、DG启动策略、考虑DG的解列方案等方面展开城市电网黑启动的深入研究。主要研究工作如下:(1)基于DG城市电网被启动机组选择策略研究。采用包络分析与归一算法相结合的方法,应用于DG启动城市电网不同发电机组综合效果的评估,为DG选出首台被启动的的城市电网核心发电机组,进一步使用该策略,评估剩余被启动发电机组综合启动效果,为系统整体恢复做好准备。(2)针对DG离网切换期间因失去系统频率、电压支撑导致解列失败问题,首次提出了DG离网平滑切换控制策略,即采用模糊算法,通过DG并网、离网控制策略的平滑切换,实现DG离网的平稳过渡。该策略含有三种不同下倾特性的控制曲线,在一种控制方式下实现了P/Q、Droop、V/f三种控制功能,采用模糊方法,实现三种不同控制功能的柔性切换。与基于孤岛检测的离网切换策略相比,不但避免了孤岛状态检测期间频率、电压参考值的丢失,而且也减小了DG离网转换过程中对孤岛的冲击,防止DG孤岛运行后频率、电压的失稳。(3)采用谱聚类算法进行考虑城市电网黑启动的解列方案设计。通过在解列的功率约束条件中加入黑启动的权重系数实现基于城市电网黑启动的划分。与传统解列方案相比,该方案使解列与黑启动得到了较好的衔接,即使系统解列失败,电网恢复能够在具有黑启动能力的子系统中迅速的展开,并降低了黑启动过程中系统的维数,加快系统恢复进程。(4)针对黑启动DG容量小、抗负荷冲击能力弱的问题,首次提出了双主从黑启动控制策略。通过构建双主电源(由DG与SVG构成),采用不同的下倾控制特性,达到了双主电源分别平衡系统有功功率、无功功率动态变化需求的目的。该策略不但增加电源黑启动的容量,而且在电源侧实现了有功与无功的解耦,与仅在系统的控制结构中通过前馈补偿实现功率解耦控制的控制策略相比,降低了功率耦合的复杂性,从而提高了DG抗负荷冲击能力。与其它从属电源配合,还可以进一步增加黑启动电源的容量,弥补DG容量小的缺点。(5)结合本文设计的离网平滑切换控制策略和双主从控制策略,进行了辽宁龙康DG启动城市电网的应用研究。依据风储容量配比关系,设计黑启动方案,给出了风储联合成功启动调兵山电厂条件。为诸如光储、风光储、风光柴储等提供了黑启动范例,为城市电网黑启动提供了一个新的方向。


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