電力電子變壓器自治運行控制策略

柳毅 劉晶

【摘 要】論文分析了電力電子變壓器自治運行過程中的控制策略。首先，分析了PET結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容；其次，對交直流配電網(wǎng)的具體特征進行了分析；再者，論述了孤島自治運行控制策略；最后，對相關(guān)策略的仿真驗證情況進行了分析。希望通過論文的論述，能夠為交直流配電網(wǎng)的有效運行提供有價值的參考，促進我國電網(wǎng)設(shè)施的建設(shè)及發(fā)展。

【Abstract】The paper analyzes the control strategies in the autonomous operation of power electronic transformers. Firstly， the relevant contents of PET structure are analyzed. Secondly， the specific characteristics of AC and DC distribution network are analyzed. Furthermore， the autonomous operation control strategy of isolated island is discussed. Finally， the simulation verification of the related strategies is analyzed. It is hoped that this article can provide valuable reference for the effective operation of AC and DC distribution network and promote the construction and development of power grid facilities in China.

【關(guān)鍵詞】電力電子變壓器；交直流配電網(wǎng)；控制策略

【Keywords】 power electronic transformer； AC and DC distribution network； control strategy

【中圖分類號】TM407 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）08-0132-02

1 引言

電力電子變壓器是一種綜合型的裝置，該裝置在運行過程中，將電力電子器件與變壓器進行了有效組裝，改變了傳統(tǒng)變壓器的運行方式，能夠更好地對電網(wǎng)能量進行管理，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2 PET結(jié)構(gòu)

PET結(jié)構(gòu)主要是基于MMC的PET拓撲，其結(jié)構(gòu)主要分為三個部分：高壓輸入級、中間隔離級及低壓輸出級。其中，中間隔離級的作用主要是將較高的直流電壓通過高壓變壓器的處理，變?yōu)檩^低的直流電壓，再將其輸出。通常情況下，輸入系統(tǒng)中的電壓都比較高，會使用直流變換器將相關(guān)部分進行串聯(lián)或并聯(lián)。需要注意的是低壓輸出級在運行過程中，一般會使用三相四橋臂逆變器，將中間隔離級產(chǎn)生的低壓直流電壓，轉(zhuǎn)變?yōu)榉嫌脩羰褂脴藴实慕涣麟妷骸Ｈ嗨臉虮勰孀兤髋c傳統(tǒng)的三相逆變器相比，其輸出的電壓更穩(wěn)定，保證了電能輸出的質(zhì)量。

3 交直流配電網(wǎng)特征分析

3.1 含PET的交直流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

在含有PET的電力系統(tǒng)運行過程中，電網(wǎng)體系中包含多個儲能單元，主要有風(fēng)電機、光伏、蓄電池、燃料電池以及超級電容等。含PET的交直流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要是通過中壓和低壓直接端口與直流配電網(wǎng)進行連接。同時，在并網(wǎng)模式的運行下，在中壓交流端口接入10kV主網(wǎng)，以支撐交流配電網(wǎng)母線的電壓和頻率。為進一步提高配電網(wǎng)的準確性和快速性，控制中心使用的是含PET的交直流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是在缺少主網(wǎng)功率表支撐的情況下，能夠協(xié)調(diào)功率。

3.2 孤島模式下配電網(wǎng)特征分析

孤島模式下，交直流配電網(wǎng)中的DG和PET的功率輸出都適用于f-P和V-Q下垂特性。在這種下垂特性下，會導(dǎo)致中壓和低壓配電網(wǎng)特性發(fā)生變化。但可以通過逆變器輸出串聯(lián)電感，以調(diào)整電流環(huán)IP參數(shù)，從而引入適宜的控制方法，進而促使中壓和低壓配電網(wǎng)中的逆變器適用于這種下垂特性。直流配電網(wǎng)DG在考慮功率的過程中，僅僅需要考慮有功功率和直流電壓的關(guān)系，不需要考慮無功功率以及頻率。在適用的運行過程中，為簡化分析的程序，穩(wěn)態(tài)時，忽略線路阻抗等諸多因素的影響，并認為DG單元輸出的電壓是相同的。依據(jù)國家規(guī)定的相應(yīng)標準，本研究允許的電壓偏差以及正常頻率偏差允許值分別為額定電壓和頻率依次分別為±5%，±3%。

4 孤島自治運行控制策略

4.1 全局化的多端口傳輸模型

在采用孤島自治運行控制策略的過程中，為了保證PET所有端口能量流動的統(tǒng)一性，相關(guān)人員應(yīng)利用計算機軟件，建立全局化多端口的傳輸模型，如圖1所示。在圖1中，主要有四個端口，分別為P1、P2、P3、P4。其中，端口P1為高壓交流配電網(wǎng)與PET系統(tǒng)的連接口；端口P2為高壓直流配電網(wǎng)與PET系統(tǒng)的連接口；端口P3為低壓交流配電網(wǎng)與PET系統(tǒng)的連接口；端口P4為低壓直流配電網(wǎng)與PET系統(tǒng)否認連接口。通過P1、P2、P3、P4這四個端口，實現(xiàn)了PET的有效運用，并在此基礎(chǔ)上建立了PET全局化多端口傳輸模型。

在該系統(tǒng)的運行過程中，由于各端口連接的電壓等級、信號特征各不相同，致使各端口的運行狀態(tài)很難統(tǒng)一。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)處于孤島模式下時，相關(guān)人員應(yīng)對各端口的能量流動情況進行標準化、統(tǒng)一化處理，協(xié)調(diào)不同能量的流動情況，保持各端口都處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)。實際上，在采用孤島自治運行控制策略的過程中，能量的流動是雙向的，技術(shù)人員應(yīng)充分了解能量的運行狀態(tài)，調(diào)整逆變器的相關(guān)參數(shù)。

4.2 自治運行控制策略

目前，在我國電力系統(tǒng)的運行過程中，下垂控制方法的使用已經(jīng)非常普遍，技術(shù)人員可以參照公共連接點的信息情況及運行功率等方面的因素，實現(xiàn)對工作點的有效控制，將多臺逆變器通過連接組合到一起，使其能夠協(xié)調(diào)運作，提高系統(tǒng)的運行能力[1]。與傳統(tǒng)的下垂控制逆變器不同，文中提到的PET下垂控制逆變器有多個輸出端口，而傳統(tǒng)下垂控制逆變器只有一個端口。換言之，通過對PET下垂控制逆變器進行控制，能夠通過其具備的多個端口，完成對多個配電網(wǎng)絡(luò)的控制。

5 仿真驗證

為了進一步驗證PET自治運行控制策略的實施效果，應(yīng)建立PET相應(yīng)的仿真系統(tǒng)，并結(jié)合實際系統(tǒng)運行中的數(shù)據(jù)情況，計算出各配電網(wǎng)的功率變化表，如表1所示。在時段1時，中壓交流、中壓直流、低壓交流及低壓直流的負荷量都為0.1MW，輸出功率分別是中壓交流及中壓直流均為0.125MW、低壓交流及低壓直流的輸出功率均為0.075MW；時段2時，中壓交流的負荷量增加到0.4MW，其他配電網(wǎng)的負荷量沒有變化，而中壓交流及中壓直流的輸出功率變?yōu)?.219MW，低壓交流與低壓直流的輸出功率均變?yōu)?.131MW；時段3時，中壓交流的負荷量變?yōu)?.4MW，中壓直流的負荷量變?yōu)?.3MW，低壓交流與低壓直流的負荷量仍保持在0.1MW，中壓交流與中壓直流的輸出功率變?yōu)?.028MW，低壓交流與低壓直流的輸出功率變?yōu)?.169。通過仿真結(jié)果表明，自治運行控制策略的實施，能夠有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的傳輸功率，并完成對電網(wǎng)能量的協(xié)調(diào)管理。

6 結(jié)論

通過本文的論述，分析了PET的結(jié)構(gòu)組成，并從含PET的交直流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及孤島模式下配電網(wǎng)特征兩個方面，分析了交直流配電網(wǎng)的具體特征；之后，從全局化的多端口傳輸模型及自治運行控制策略兩個方面探究了孤島自治運行的控制策略；最后，本文對電力電子變壓器自治運行控制策略的有效性進行了仿真試驗驗證，表明這一方法能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的有效運行。

【參考文獻】

【1】張懷天，荊龍，吳學(xué)智，等.電力電子變壓器自治運行控制策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2018，42（04）：89-94.