微智能电网动态稳定性的研究 大学论文.doc

微智能电网动态稳定性的研究 Xisheng Tang, Member, IEEE, Wei Deng, and Zhiping Qi, Member, IEEE 摘要：微智能电网是分布式发电机(DGs)和能源存储系统(ESS)通过如同步发电机、异步发电机和电力电子器件等相应的电源接口的一个集合。如果没有公共电网的支持，一个独立微智能电网的控制和管理会因其欠发展的等效系统惯性而更复杂。为了更好地探讨微型智能电网的动态稳定性，这篇文章提出了一个典型微型智能电网的小信号模型，包括了风力涡轮异步发电机、同步柴油发电机，及基于能量存储的电力电子学和电力网络。每个小信号模型的子系统都是分别建立的，并且整个模型是都建立在一个统一参考轴的坐标系。在一定的稳定操作状态下，微电网系统的特征值分布能确定地显示出阻尼振荡的条件分光伏阵列和风力涡轮机超导磁蓄能 图1 一个典型的微智能电网的单线图 图1表示了一个典型的微智能电网的单线图。相比于本地负载，它包括了DG1代表具有失速调节的AWT、DG2代表配备励磁和调速系统的同步发电机,和一个基于电压源转换器(VSC)，并能控制有功/无功功率的ESS。当主电网发生故障时，它被连接到分布网络的一个公共连续点（PCC）并且自动操作。 在DG2、DG1的状态空间模型中，ESS和电网是分别代表各自的当地参考系。在微智能电网系统，先选择一个常见的参考系作为统一的参考系,然后使用图2所示的转换方法和公式(1)[13]，所有子系统都转换到统一参考系。 图2。微智能电网的统一和本地旋转参考系 如图2所示，D轴和Q轴组成统一的参考坐标系，这是微智能电网以角速度旋转产生。D1轴和Q1轴，D2轴和Q2轴，De轴和Qe轴都是DG1、DG2和ESS各自以角速度，和旋转产生本地参考系。表示各自本地参考系与统一参考系的夹角。 在公式（1）中，定义了矢量f，代表的是第n个本地参考系下的电压或电流元件。是统一参考系下的矢量f，是第n个本地参考系下f的稳态值。 DG1的数学模型 DG1主要由风力发电机、输电系统、异步发电机和控制系统组成。电气系统中三相对称的异步发电机在任意参考系D1-Q1是通过公式（2）给出的。 公式各自表示定子绕组和转子绕组的电压和电流矢量，。矩阵E和F参考文献 [13]可推导。 DG1的转子力学模型表示如下： 其中，和是各自代表基本电气角速度和转子电气角速度。H是转子和负载的组合惯性常数。T是机械转矩，Te是电磁转矩，通过下式给出。 其中，Xm是定子与转子的互感系数。 风力发电机的特点表现如下： 其中，λ是转子叶尖速度与风速之比。Rc代表涡轮扫过的半径。是风力涡轮机的角速度。是风速。Tw是风力涡轮机的输出机械转矩。ρ代表空气密度。Ct是转矩系数。Β是桨叶角。[14] 风力涡轮机是通过同轴连接到异步发电机轴，由于其物理惯性大它的力学模型可以大致认为一阶时滞系统。如公式（6）所示： 其中Th是惯性时间常数。 滑动系数s是在同步旋转参考系中通过设定定义的。 其中，是同步电机角速度。在模型中，同步旋转参考坐标系D1-Q1通过公式（1）被转换到统一的参考系。 DG1的数学模型可以通过公式（2）-（7）建立。DG1的小信号状态空间模型在统一参考系下： 其中： DG2的数学模型 DG2是由柴油机和燃气轮机等原动机和具有励磁和调速系统的三相同步发电机组成。在电气系统中同步发电机的转子参考系D2-Q2是 其中，分别代表了定子绕组、阻尼绕组和励磁绕组的电压和电流矢量，和。在文献[13]的方法中矩阵G和H可推导。 DG2的转子的力学模型通过下式给出： 其中，ω是转子的电气角速度。Hs是转子与负载的组合惯性常数。Tm是机械力矩。Tes是电磁力矩，通过下式给出： 其中，Xmd和Xmq是电感系数。 DG2可通过公式(9)-(11)建立数学模型，并转换为统一的参考系，以运用于并网发电模式下的同步发电机。这样在同步旋转参考系中，有利于使ω和δs的状态方程线性化，ω和δs关系通过下式给出： 组合公式（12）和（1），在统一的参考系下DG2的小信号模型为 其中： ESS的数学模型 图3 ESS的原理图 图3说明了ESS的原理图,包括电池组和带有相应的控制系统和过滤器的电力电子电路。过滤器可以等价为一个电阻R和一个电感L串联，其中R代表每段电力线路和变流器的电阻块，以及IGBT电桥死区时间的影响。Vdc代表直流母线电压，并且在动态分析中通常可被认为是常数。这就是VSC的概念。 在本地参考系Dc-Qc，电路方程如下： 其中和在Dc-Qc参考轴代表VSC的电压元件。Vdc和Vqc在Dc-Qc参考轴代表交流母线的电压元件。Idc和Iqc各自代表了在Dc-Qc轴VSC的电流元件。 根据公式（14