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分布式发电技术的差异化使得各种分布式电源具有不同的动态特性。表1归纳了典型的用于微电源(包括分布式发电系统和分布式储能系统)并入微电网的接口变换配置和对应的功率潮流控制方法。
一般地,微电源可通过多种类型的微电源接口接入微电网:包括AC旋转电机和电力电子变换器接口。AC旋转电机接口一般连接具有较大惯性时间常数的分布式发电单元,对应响应速度较慢,如柴油发电机、小水电和定速风电机组等[11,12],其机械转子速度响应时间尺度大于500ms。
而电力电子变换器接口单元对应响应速度相对较快的分布式发电单元,如光伏发电系统、变速风电机组、燃料电池发电系统、能量型和功率型储能系统等[13-15]。需要指出的是,对于电力电子变换器接口,其直流电容电压响应时间尺度大于100ms,交流电感电流响应时间尺度约为10ms[16]。
除少数直接并网的分布式电源外,大部分分布式发电通过电力电子变换器并网。因此分布式发电系统是一个由一次能源、电力电子变换器和控制系统等环节相互耦合的强非线性系统,其输出动态特性是各单元在多个时间尺度上特性的叠加[17]。
表1微电源典型接口变换类型和功率潮流控制方法
根据微电网协调控制架构和运行控制的需求,电力电子变换器的功率潮流控制方法能够归类分为:电网跟随型、电网形成型、电压源型电网支持和电流源型电网支持控制策略,如图2所示[18-20]。电网跟随型电力电子变换器主要目标是向微电网输送特定的有功和无功功率,它们能够用连接到微电网中的理想电流源及其并联高阻抗表示。
电网形成型电力电子变换器可作为微电网主电源控制,提供微电网电压和频率参考,该类变换器能够用并网的具有低输出阻抗的理想电压源等效。此外,电网支持型变换器可细分为电压源型和电流源型,可分别用理想电压源串联输出阻抗和理想可控电流源并联输出阻抗等效表示;该类变换器能够通过调整输出功率直接或间接地参与微电网电压和频率调整。
图2微网中微电源电力电子变换器的四种基本功率潮流控制结构
由上述分析可知,与传统电力系统稳定性相比,多类型微源、多类型负荷在微电网内混合共存,可能引发源源耦合交互、负荷间交互以及源荷交互,不同特性的设备间相互作用将重新塑造区别于传统电力系统的动态响应特性,并诱发稳定性问题。
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