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虚拟阻抗的恒压恒频[prov_or_city]干式变压器的故障控制方法

责任编辑:新乡干式变压器生产厂家  发布时间:2019-08-08   点击数:380
虚拟阻抗的恒压恒频[prov_or_city]干式变压器的故障控制方法 微电网孤岛运行时,恒压恒频控制模式的[prov_or_city]干式变压器型分布式[prov_or_city]干式变压器(DG)支撑整个网络的电压与频率,其控制策略对微电网的故障穿越能力具有重要影响。该文采用虚拟阻抗法设计了U/f-DG的故障控制策略,分析了基于虚拟阻抗的[prov_or_city]干式变压器型DG控制原理,并推导出DG在正、负序网络下的等效模型,设计了故障情况下DG的限流算法。

考虑到U/f-DG对并网点电压的支撑效果,提出了一种虚拟阻抗阻感比的设计方法,使不对称故障时并网点电压不平衡度***小化。并提出一种U/f-DG与从属DG的协调控制策略,使得微电网平稳度过故障暂态阶段。***后,Simulink算例仿真验证了所提故障控制策略的有效性。

近年来,微电网以其多样的供能方式及灵活的控制模式,成为国内外研究的热点[1,2]。微电网是由多种分布式[prov_or_city]干式变压器(DistributedGeneration, DG)、负荷组成的小型发电系统,既可以在孤岛模式下运行,也可以并入大电网运行。

微电网中的分布式[prov_or_city]干式变压器大多通过[prov_or_city]干式变压器进行电能变换,由于[prov_or_city]干式变压器中开关器件的热惯性较小,电网故障时DG输出电流受限[3],这使得DG在故障情况下的控制策略与正常情况不同。而微电网的故障穿越能力又与DG故障控制策略息息相关,因此,对DG的故障控制策略研究是非常必要的。

微电网正常运行时,[prov_or_city]干式变压器型DG采用的控制策略主要分为三种:恒功率控制(PQ control)、恒压恒频控制(U/f control)以及下垂控制。目前,针对PQ-DG低电压穿越控制策略的研究较为成熟[4-7]。

随着微电网技术的发展,部分学者开始着手研究U/f控制和下垂控制的[prov_or_city]干式变压器型DG的故障控制策略。尤其是当孤岛微电网采用主从控制策略时,U/f-DG需要支撑整个网络的电压和频率[8],其在故障情况下的控制就显得更为重要,其控制目标主要包括[prov_or_city]干式变压器输出电流的限制和并网点电压的支撑。

文献[9]提出直接限流法,对U/f-DG的电流控制环d、q轴参考信号设置阈值,但会导致DG在不对称故障时输出电流畸变。文献[10]提出对U/f-DG的电流控制环d、q轴参考信号进行等比例压缩,但会引起并网点相角不规则跳变,U/f-DG故障模型难以等效,不利于微电网的故障稳态分析。

文献[11]提出将U/f-DG的电流参考信号切换至[prov_or_city]干式变压器输出电流***大允许值,其弊端在于电压控制环不再起作用,不利于对并网点电压的调节。为解决上述问题,本文采用虚拟阻抗的方法,在故障时增大[prov_or_city]干式变压器输出阻抗,使[prov_or_city]干式变压器输出电流不越限,同时实现对并网点电压的控制。

虚拟阻抗法在微电网领域应用十分广泛,主要用于解决下垂控制的[prov_or_city]干式变压器型DG在低压线路中的功率耦合问题[12,13]、微网中多个下垂控制[prov_or_city]干式变压器型DG的均流问题[14]、提高[prov_or_city]干式变压器型DG分担不平衡负荷的能力[15]以及限制[prov_or_city]干式变压器的输出电流[16,17]等。

文献[16,17]基于虚拟阻抗法分别对下垂控制和U/f控制的DG进行故障控制策略的设计,虚拟阻抗值仅按[prov_or_city]干式变压器出口处发生三相短路故障进行整定,缺乏不对称故障下的低电压穿越控制,且未探讨虚拟阻抗值的阻感比对并网点电压支撑效果产生的影响。

本文首先分析了基于虚拟阻抗的[prov_or_city]干式变压器型DG的控制原理,推导出DG在正、负序网络下的等效模型;根据直接限流法的弊端进行改进,提出一种基于虚拟阻抗的限流方法,实现[prov_or_city]干式变压器在三相对称故障和两相不对称故障时输出电流不越限。

探讨在限流条件下虚拟阻抗的阻感比对并网点电压产生的影响,提出虚拟阻抗阻感比的设计方法,使不对称故障时并网点电压不平衡度***小化,从而提高[prov_or_city]干式变压器对微电网电压支撑的能力;提出U/f-DG与PQ-DG的协调控制策略,确保微电网平稳度过故障暂态,实现预期的控制目标;***后通过Simulink仿真验证了本文所提故障控制策略的有效性。

图1 [prov_or_city]干式变压器型DG控制系统


结论
本文针对U/f控制的[prov_or_city]干式变压器型分布式[prov_or_city]干式变压器在微电网故障时的低电压穿越控制算法进行了研究,得出以下结论。
1)基于虚拟阻抗的U/f-DG在微电网发生故障时,其在正序网络中等效为恒定电压源串联虚拟阻抗,在负序网络中等效为电压为零的负序电压源串联虚拟阻抗,虚拟阻抗的幅值可根据电流矢量限幅边界以及[prov_or_city]干式变压器并网点电压确定。
2)采用本文提出的基于虚拟阻抗的故障控制策略,在三相短路时,可以实现并网点电压幅值达到***大;在两相短路时,设置虚拟阻抗与线路阻感比相同,可以实现并网点正、负序电压幅值之比达到***大,即电压不平衡度***小。并可根据微电网结构及控制目标对虚拟阻抗阻感比进行调整。
3)U/f-DG与其从属DG使用分阶段的协调控制策略,能够使微电网平稳度过故障暂态,实现对[prov_or_city]干式变压器输出电流的限制和并网点电压的支撑,仿真结果验证了本文所提出控制策略的准确性和有效性。
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