李鵬程

摘 要：詳細分析了不同電阻與電抗比值對下垂控制的影響，指出了經(jīng)典的微網(wǎng)下垂控制一般適用于電抗遠大于電阻的場合。通過電阻與電抗的比值構(gòu)建了一種新的功率變換矩陣，并根據(jù)變換矩陣推導(dǎo)了新的下垂控制方程，新的下垂控制方程適用于任意電阻與電抗比值的場合。

關(guān)鍵詞：阻抗；微網(wǎng)；下垂控制；變換矩陣

中圖分類號：TM76 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.073

現(xiàn)階段，為了解決環(huán)境壓力過大的問題，我國正在進行全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，需要大量的清潔能源接入電網(wǎng)中。作為清潔能源的主要接口，微電網(wǎng)受到了前所未有的關(guān)注。但由于清潔能源一般受環(huán)境的影響較大，因此，相關(guān)工作人員對微電網(wǎng)的控制進行了大量的研究。

微電網(wǎng)的控制策略一般采用下垂控制。下垂控制策略的主要目的是實現(xiàn)功率控制、電壓頻率控制以及負荷的最優(yōu)經(jīng)濟分布。其中，頻率的調(diào)節(jié)可以通過有功功率實現(xiàn)，電壓的調(diào)節(jié)可以通過無功功率的調(diào)節(jié)實現(xiàn)，其是所有下垂控制策略中的理論基礎(chǔ)，即經(jīng)典的P-f，Q-V下垂控制理論。但經(jīng)典的下垂控制策略有一定的限制條件，比如只有在純電抗等網(wǎng)絡(luò)中才能應(yīng)用。

鑒于經(jīng)典下垂微網(wǎng)控制策略存在的理論缺陷，本文首先詳細分析了經(jīng)典下垂控制策略的理論基礎(chǔ)，并指出了其限制所在，進而研究了一種通過功率變換矩陣實現(xiàn)的新的下垂控制策略，其適用于任意微網(wǎng)場合，為下垂控制在微網(wǎng)中的進一步使用打下了堅實的理論基礎(chǔ)。

1 經(jīng)典下垂控制策略

在一般的高壓系統(tǒng)當(dāng)中，存在電抗遠大于電阻分量，即X?R，

因此R可以忽略。同時，考慮到功角δ很小，存在sinδ≈δ和cosδ≈1，因此，式（6）和（7）能被簡化，得到：

由此可見，功角δ可以調(diào)節(jié)有功功率P，而功角與頻率緊密相關(guān)，即頻率f的控制可以通過調(diào)節(jié)P實現(xiàn)；電壓與無功強相關(guān)，因此，電壓的控制可以通過調(diào)節(jié)Q實現(xiàn)，得到了經(jīng)典的下垂控制方程：

其中，kp和kq為頻率和電壓控制下垂系數(shù)，其曲線圖如圖2所示。

2 新的下垂控制策略的研究

通過上面分析可以看出，經(jīng)典的下垂控制策略的前提條件是X?R. 但在微網(wǎng)當(dāng)中，由于電網(wǎng)規(guī)模不大，輸電距離十分有限，因此，為了輸電的更加可靠、縮小占用耕地面積，有些微網(wǎng)采用電纜輸電。低電壓的電纜中電阻分量遠大于電抗分量，即R?X.

當(dāng)R?X時，則：

此時，功角（頻率）的調(diào)節(jié)需要通過無功來實現(xiàn)，而電壓的控制需要有功調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，這與經(jīng)典的下垂控制策略完全相反。

2.1 功率變換矩陣的提出

通過上面的分析可以看出，當(dāng)R/X比值不同時，其控制策略存在明顯的不同。因此，需要一個統(tǒng)一的控制策略來實現(xiàn)對任意比值的R/X的控制。因此，提出了一種功率變換矩陣，其目的在于經(jīng)過變換的功率，其變換的有功功率P′仍然控制頻率f，變換的無功功率Q′控制電壓，變換矩陣T如下式所示：

顯然經(jīng)過變換后的方程中無功Q'決定電壓，而功角δ（頻率f）依賴于 P'，需要指出的是，計算公式的推導(dǎo)并沒有引入任何的條件，因此，新的推導(dǎo)方程對任意比值的R/X都適用。

圖3給出了在不同的R/X比值下新、舊兩種控制策略的比較解決。在新的控制方程下，有功功率控制頻率，而無功功率控制電壓。

新的下垂控制方程是表征了改進后有功功率和無功功率與頻率、電壓的關(guān)系，與線路參數(shù)并無關(guān)系，可以適用于任意微網(wǎng)場合。

3 結(jié)束語

本文借助功率變換矩陣，在理論層面展開了關(guān)于對R/X任意比值的控制策略的研究，新的控制理論有以下3個特點：①為搭建微網(wǎng)控制模型帶來了理論指導(dǎo)。通過研究可以看出，不同的微網(wǎng)下垂控制策略需要不同的線路參數(shù)與之匹配，否則，微網(wǎng)的模型不夠精準(zhǔn)。②經(jīng)過功率變換后的控制策略適用于任意比值的R/X. ③新的控制策略頻率永遠受變換后的有功功率控制，而電壓受變換后受無功功率控制。

由此可見，新的控制策略適用范圍更加廣泛，相比經(jīng)典的控制策略更具有優(yōu)勢。

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〔編輯：張思楠〕