面向乡村配电系统保供电能力提升的自组网台区技术研究-武汉大学

尚磊2024年6月20日二二三三配电系统承上启下，具备区域能源协同和供需深度互动的能力，支撑大规模分布式能源接入，满足多样化负荷的供电需求高质量发展目标清洁低碳高质量发展目标清洁低碳安全充裕经济高效2018~2022年全国供电系统用户平均停电时间统计(小时/户)2018~2022年全国供电系统用户平均停电频率统计(次/户)00左花辨1左花辨1右花腾1方花襟?右花雌?高联通城市配网拓扑城市配网自愈体系0(光伏发电大于负荷总功率)葛茗茗葛茗茗莫茗茗茗葛茗葛茗茗■分布式资源就地组网的物理内涵：变流器类电源组网运行√短时间尺度的功率动态平衡：建立稳定的交变电场(包括频率和电压)以支撑能量传输，由并网装备的动态特性决定。长时间尺度能量的供需平衡短时间尺度的功率动态平衡储能独立构建孤岛配网系统频率电压，并维持功率平衡；分布式光伏不承担频率电压调控及功率平衡任务，根据最大功率跟踪指令向系统注入随机性功率根据最大功率跟踪指令向系统注入随机性功率Pi,厂PQ虚拟同步控制频率电压下垂控制Droop虚拟同步控制频率电压下垂控制DroopX实际上基于所有分布式电源容量无限制、功率爬坡速率无限制的假设X固定的下垂系数难以适应分布式光伏出力不确定性主从架构与对等架构的分布式资源就地组网技术，沿袭了专用定制微电网的建设思路，可解决确定边界、高比例可调储能系统的离网保供电问题。乡村配电系统保供电场景中，极端事件引起的配网孤岛边界具有极强不确定性，储能十分有限，分布式光伏可调能力时变特征显著。光伏可调能力时变特征显著。变电站故障或断线发生在馈线支线上 上级主网馈线支孤岛边界：变电站低压母线 ■长、短时间尺度能量的供需平衡(分布式资源组网运行保供电的基本要求);情况下，分布式资源仍然能够自主构建并维持系统频率电压；现有农网配电综合自动化系统：·仅存在开关的遥控遥信自组网实现方式：·台区加装功率自同步储能，实现惯量和刚度补偿，为台区内分布式光伏提现有农网配电综合自动化系统：·仅存在开关的遥控遥信自组网实现方式：·台区加装功率自同步储能，实现惯量和刚度补偿，为台区内分布式光伏提供频率电压参考，同时引导各台区内所有分布式光伏自主同步组网运行·台区加装边缘控制器，与台区内分布式光伏具有信息指令双向通道，根据光伏实时功率裕度动态调节光伏出力台区馈线惯量刚度补偿：功率自同步储能采用惯量刚度补偿控制，为台区内的分布式光伏提供孤岛运行模式下的频率电压参考现自组网运行台区内分布式光伏协同调控：边缘控制器内置集控算法，根据台区内所有光伏实时运行信息计算功率均分系数，动态分配各个光伏功率指令；光伏响应指令，参与孤岛系统频率电压调节与功率平衡，实现自组网运行惯量刚度补偿控制惯量刚度补偿控制oQ¹-k分布式光伏功率集控算法Q之在自组网台区中，惯量刚度补偿储能、跟网型光伏分别承担了类似同步机、原动机的角色功能，通过聚合建模，可以揭示台区自组网物理机制，表征台区孤岛运行特性分布式光伏功率集控算法分布式光伏功率集控算法同步发电机励磁与惯量响应响应功率集控指令跟网型光伏2响应功率集控指令跟网型光伏n响应功率集控指令物理意义惯量刚度补偿控制的功率自同步储能控制参数摄动时-频映射关系频率动态主导参数及其影响规律系统稳定性的主导极点在转折阻尼比处发生迁移，表征当前直流电压控制阻尼比参数下系统具有最优稳定性直流电压控制阻尼比参数系统稳定性提升参数设计系统稳定性提升参数设计选择转折阻尼比附计算独立组网系统特征根，验证备择阻尼比下独立组网系统的稳定性将所得控制参数代入有功-频率传递函数计结果孤岛运行系统频率动态控制性能提升参数设计选择惯量系数T的备择值，并绘制备择值下有功-频率传递函数的伯德图输出备择惯量系数和备择直流电容电压控制阻尼比作为参数设近值作为直流电容电压控制阻尼比当前T对应伯德图幅值响应峰值是否降至最低点?计算备择阻尼比对应的直流电容电压控制参数输入系统运行点、电气参代入直流电容电压控制二阶传递函数是否所有特征根的实部都小于零?结束随着惯量系数从T₃0.25增大至3.75(b)随着惯量系数T·台区孤岛瞬间，台区内控制策略无需进行切换，仅依靠台区本地控制即可实现并-离网自主无缝切换，频率和电压波动分别控制在0.3Hz及0.04pu内线支线失去电气连接自组网台区——P-Po=0.1pn.——P₁-Po=-0.1pa.暂态持续时间不超过40ms(2个工频周波),实现了馈线级无缝切换两条馈线上的自组网台区集群互济运行，构建并维持双馈线孤岛系统频率电压稳定(H)(nd)审时孤岛边界：变电站低压母线系统频率((系统频率(((b)所提组