【基于永磁风机直流并网的多端直流微电网优化运行研究现状的文献综述3900字】

基于永磁风机直流并网的多端直流微电网优化运行研究现状的文献综述随着电力电子技术的不断发展，绝缘型双极晶体管IGBT以及与之相配的高速控制芯片DSP相继出现。VSC换流站主要由IGBT构成，其控制系统主要由DSP构成。基于VSC-HVDC的直流输电技术已经成为海上风电外送的重要方式，同时其具有着传统LCC-HVDC无法比拟的优势。首先，VSC-HVDC可以自换相，不需要交流系统提供换向电压，因此可以向无源网络供电；其次，VSC可以通过IGBT的自由关断，对有功和无功的输出进行独立的控制；再次，VSC输出的电压电流谐波含量很小，可以不用滤波器或者采用很小的滤波器，只用于吸收高次谐波即可。最后，在潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压不变，这是构成并联多端柔性直流输电VSC-MTDC的理论基础。VSC-MTDC是直流微电网的主要拓扑结构，建设以VSC-MTDC为基础的多端直流微电网是解决新能源并网和消纳，突破新能源发电瓶颈，实现多种类、多形式和多时间尺度灵活电力系统的有效途径。以VSC-MTDC为基础的多端直流微电网相对于传统的交流微电网具有很高的可控性和灵活性，但是其运行控制策略相对也比较复杂。尤其是对直流电压的控制，由于关系到直流潮流的稳定，是多端直流微电网最为重要的控制目标。现在多端直流微电网主流的控制策略主要分为两大类：一个是单点直流电压控制，另一个是多点直流电压控制。其中，单点直流电压控制分为主从控制和电压裕度控制，多点直流电压控制分为电压斜率控制和分段电压斜率控制。文献[51]以多端柔性直流输电为背景，论述了多端直流微电网的发展现状和主要控制方式，并讨论了各种控制方式的优缺点、存在的问题及保护方法。文献[52]研究了多端柔性直流输电系统控制策略，通过对比直流电压裕度控制和直流电压斜率控制两种控制方式的优缺点，提出了直流分段斜率控制策略，建立在两种控制基础上并进行了多端直流微电网运行仿真分析。文献[53]通过人为改变并将多端直流网络直流电压的斜率保持在可控范围之内的方式，并充分考虑每个换流站在不同的系统接线、负荷水平、故障处理等下的工作情况以及每个换流站在提供满足要求的输出功率后的后备能力的前提下，提出了一个方向和目标，此目标为：直流电压可以自行进行偏差斜率控制，并进行了PowerSystemsComputerAidedDesign/ElectromagneticTransientsincludingDC（简称PSCAD/EMTDC）仿真试验。文献[54]在通过一定的方式保证每个换流站在不同的系统接线、负荷水平、故障处理情况下能够稳定运行从而实现确保多端直流微电网能够稳定运行的前提下，提出了在控制直流电压波动在合理的波动范围内的基础上的直流电压裕度及波动控制策略，从而实现了电网可以在指定的功率和指定的电流之间可以根据运行需要进行切换。文献[55]在不考虑交流电或者直流电在电力传输运送过程中的功耗损失前提下，考虑到电力系统输出功率在三相参数不平衡、有功或者无功过剩等原因而造成的电力功率不平衡分配，提出了多层控制的规律，即包含上层和下层的分层次控制。其中，上层控制的原理为通过计算整个电力系统中可利用的控制变量使某一性能达到最优值下的潮流分布，下层自动根据上层控制的最优值下的潮流分布来使用指令达到直流电压调整、有功功率调整以实现一定的资源消耗取得最大的经济效益的目的。随着人工智能在各行各业的发展，智能、灵活地适应变化的工作条件和周围过程不同的需求而进行响应的系统不断涌现，以高度可用性而著称且分布在不同地点具有多个终端的节点机互连而成通信网络为基础形成的协调控制方法已经在解决直流微电网控制操作中得到应用。文献[56]保持电压斜率在可控范围的前提下，利用限时一致性协议，从而达到多个终端互联节点的电源输出电力能够按照比例进行分配，并且电压能够同步进行调节的目的，能够满足DG（即：分布式电源）即插即用的要求。文献[57]在保证多个终端发电机互联情况下保证额定功率和瞬间功率基础上，开发了动态电压技术或者移位电压技术，此技术有效地弥补了由传统的电压斜率的改变从而引起的电压下降情况，达到了无论设备在单位时间内的工作量如何改变波动都可以稳定地控制直流母线的电压的目的。文献[58]提出了一种适用于包含光伏设备、能量储存设备在内的分层次分布同步协调联动的控制策略。这个策略包含两种控制方法，第一层通过控制中下垂系数的方法以使储电设备装置可以以自适应的方式调整储电装置在使用一段时间后剩余电量与未使用前的容量的比值，第二层控制能够实现二次电压恢复和达到平均电流控制的目的。文献[59]提出了一种在集中控制器基础上确保新能源电力并网系统协调同步控制的方案，此方案能够在电力输送过程中同步测算直流电力网络可控前提下的性能指标达到最优值下的潮流分布，并且同时将电力网络的损失降至最低的目的。文献[60]除此之外，提出了一种在性能指标达到最优值下的潮流分布的基础上对多端柔性直流输电系统进行协调统一的控制模式，如将这种模式与电压下垂控制的策略进行结合，能够达到使交直流混合输电系统的能量损失降至最低以及因为电力系统运行方式的改变和负荷的变化而造成的输变电系统各点电压的变化波动最低。然而，上述这些方法主要是解决电流分配和直流电压的恢复问题，关于实际的优化控制问题并没有考虑在内。而且，为了实现直流微电网的高效运行，有必要对风电VSC并网控制端，储能VSC并网控制端，光伏VSC并网控制端及无源网络VSC并网控制端的各端口控制策略，依据各类DG的特点，进行控制策略的优化及仿真研究；同时，需要建立一个多端直流微电网系统仿真平台，对其故障状态下的运行状态进行相关研究。1.1基于VSC-MTDC系统的直流微电网结构一般来说，多端直流微电网的结构分为并联方式、串联方式和混联方式，其拓扑连接示意图如图1.10所示。图1.10多端直流供电系统网络连接示意图Fig.1.10VSC-MTDCsystemconnectiondiagram1.2VSC-MTDC系统主从控制策略随着VSC-MTDC系统的发展和大量新能源发电的并网，VSC-MTDC系统的网络结构也有较大变化，结构越发复杂，控制难度也相应增加，这就要求必须要选择合适稳定的控制方式。当前VSC-MTDC系统最常见的控制策略是主从控制；在主从控制过程中，先从VSC-MTDC系统的多个变流站中，找一个足够大容量的变流站，选择作为主换流站，为了保持输出电压恒定，需要通过主换流站对其直流侧输出电压进行控制。但此操作有一个前提是要先假设线路损耗为零。其他的换流站作为从换流站，在保证功率或电压是恒定基础上分别控制交流电压或是有功功率。1.3VSC-MTDC系统下垂控制策略电压型下垂控制方法在VSC-MTDC中的主要作用为保证每个端口直流测的输出电压不随时间变化而变化，与此同时会利用到在单位时间内实际发出或消耗的交流电能量的配合，即有功功率。在直流输电系统中，所有的输出功率都是有功功率而不存在无功功率，并且在有功功率和直流电压之间存在着相互约束的关系，当电网发出的有功功率等于用户有功负荷时，频率保持不变；小于有功负荷时，频率下降；大于有功负荷时，频率上升；正是因为此原因，必然系统会出现静态偏差的现象。电压型下垂控制方法最大的优势为可以满足使多个变换器之间根据任务对资源进行协调分配而达到协调控制的需求，在达到协调控制的同时，并不需要考虑通过上层控制器对各个变换器之间的功率分配进行协调的问题。但是这种方法其局限性为在遇到系统波动较大的情况时，无法满足直流电压稳定在规定的范围内的需求。1.4VSC-MTDC系统电压裕度控制策略采用VSC-MTDC系统的方式能够完成电力远距离的传输输送，在这样的情况下，如果采用通过上层主控制器来解决综合控制系统的功率分配问题，这样的处理方式必须要满足通信速度快、通信信号准确的要求，但在通常情况下，受限于空气、温度、气候等环境因素以及远距离不得不考虑的距离因素，控制信号在远距离传输时候以目前的技术手段必然会有一定的延迟，高压直流输电系统在接收控制信号也将会存在滞后的情况，为了解决此问题，考虑将系统中每个变换器直流侧输出的电压稳定在参考值的范围之内，保证系统的整体稳定性，从而达到出现系统受到干扰波动的情况下自动从电压控制切换到功率控制的目的。基于同样的道理，如果预留一定的电压裕度，达到换流站最初的功率之上，如果系统所受的干扰波动较大，则可以完成功率控制和电压控制的切换运行。1.5基于智能多代理系统的VSC-MTDC系统控制策略近年来，随着行业发展，智能多代理系统MAS(Multi-AgentSys-tem)技术已经日益成熟[41]。多代理系统MAS能够感知周围环境的变化，并根据周围环境的变化迅速进行调整，这反应出多代理系统MAS具有自治性、反应性的特点。基于上述考虑，如果可以做到MAS系统中各节点或代理并发运作，并且设定这样一个场景：MAS系统中的各节点只与相邻的节点或代理进行通信和信息沟通，那么在此场景之下，因距离、环境因素造成的通信延迟对MAS的不利影响将会大大减少。同时在MAS中设置相应的控制器，由控制器发挥出保持系统功率平衡并实现频率和功率出力支撑的作用。各个代理与节点在这样的场景之下将会是一个实体，这些实体能够进行信息交流，而多代理系统MAS包括了至少2个的节点或代理。如果遇到系统的运行状态发生改变，各个节点或代理在检测到自身状态发生改变时，与相邻的节点或代理进行通信交流、信息传递，系统根据自身状态发生改变的节点或代理以及与其相邻的节点或代理所反应的信息来执行调整相对应的措施，达到对整个系统优化控制的目的。如果直流系统中加载了VSC-MTDC，那么各个换流站通过控制有功功率输出的方式，能够完成为直流网络提供频率和有功功率支撑的功能。考虑到每个节点