一種基于故障限流-快速儲能協(xié)調(diào)控制的微電網(wǎng)暫態(tài)性能強化裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及自動化領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種基于故障限流-快速儲能協(xié) 調(diào)控制的微電網(wǎng)暫態(tài)性能強化裝置及方法，用于提升高滲透微電網(wǎng)應對外部短路故障的魯 棒性，保障其暫態(tài)運行的性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 在能源需求與環(huán)境保護的雙重壓力下，國內(nèi)外都將目光投向可再生能源分布式發(fā) 電（distributedgeneration,DG)研究領(lǐng)域，構(gòu)建可持續(xù)能源系統(tǒng)成為各國的共識與必然 發(fā)展趨勢?，F(xiàn)有研究和實踐結(jié)果表明將風力發(fā)電、太陽能光伏、燃料電池等DG連接儲能裝 置及負荷組成微電網(wǎng)形式運行，可充分發(fā)揮可再生能源發(fā)電的效能與優(yōu)勢，有助于電網(wǎng)災 變時向重要負荷持續(xù)穩(wěn)定供電，對實現(xiàn)中低壓層面上分布式發(fā)電技術(shù)的靈活、穩(wěn)定和高效 應用具有重要意義。
[0003] 事實上，當微電網(wǎng)W高滲透率形式（通常意義上指交換功率的比例超過配電網(wǎng)容 量的10% )接入到主網(wǎng)絡時，微電網(wǎng)將對相連配電網(wǎng)的運行特性產(chǎn)生重要影響，特別是在 發(fā)生短路故障時，高滲透微電網(wǎng)的應對機制及暫態(tài)性能將對配電網(wǎng)的運行產(chǎn)生重要影響， 如何確保故障情況下高滲透微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的安全可靠運行是亟待解決的關(guān)鍵問題之一。
[0004] 當短路故障發(fā)生在微電網(wǎng)外部時，微電網(wǎng)究竟應作故障穿越還是孤島運行，目前 學術(shù)界和工程實際中均未有明確的處理策略和解決方案。I邸E1547標準規(guī)定了分布式電源 應對主網(wǎng)故障時的退出條件，但是分布式電源W微電網(wǎng)的形式并網(wǎng)后，情況出現(xiàn)了較大差 異。若任意外部故障時就觸動公共禪合點聯(lián)絡線上的開關(guān)W隔離微電網(wǎng)，對微電網(wǎng)運行的 可靠性和靈活性會帶來負面影響，并且在某種意義上也不符合組建微電網(wǎng)的初衷。 陽0化]故障限流器（faultcurrentlimiter,FCL)是目前常用于提高電網(wǎng)系統(tǒng)及其電 源設(shè)備應對故障能力的輔助裝置，在包含高滲透微電網(wǎng)的配電網(wǎng)中應用FCL時，對故障限 流率的要求有別于大電網(wǎng)系統(tǒng)中需將10~20倍的短路電流降低在斷路器遮斷容量之下。 此外，微電網(wǎng)內(nèi)部通常配置有儲能裝置，其基本用途包括有：提供短時供電、電力調(diào)峰、提升 微電源的性能等，并在平抑微電網(wǎng)內(nèi)部功率波動、提高電能質(zhì)量水平上有很強的功效。當 故障限流技術(shù)應用于高滲透微電網(wǎng)后，可進一步聯(lián)同儲能系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制。通過融合限 流-儲能的技術(shù)優(yōu)勢，兼顧二者所長W制定相匹配的協(xié)同動作策略，有利于更好地提升高 滲透微電網(wǎng)與配電網(wǎng)在故障工況下的供電可靠性及運行穩(wěn)定性。
[0006] 本發(fā)明設(shè)及一種基于故障限流-快速儲能協(xié)調(diào)控制的微電網(wǎng)暫態(tài)性能強化方法， W期在限制故障電流、減小禪合點電壓跌落的同時，也在平抑功率波動和提高電能質(zhì)量方 面起到積極作用。使得微電網(wǎng)在無需孤島運行時因暫態(tài)性能滿足技術(shù)要求而實現(xiàn)故障穿 越；當微電網(wǎng)應轉(zhuǎn)為孤島運行時，限流-儲能的協(xié)調(diào)有助于降低公共禪合點處靜態(tài)開關(guān)動 作時引起的沖擊振蕩，并實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)/孤島運行模式間平穩(wěn)的暫態(tài)過渡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對含有多個分布式發(fā)電值G)單元的高滲透微電網(wǎng)系統(tǒng)，融合利用故障 限流器與快速儲能裝置，從中提出一種協(xié)調(diào)控制方法W增強高滲透微電網(wǎng)應對外部短路故 障的魯棒性。
[0008] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0009] 一種基于故障限流-快速儲能協(xié)調(diào)控制的微電網(wǎng)暫態(tài)性能強化裝置，其特征在 于，在微電網(wǎng)與主電網(wǎng)的公共禪合點處安裝故障限流器和快速儲能裝置；其中，
[0010] 所述故障限流器為磁通禪合型超導故障限流器，由禪合變壓器、快速可控開關(guān)Si、 高溫超導電阻及MOA氧化鋒電阻片組成。禪合變壓器的一次線圈Li同快速開關(guān)相聯(lián)且并入 M0A，二次線圈Lz同超導電阻相串聯(lián)，繼而將一、二次側(cè)繞組線圈呈反向并聯(lián)接入微電網(wǎng)與 主電網(wǎng)的公共禪合點處。在電網(wǎng)正常運行時，快速開關(guān)處于閉合狀態(tài)，禪合變壓器呈現(xiàn)出無 感效應，且超導電阻表征零電阻效應，故障限流器對電網(wǎng)運行無影響；發(fā)生短路故障后，可 控開關(guān)快速開斷，禪合變壓器一、二次線圈解禪，且超導電阻因通流超過其臨界值呈現(xiàn)高阻 態(tài)，此時限流器串聯(lián)接入主回路W抑制故障電流的上升和改善公共禪合點處的電壓跌落。
[0011] 所選快速儲能為超導磁儲能裝置，超導磁儲能裝置是利用超導材料制成的線圈， 由電網(wǎng)經(jīng)變流器供電勵磁，在線圈中產(chǎn)生磁場而儲存能量，在需要時可將此能量經(jīng)逆變器 反饋至電網(wǎng)；如儲能線圈一直維持在超導態(tài)，則線圈中所儲存的能量可W幾乎無損耗地永 久儲存，直到需要釋放為止；與其他儲能系統(tǒng)相比，超導磁儲能裝置具有較高的轉(zhuǎn)換效率 (95% )和較快的反應速度（毫秒級）；超導線圈經(jīng)直流電源裝置處理后連至全控變流器， 再接入微電網(wǎng)系統(tǒng)；直流電源處理裝置有兩個基本的運行模式，充磁模式和放磁模式，分別 對應于儲能系統(tǒng)的充電狀態(tài)和放電狀態(tài)；在一個開關(guān)周期內(nèi)，儲能系統(tǒng)的平均功率由處理 裝置中電力電子開關(guān)Sl和S2的占空比值）的調(diào)節(jié)來控制；當D〉0.5時，儲能系統(tǒng)將吸收能 量，當D<0. 5時，其將釋放出能量；占空比可W由下式計算： 陽 01引PsMES=Uc*(2D-l)*isMES(1)
[0013] 一種基于故障限流-快速儲能協(xié)調(diào)控制的微電網(wǎng)暫態(tài)性能強化方法，其特征在 于：具體方法是：
[0014] 當電網(wǎng)正常運行時，故障限流器呈現(xiàn)低阻抗對微電網(wǎng)及所連配電網(wǎng)無影響，快速 儲能裝置使用有功-無功控制策略W平抑微電網(wǎng)內(nèi)部的功率波動。當微電網(wǎng)遭遇外部短 路故障時，某些故障工況下限流器和快速儲能裝置的協(xié)調(diào)控制W提高微電網(wǎng)的故障穿越能 力；對于一些特點位置的故障工況如微配電網(wǎng)之間的公共禪合聯(lián)絡線短路，微電網(wǎng)必須從 主網(wǎng)絡斷開時，限流器在抑制故障電流上升及改善電壓跌落的同時，將動作信號輸送至快 速儲能裝置，使得儲能裝置切換至下垂控制方式，W穩(wěn)定微電網(wǎng)的頻率及電壓，實現(xiàn)微電網(wǎng) 在并網(wǎng)與孤島模式之間的平滑過渡，具體包括W下選擇步驟：
[0015] 選擇步驟1 :當短路故障位置為微電網(wǎng)所連配電系統(tǒng)的下游處時，此時決定微電 網(wǎng)故障穿越或孤島運行的主導因素應為：微電網(wǎng)與主系統(tǒng)之間的功率交換量。就高滲透微 電網(wǎng)而言，從提高可再生能源的利用率出發(fā)，計及在故障情況下其對配電網(wǎng)的電源支持，并 有利于避免電網(wǎng)功率缺額的進一步擴大，輔助此類微電網(wǎng)實現(xiàn)故障穿越對系統(tǒng)安全可靠運 行是有益處的。故而，應用限流器及儲能裝置之目的在于：提高微電網(wǎng)的故障穿越能力。安 裝故障限流器可W幫助限制由微電網(wǎng)引起的故障電流，并同時補償公共禪合點處的電壓驟 降。當微電網(wǎng)仍然處于聯(lián)網(wǎng)模式下，儲能系統(tǒng)作用于平抑微電網(wǎng)內(nèi)的功率波動，即采用有 功-無功功率控制方式。其中，采用雙閉環(huán)功率控制器W產(chǎn)生電流信號的參考值，從而實現(xiàn) 有功、無功功率的快速跟蹤，數(shù)學方程式可表示為：
[0016] =足仍-Vw) +乂J(哈-?腫 口）
[0017] = 爪:-、心+Kn,\(V；l-~)dt 獄
[001引其中，Kpv和K。是電壓控制器的比例和積分系數(shù)乂"\。表示直流電源處理裝 置中直流電壓的d軸和q軸參考信號。
[0019] 選擇步驟2 :當短路故障發(fā)生在公共禪合點處的聯(lián)絡線或微電網(wǎng)所連配電系統(tǒng)的 上游處時，配置在聯(lián)絡線的繼電保護裝置將于幾個工頻周期后跳開靜態(tài)開關(guān)，微電網(wǎng)須從 主網(wǎng)中脫離。限流器在抑制故障電流上升及改善電壓跌落的同時，將動作信號輸送至快速 儲能裝置，使得儲能裝置切換至下垂控制方式，W穩(wěn)定微電網(wǎng)的頻率及電壓，實現(xiàn)微電網(wǎng)在 并網(wǎng)與孤島模式之間的平滑過渡。
[0020] 限流器快速動作后，短路電流可W被合理抑制，同時公共禪合點的電壓跌落能有 效改善，運對于微電網(wǎng)平穩(wěn)地過渡到孤網(wǎng)狀態(tài)具有積極意義。繼而，靜態(tài)開關(guān)動作使得微電 網(wǎng)離網(wǎng)