電力電子技術所面臨挑戰在於如何對這樣系統進行穩定性分析與監控

在多臺變換器之間層面當多個電源分別透過電力電子變換器連線組成微網並向本地負載供電時,除了要求每臺變換器自身要達到一定的傳統效能要求外,在多臺變換器之間也需要進行密切的協調控制,以達到以下目標

電力電子技術所面臨挑戰在於如何對這樣系統進行穩定性分析與監控

在微網與上級電網解列而孤島執行時,應該能夠維持微網電壓的幅值和頻率穩定在所要求的穩態範圍之內。不論在與上級電網聯網還是孤島執行的狀態下,電源變換器之間都應該保持合理的負荷功率分配。根據上級電網和本地微網的狀態,按需要控制微網與上級大電網在孤島執行與聯網執行之間進行平滑而快速的切換。

電力電子技術所面臨挑戰在於如何對這樣系統進行穩定性分析與監控

在微網的電源端沒有實現全電子化的情況下,則需要對電子化的電源和沒有電子化的電源進行協調控制,以達到以上目標。這往往比全電子化的情況更具有挑戰性,因為這兩種電源的特性之間往往差別很大。

在電子化電能系統層面在電子化的電能系統層面,電力電子技術所面臨的主要挑戰將在於如何對這樣的系統進行穩定性分析與監控。在傳統電能系統的穩定性問題中,電源端大型同步發電機的特性起了主要作用。其動態特性由於機械轉動慣量較大而相對較慢,而且多臺發電機之間特性基本類似,具體特性引數均可以從電機的銘牌資料或透過簡單的測試獲取。

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因此,對傳統電能系統的穩定性問題一般採用時域的狀態空間方程的方法就可以很好地解決。而對於電子化電能系統的穩定性問題,滲透率越來越大的電力電子變換器將越來越起主要作用。

系統的電源端可能有數量眾多的電力電子變換器,負荷端往往有數量更多的電力電子變換器。系統如果也有輸電和配電環節的話在輸配電環節中也可能安裝了基於電力電子變換器的裝置。電力電子變換器的動態特性往往遠快於同步發電機,而且非常複雜。

多臺電力電子變換器之間由於內部拓撲和控制方法不同而表現出來的外部特性會非常不一樣,而且目前無法透過銘牌資料或簡單的測試獲取。所以電子化電能系統的穩定性問題往往無法採用傳統電能系統的穩定性分析和監控方法解決。

而在工程實際中,這樣的穩定性問題已出現得越來越多,迫切需要解決。風電或光伏逆變器聯網時可能出現的振盪問題就是一個典型的電子化電能系統穩定性問題的例子。在電能系統未來發展趨勢下,很多問題更需要電力電子技術與其他相關領域合作來共同應對。以下幾個典型問題就很值得深入思考。

電力電子技術所面臨挑戰在於如何對這樣系統進行穩定性分析與監控

電子化電能系統的規劃。與傳統電能系統規劃的不同之處在於:電子化電能系統既要對電源端進行規劃,也要對負荷端的電力電子變換器進行規劃;電子化電能系統的規劃需要額外考慮諸多因素,包括微網系統分層架構、母線交直流型別和電壓/頻率等級、變換器型別、容量及控制模式等。

直流斷路器。這是需要將傳統電流開斷技術與電力電子電流開斷技術所具有的不同特性進行恰當的結合才能夠解決的問題,其核心是要能實現在不同時間尺度下分時間段的電流轉移與能量吸收。

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電子化電能系統的保護。與傳統的電能系統保護的不同之處在於:一方面,電力電子變換器的外特性與傳統元件和裝置大不一樣,在制訂系統故障保護策略和具體保護操作時必須要考慮到;另一方面,電力電子變換器本身就含有很多可以開斷電流的開關,而且其動作速度遠比傳統保護開關要快。

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