中心議題：

• 學習逆變器接入電網的要求
• 探究逆變器在智能電網接口中的應用

解決方案：

• 采用常規電力係統控製方法
• 通過仿真研究和試驗實現

目前的許多研究致力於為電力係統最優化
、負載分配、參數配置和電能儲存管理製定策略。由於最近對於“智能電網”和“虛擬電廠”的(de)展(zhan)望(wang)
，研(yan)究(jiu)的(de)關(guan)注(zhu)點(dian)的(de)選(xuan)擇(ze)通(tong)常(chang)依(yi)據(ju)經(jing)濟(ji)功(gong)效(xiao)，受(shou)到(dao)市(shi)場(chang)的(de)推(tui)動(dong)。但(dan)是(shi)，我(wo)們(men)不(bu)能(neng)忘(wang)記(ji)，任(ren)何(he)高(gao)級(ji)的(de)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)技(ji)術(shu)必(bi)須(xu)以(yi)物(wu)理(li)上(shang)穩(wen)定(ding)和(he)可(ke)靠(kao)運(yun)行(xing)的(de)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)為(wei)基(ji)礎(chu)。為(wei)了(le)滿(man)足(zu)這(zhe)種(zhong)新(xin)型(xing)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)的(de)要(yao)求(qiu)，對(dui)電(dian)網(wang)的(de)物(wu)理(li)層(ceng)麵(mian)的(de)控(kong)製(zhi)必(bi)須(xu)重(zhong)新(xin)調(tiao)整(zheng)加(jia)以(yi)改(gai)進(jin)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)，分(fen)布(bu)式(shi)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)和(he)高(gao)滲(shen)透(tou)性(xing)的(de)可(ke)再(zai)生(sheng)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)的(de)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)也(ye)要(yao)求(qiu)電(dian)網(wang)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)體(ti)係(xi)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)。現(xian)代(dai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)
，通(tong)過(guo)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)高(gao)效(xiao)的(de)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)平(ping)台(tai)可(ke)以(yi)為(wei)DERs和RESs構建一個強大的電網連接，如圖1所示。等價於常規電源，電網連接逆變器可以表現為基本的電網連接功能。隻有當DERs和RESs可以從常規的大型集中式電源那裏接管過物理調控任務時
，它們才能在電力係統中獲得與常規電源平等的地位。隻有當DERs和RESs在zai電dian力li接jie入ru電dian網wang的de過guo程cheng中zhong不bu止zhi享xiang受shou權quan利li
，同tong時shi也ye能neng承cheng擔dan義yi務wu的de時shi候hou
，它ta們men才cai能neng得de到dao真zhen正zheng的de自zi由you。為wei了le使shi逆ni變bian器qi能neng夠gou參can與yu到dao活huo躍yue的de電dian網wang控kong製zhi中zhong，充chong分fen的de控kong製zhi策ce略lve是shi必bi需xu的de。然ran而er，時shi至zhi今jin日ri
，控kong製zhi理li念nian的de發fa展zhan還hai是shi遠yuan遠yuan落luo後hou於yu需xu要yao。
1.逆變器接入電網的要求

今天，DERs和RESssuoshiyongdenibianqirengranzhuyaocaiyonglebeidongkongzhijishu。zheyiweizheduidianwangjierugonglvdekongzhiyutongguoyicinengyuanchanshengdiannengdenengliangzhuanhuanxitongmiqiexiangguan。duidianwangcelaishuo，tamenxiangdangyufudefuzai。tamenjiangcongECS處獲得的全部功率注入電網。在這種方式下

，電網側的電網控製整合，甚至於主動參與控製和穩定電網狀態變量都是不可能的。

最近的電力係統章程修訂也僅僅對異常的電網變化做出了預防性的反應。對高壓和中壓電網，UCTE操作手冊
、guojiadianwangbianmaheguojiadianwanglianjiezhangchengdeng
，dingyiledianwangdianyuanlianjiexingwei。duidiyawangluo
，guichengxijiezhijinhaiweidingyihechuban。duiyugaoyahezhongyawangluo，wentaiyaoqiudingyilefadiandanyuanbixujianshaotamendeyougongchuliyiyingduipinlvguogao，huozheanzhaodianwangtiaoduyaoqiuchengjietizhuangchuli。juci，chaoguoxuqiudeyougonggonglvhuibeijujueshangwang。zaizhengchangyunxingtiaojianxia，fadiandanyuanhaibixutigongwugonggonglv。dongtaixingweidedingyiyaoqiufadiandanyuanbixuzaidianwangguzhangdeqingkuangxiabaochiyudianwangdelianjiebingnenggoutigongduanludianliu。

為了增加DERs和RESs在(zai)電(dian)網(wang)中(zhong)的(de)比(bi)例(li)
，規(gui)章(zhang)製(zhi)度(du)還(hai)應(ying)該(gai)進(jin)行(xing)更(geng)深(shen)入(ru)的(de)變(bian)革(ge)。分(fen)布(bu)式(shi)發(fa)電(dian)單(dan)元(yuan)必(bi)須(xu)與(yu)集(ji)中(zhong)式(shi)電(dian)源(yuan)承(cheng)擔(dan)同(tong)樣(yang)的(de)基(ji)礎(chu)調(tiao)控(kong)任(ren)務(wu)。隻(zhi)有(you)這(zhe)樣(yang)電(dian)網(wang)才(cai)能(neng)被(bei)激(ji)勵(li)者(zhe)運(yun)行(xing)在(zai)分(fen)布(bu)形(xing)式(shi)下(xia)。未(wei)來(lai)的(de)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)不(bu)僅(jin)僅(jin)要(yao)求(qiu)DERs和RESs承擔假定的預防性的措施和開環控製。這些電源必須執行物理上的實際的電力係統調控。隻有這樣，未來集中式電源才能被DERs和RESs取代或者補充。
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2.常規電力係統控製方法在逆變器係統中的采用

新的DERs和RESs必(bi)須(xu)參(can)與(yu)到(dao)現(xian)有(you)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)並(bing)適(shi)應(ying)現(xian)有(you)的(de)結(jie)構(gou)和(he)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)。因(yin)此(ci)逆(ni)變(bian)器(qi)必(bi)須(xu)適(shi)應(ying)現(xian)有(you)的(de)電(dian)網(wang)控(kong)製(zhi)並(bing)且(qie)遵(zun)從(cong)基(ji)本(ben)原(yuan)則(ze)，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)相(xiang)互(hu)連(lian)接(jie)的(de)運(yun)行(xing)中(zhong)。基(ji)本(ben)的(de)逆(ni)變(bian)器(qi)控(kong)製(zhi)必(bi)須(xu)以(yi)傳(chuan)統(tong)發(fa)電(dian)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)為(wei)基(ji)礎(chu)，並(bing)被(bei)分(fen)類(lei)如(ru)圖(tu)2所示。
當接入電網的構件是DERs或RESs時，常規的基礎控製方式可以被逆變器采用和執行。向電網傳輸的功率可以被ECS或電網驅動。

在ECS驅動饋電時
，ECS決定了向電網傳輸的功率。如今，單台RESs逆變器典型地就在這種饋電方式下運行
，並向電網注入全部可提供的功率。在電網驅動饋電時
，不再是ECS
，而是電網決定功率的傳輸。典型的
，大多數常規大型電廠運行在這種方式下，同樣，這種方式潛在的適合DERs和RESs係統，或者至少適合混合式電力係統。在ECS驅qu動dong饋kui電dian的de情qing況kuang下xia
，逆ni變bian器qi控kong製zhi方fang式shi被bei稱cheng作zuo電dian網wang平ping行xing方fang式shi。第di二er種zhong情qing況kuang可ke以yi被bei兩liang種zhong不bu同tong的de逆ni變bian器qi控kong製zhi方fang式shi實shi現xian

，分fen別bie是shi電dian網wang形xing成cheng方fang式shi和he電dian網wang支zhi持chi方fang式shi。電dian網wang形xing成cheng方fang式shi中zhong逆ni變bian器qi的de作zuo用yong是shi建jian立li和he維wei持chi電dian網wang狀zhuang態tai變bian量liang。電dian網wang支zhi持chi方fang式shi中zhong逆ni變bian器qi被bei用yong於yu平ping衡heng功gong率lv。它ta可ke以yi傳chuan輸shu預yu先xian設she定ding數shu量liang的de功gong率lv，這zhe個ge數shu量liang可ke以yi根gen據ju電dian力li係xi統tong的de需xu要yao或huo者zhe高gao級ji控kong製zhi運yun行xing得de到dao的de參can考kao值zhi進jin行xing調tiao整zheng。應ying用yong這zhe個ge控kong製zhi方fang式shi的de逆ni變bian器qi例li子zi如ru圖tu3至圖5的左側所示。此外，這些基本有功功率調控器潛在的對二次電網控製的相互聯係可以被類似的闡釋。
所(suo)有(you)被(bei)介(jie)紹(shao)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)都(dou)可(ke)以(yi)適(shi)應(ying)對(dui)稱(cheng)和(he)不(bu)對(dui)稱(cheng)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)和(he)逆(ni)變(bian)器(qi)硬(ying)件(jian)。對(dui)於(yu)這(zhe)些(xie)基(ji)礎(chu)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)，正(zheng)如(ru)前(qian)邊(bian)介(jie)紹(shao)的(de)，隻(zhi)有(you)電(dian)網(wang)形(xing)成(cheng)方(fang)式(shi)和(he)電(dian)網(wang)支(zhi)持(chi)方(fang)式(shi)才(cai)適(shi)用(yong)於(yu)被(bei)積(ji)極(ji)地(di)應(ying)用(yong)到(dao)物(wu)理(li)層(ceng)麵(mian)的(de)控(kong)製(zhi)整(zheng)個(ge)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)。分(fen)布(bu)式(shi)發(fa)電(dian)單(dan)元(yuan)在(zai)電(dian)網(wang)平(ping)行(xing)方(fang)式(shi)中(zhong)不(bu)能(neng)被(bei)從(cong)電(dian)網(wang)側(ce)控(kong)製(zhi)。然(ran)而(er)，除(chu)了(le)充(chong)分(fen)的(de)基(ji)礎(chu)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)


，發(fa)電(dian)單(dan)元(yuan)控(kong)製(zhi)一(yi)定(ding)要(yao)能(neng)夠(gou)與(yu)定(ding)義(yi)的(de)超(chao)常(chang)規(gui)二(er)次(ci)電(dian)網(wang)調(tiao)控(kong)器(qi)進(jin)行(xing)交(jiao)互(hu)作(zuo)用(yong)。這(zhe)個(ge)要(yao)求(qiu)同(tong)樣(yang)能(neng)夠(gou)被(bei)所(suo)描(miao)述(shu)的(de)基(ji)礎(chu)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)所(suo)實(shi)現(xian)。由(you)於(yu)這(zhe)些(xie)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)是(shi)基(ji)於(yu)常(chang)規(gui)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)的(de)，它(ta)們(men)提(ti)供(gong)了(le)與(yu)常(chang)規(gui)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)控(kong)製(zhi)同(tong)樣(yang)的(de)二(er)次(ci)調(tiao)控(kong)接(jie)口(kou)(如圖5所示)。因此，具備這些功能的DERs和RESsjiukeyixiangchangguidanyuanyiyanglianjiedaodianwangkongzhizhong。dianwangzhongdeerciyougongtiaokongqibeiyaoqiujiangdianwangpinlvtiaojiedaozhengchangzhi。taweidianwangxingchenghedianwangzhichidekongzhijiegoutigonglezaiguanzhudiandeyougonggonglvpianyizhi。
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3.仿真研究

仿真是驗證提出的控製策略的第一步
，控製策略采用常規的電力係統控製策略。測試條件是：兩個相互連接的電網
，每個電網各包含一個電網形成方式的逆變器和一個電網支持方式的逆變器，如圖6所示。電網的額定頻率和額定電壓分別是frated=50Hz
，VLL=400Vrms。

電網形成和電網支持方式的逆變器額定視在功率分別是Sr=125kVA，Sr=80kVA。兩種逆變器的有功功率和無功功率設定值都分別是6kW和3.3kvar。仿真使用的電纜型號是NAYY4×50SE，Rl=0.772Ω/km，Xl=0.083Ω/km。為(wei)了(le)比(bi)較(jiao)不(bu)同(tong)的(de)逆(ni)變(bian)器(qi)負(fu)載(zai)分(fen)配(pei)，所(suo)有(you)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)下(xia)垂(chui)因(yin)數(shu)初(chu)始(shi)值(zhi)設(she)置(zhi)相(xiang)同(tong)。二(er)次(ci)控(kong)製(zhi)器(qi)被(bei)用(yong)來(lai)控(kong)製(zhi)功(gong)率(lv)交(jiao)換(huan)和(he)能(neng)量(liang)平(ping)衡(heng)，同(tong)時(shi)維(wei)持(chi)正(zheng)常(chang)頻(pin)率(lv)。

如圖6所示，有功和無功負載的初始條件兩個電網設置相同，分別是16kW和7.3kvar。這使得全係統的功率額定值分別為32kW和14.6kvar。15s後，在電網1上加一個階躍負載。有功功率增加20.2kW，無功功率增加到7.37kvar。仿真結果有功功率

、無功功率
、頻率、三相電壓
、三相電流如圖7至圖10所示。
圖7描述了逆變器的有功功率。最初，每個電網形成方式的逆變器都提供10kW功率
，電網支持方式的逆變器都提供6kW功率。於是，兩個電網形成方式的逆變器和兩個電網支持方式的逆變器平均分攤負載功率。15s時，4.2kW的負載階躍功率被加到第一個電網上。隨著負載改變，所有的逆變器都馬上做出了反應，功率的產生和消耗被重新分配。 [page]
一yi段duan時shi間jian後hou
，二er次ci控kong製zhi器qi控kong製zhi逆ni變bian器qi動dong作zuo

，第di一yi個ge電dian網wang上shang的de階jie躍yue負fu載zai隻zhi由you第di一yi個ge電dian網wang上shang的de逆ni變bian器qi補bu償chang。交jiao換huan功gong率lv受shou到dao控kong製zhi重zhong新xin回hui到dao之zhi前qian的de設she定ding值zhi。不bu同tong逆ni變bian器qi的de無wu功gong功gong率lv如ru圖tu7b所示。開始時，所有逆變器提供的無功功率都近似為14.6kvar。15s的時候

，第一個電網的無功功率增加了70var。zhengruqianmiantidaode
，bencifangzhenbingmeiyouduiwugonggonglvjinxingercikongzhi。dianwangxingchengfangshidenibianqibuchangzengjiadejieyuefuzai，dianwangzhichifangshidenibianqitigongxiangtongshuliangdewugonggonglv。

電力係統的頻率如圖8所示。由於一次和二次控製都影響電網頻率
，但是影響是在不同的時間尺度
，快速控製器的反應如放大窗口所示。
由於15s加入了階躍負載，頻率的降落由下垂控製功能決定。當一次控製迅速穩定頻率後
，二次控製相對緩慢的將頻率調回50Hz。

第一個電網形成方式的逆變器在連接點處的電壓和電流如圖9所示。逆變器電壓幾乎不受幹擾，與此同時
，隻有電流去適應相關負載情況。

圖10以第一個電網負載的三相電壓和三相電流為例來說明負載電壓電流質量和控製性能。15s時，負載階躍加入電網。負載電壓幾乎保持不變，與此同時電流隨著階躍負載增加。 [page]
4.試驗實現

驗(yan)證(zheng)前(qian)麵(mian)介(jie)紹(shao)的(de)標(biao)準(zhun)化(hua)逆(ni)變(bian)器(qi)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)的(de)第(di)二(er)部(bu)，是(shi)在(zai)充(chong)分(fen)的(de)硬(ying)件(jian)平(ping)台(tai)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)。三(san)種(zhong)方(fang)式(shi)的(de)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)在(zai)對(dui)稱(cheng)和(he)不(bu)對(dui)稱(cheng)條(tiao)件(jian)下(xia)都(dou)得(de)到(dao)了(le)實(shi)現(xian)。圖(tu)11展示了孤島或相互連接運行狀態下的逆變器模塊的執行情況。圖12展示了類似的不對稱電網形成方式的測試情況。受到本文的局限性，進一步的測試結果將在後續的論文中發表。
目前電力係統仍然基於常規電廠高壓運行的集中控製方式。隨著被動控製的DERs和RESs的(de)不(bu)斷(duan)接(jie)入(ru)，可(ke)控(kong)電(dian)能(neng)的(de)比(bi)率(lv)會(hui)逐(zhu)漸(jian)減(jian)少(shao)。電(dian)力(li)係(xi)統(tong)控(kong)製(zhi)的(de)激(ji)勵(li)變(bian)量(liang)的(de)受(shou)限(xian)會(hui)危(wei)害(hai)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)穩(wen)定(ding)性(xing)。為(wei)了(le)在(zai)未(wei)來(lai)實(shi)現(xian)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)控(kong)製(zhi)，DERs和RESs必須被授權可以積極參與電網狀態變量頻率和電壓的調控。

新的DERs和RESs在zai詳xiang細xi的de基ji本ben運yun行xing原yuan則ze的de指zhi導dao方fang針zhen下xia正zheng在zai逐zhu步bu加jia入ru到dao現xian已yi存cun在zai的de係xi統tong中zhong。為wei了le參can與yu到dao這zhe個ge控kong製zhi係xi統tong中zhong，現xian有you的de常chang規gui控kong製zhi策ce略lve必bi須xu作zuo出chu調tiao整zheng。作zuo為wei電dian網wang連lian接jie的de逆ni變bian器qi的de控kong製zhi策ce略lve必bi須xu基ji於yu標biao準zhun的de常chang規gui電dian廠chang饋kui電dian方fang式shi。根gen據ju推tui薦jian的de策ce略lve
，DERs和RESs可ke以yi活huo躍yue的de參can與yu到dao電dian力li係xi統tong的de物wu理li控kong製zhi中zhong。仿fang真zhen研yan究jiu表biao明ming，當dang相xiang互hu連lian接jie的de微wei電dian網wang中zhong
，隻zhi有you基ji於yu推tui薦jian控kong製zhi方fang式shi的de逆ni變bian器qi時shi，電dian網wang仍reng然ran可ke以yi運yun行xing。這zhe種zhong控kong製zhi策ce略lve已yi經jing在zai實shi驗yan室shi的de逆ni變bian器qi裝zhuang置zhi上shang被bei成cheng功gong的de驗yan證zheng。推tui薦jian的de控kong製zhi策ce略lve標biao準zhun的de應ying用yong隻zhi是shi為weiDERS和RESs建立與常規電力設備平等條件和能源供應在物理層麵和技術層麵自由化的第一步。