微电网中多个微源间的暂态交互影响分析与对策研究

Operational stability problem is a key issue for the development of microgrid technology. Most of the existing research work is based on the static condition, and the transient processes which include the time of failures occurrence and recovery are ignored. Based on the preliminary work, we found that the transient interactions between multi-micro source inverters will result in a large impulse current and impulse voltage. Based on this, the operation mechanism of independent micro-source inverter under transient conditions will be studied. The transient interaction analysis model of multi-micro source inverters system will be constructed to reveal the mechanism of impulse voltage and impulse current. The coordinated control strategy of multiple micro-source inverters under the transient condition will be proposed to soften and suppress the impulse voltage and impulse current. And the stability of multi-source inverters under the transient operation condition will be improved. This project aims to explore a method to solve the transient interaction problem between multi-micro source inverters, and provide an effective theoretical approach to ensure the operational reliability of micro grid. And this work will promote the further progress of micro grid technology. The research results of this project can be widely used in Marine, electric locomotive, metallurgy, electroplating and other fields.

运行稳定性问题是目前微电网技术研究与发展的关键前沿问题。现有研究工作的开展多基于静态工况，而忽视了大扰动发生阶段与恢复阶段的暂态稳定性问题。项目组前期调研发现，微电网中多个微源逆变器同时面对系统大扰动时，存在明显的交互影响，将可能引起冲击电流与冲击电压。基于此，本项目拟针对多微源逆变器的暂态交互问题开展研究，分析独立微源逆变器暂态工况下的运行机制；构建多微源逆变器系统环境下的暂态交互分析模型，揭示多微源逆变器系统的暂态冲击电压与冲击电流产生机理；提出多个微源逆变器在微电网暂态工况下的协调控制策略，实现对冲击电压与冲击电流的有效柔化与抑制，提升多微源逆变器暂态运行工况下的稳定性。本项目旨在探索解决多微源逆变器暂态交互问题的方法，为保障装置安全和微电网的运行可靠性提供有效的解决途径，推动微电网技术的进一步发展。项目的研究成果可广泛应用于船舶、电力机车、冶金、电镀等包含多逆变器系统的领域。

为解决微电网暂态工况下多个微源间的暂态交互机制不清晰、运行控制方法不明确等问题，本项目开展了微电网中多个微源间的暂态交互影响分析与对策研究，研究了典型微源的暂态运行特性、分析了异质微源的暂态交互运行特性，提出了面向异质微源暂态全周期可靠运行的控制策略，并开展了半实物和实物验证工作。项目研究成果主要包括：.（1）针对典型的虚拟同步机微源，分析了微电网暂态工况下VSG的运行特性，刻画了VSG的暂态运行区间，量化分析了VSG的极限切除时间和极限切除角；针对典型的下垂控制型微源，分析了暂态工况下微源的功角特性，考虑到微源的过流能力限制，分析了限流环节对下垂控制型微源的作用机理。.（2）针对同调VSG并联系统，构建了其等效聚合模型，给出了参数聚合表达式，分析了同调VSG并联系统的暂态运行特性并进行了验证；针对非同调VSG并联系统，构建了非同调VSG并联系统的聚合模型，指出了同调系统和非同调系统的本质差异，分析了暂态工作模式切换下非同调系统的运行特性；针对VSG-Droop并联系统，分析了该系统的暂态工作模式，研究了工作模式切换过程中冲击电流的产生机理与暂态运行特性；.（3）针对同调VSG并联系统，分别提出了远端弱冲击故障全过程下同调VSG并联系统主动调控方法和近端强冲击故障全过程下同调VSG并联系统主动调控方法，提升了并联系统暂态全周期的运行可靠性；针对非同调VSG并联系统，提出了一种故障全过程下非同调VSG并联系统主动调控方法，包括控制环反向跟踪控制和同步切换控制，有效的降低了非同调系统的暂态冲击电流；针对VSG-Droop并联系统，提出了一种故障全周期的电流柔性调控策略，主要针对下垂控制和虚拟同步控制的暂态特性不同造成的系统非同步切换问题进行改进，有效的降低了暂态工况下系统的失稳风险。.（4）搭建了半实物实验平台和实物实验平台，验证了各项理论研究与控制方法的正确性。.本项目的研究可促进新能源发电技术和微电网技术的发展，具有广阔的推广应用前景。经过三年的努力和探索，项目组成员按研究计划完成了全部研究内容，较好实现了项目的既定研究目标。本项目共资助发表高水平论文12篇，其中SCI检索5篇，EI检索7篇，授权发明专利2项；相关研究成果获获中国机械工业科学技术奖一等奖1项。