1、存在的問題

　　傳統穩定性分析方法無法用于接入大規模、多類型分布式能源的能源互聯網。

　　近年來,隨著能源互聯網概念的提出和相關技術的發展,包括電能、熱能、天然氣等多種形式的能源在能源主網和能源微網之間的流動迅速增長。對于能源互聯網的結構功能,許多研究和學者已經進行了探索和設想,然而對于能源互聯網的穩定分析和穩定控制還處于相對缺乏的狀態。隨著分布式電源規模的逐漸增加,線路電阻、系統阻尼等影響日漸突出,傳統的微網穩定性分析方法,如IEEE1547提供的電壓指標,已經無法用于大規模、多類型分布式發電系統接入下的能源互聯網。因此本文在所提出的能源互聯網關鍵設備及典型結構中,針對能源互聯網的特點建立能量函數,從能量這一本質角度進行穩定性分析。在此基礎上,確定能源互聯網穩定性判據、臨界切除時間、穩定域等運行指標,進而設計了基于能量的脈沖反饋控制,以提高系統的穩定性和故障處理能力。

　　2、能源互聯網能量函數建模

　　由于電能的轉換效率、傳輸速度及效率等優勢,使之成為能源互聯網最為有效的能源轉換中轉和傳輸媒介。能源互聯網的基本架構及關鍵設備如圖1所示:

　　圖1能源互聯網的基本架構及關鍵設備

　　在整合多種能源的基礎上,能源互聯網以電網為核心架構,利用電能進行轉化傳輸。針對能源互聯網的一次能源層和轉換層,本文首先完成對系統各類型發電及負荷設備的功率建模,得到能源互聯網功率平衡方程,解決多種能源互聯的分析和建模。另一方面,高比例可再生能源發電的接入,使得系統的阻尼系數和線路電阻無法忽略。在考慮上述特點的基礎上,提出了用于能源互聯網的能量函數,為能源互聯網提供了一種穩定性分析工具。基于理論和仿真兩方面的對比驗證,可以得到能量函數不同于傳統輸電網能量函數:由于高滲透率的能源互聯網中,逆變器設備占比較大,使得阻尼系數、故障切除時間對于系統動能的影響遠大于發電機的轉動慣量。進而,得到系統臨界穩定條件和穩定判定規則,其與其他理論所得到的判穩規則相一致,如圖2所示。

　　圖2能量函數臨界切除時間及穩定域判定

　　3、能源互聯網脈沖反饋控制

　　從能量角度的穩定性分析,并在此基礎上,設計了脈沖反饋控制,為能量路由器等區域控制器設備提供可行的控制方法。通過頻率-動能、電壓-勢能之間的關系,設計脈沖反饋控制及其相應參數指標。系統脈沖反饋分為監測和控制動作兩部分,如圖3所示。針對能量函數計算速度的考慮,本文利用動能進行實時監測,省去勢能積分環節帶來的延時,滿足系統實時監測、及時動作的要求。直至監測結果顯示需要進行脈沖反饋控制調節,進入控制步驟。　　

      圖3系統控制流程圖

　　4、算例驗證

　　為驗證提出的穩定性分析方法和控制算法的可靠性,本文在如圖4所示的模擬能源互聯網平臺進行實驗驗證。并網系統由能量函數計算與監測設備、風光互補平臺、光伏陣列及相應電力電子變換器構成,實驗過程考慮短路故障,通過與現行微網控制策略進行對比驗證,驗證所提出算法的有效性。仿真過程如下:系統啟動時,發電及負載設備運行正常;在0.4s時B點發生短路故障,并在1.4s切除故障。在對比實驗中,實時記錄各點電壓為能量函數分析結果的正確性提供參考。圖5和圖6分別描述實驗期間現行微網策略下和施加控制的系的能量函數對比。可以看出現行的運行策略無法避免系統失穩,而本文提出的算法可以滿足這一需求;進一步,由于可以有效的對系統的能量進行調整整形,因此提出的算法可以有效地減少受故障影響區域范圍。

　　圖4實驗驗證系統結構圖

　　圖5傳輸線AD能量

　　圖6傳輸線AD能量

　　5、總結與展望

　　針對于傳統的穩定性分析方法和運行策略無法滿足大規模分布式發電單元接入的能源互聯網的控制要求,設計了典型的能源互聯網結構及關鍵設備,同時在此網絡架構下,建立能量函數穩定性分析方法,解決能量互聯網穩定性分析的需求。進而設計了脈沖反饋控制,從能量角度對系統進行穩定控制,同時降低故障對其他區域的影響。仿真結果驗證了所提出算法的有效性。在本文所提出的架構下,針對于能源互聯網系統,可以考慮進一步加入熱電聯產等設備進行控制器設計等。