可再生能源发电的单机容量有限且具分散性特点,其优势在于可组成分布式电源系统,用来满足电力系统和用户特定要求,如电网调峰、为边远地区用户或居民区和商业区供电、向敏感负载提供应急电源等,也可与大电网并网运行。与集中式单机逆变馈电方式相比,分布式多机逆变并网系统具有灵活性好、冗余度高、可维护性强等优点,是未来逆变电源供电技术的发展方向。
多机逆变器并网控制技术,为构建分布式可再生能源发电并网系统奠定技术基础。随着可再生能源发电总容量的增大,同时针对大电网运行状态的时变性,分布式并网单元的并网运行应具备可调度功能及冗余特性,才能确保分布式逆变供电系统工作的可靠性、安全性和高效率。分布式多机逆变可调度并网及控制技术,将不仅为可再生能源发电技术向分布式、高灵活性、高冗余性等优势方向发展奠定技术基础,而且可不受电网供电间断的影响而独立组成高可靠、大功率、可调度的可再生能源供电系统——微型电网(Micro-Grid),在民用生活供电、通信、舰船、航空、国防等领域具有广泛的应用空间。
显然,分布式并网发电系统中的逆变器应具有并/脱网模式转换控制、并联组网运行模式及控制等功能,还必须接受系统的集中调度,分布式并网发电系统通过监测市网状态、负载条件和各逆变器自身状态,控制各逆变器工作状态的组合,在市网允许条件下按调度容量要求并网馈电,而一旦市网出现异常立即脱网转为独立供电模式,并能根据负载需求自动组合并联容量,在确保向敏感负载和本地负载提供连续不间断电能的前提下,兼顾可再生能源利用率和系统自身的运行效率。
对于分布式系统中的每个逆变器而言,电网可被视为一容量无穷大的电压源,逆变器并网运行时通常采用电流控制模式,等效为一理想电流源,其输出端电压由电网电压决定。这种电流控制模式下,逆变器对电网呈现出高阻抗特性,电网电压的扰动对逆变器输出电流的影响较小,利于保证逆变器工作可靠和入网电能的质量。
图8-29所示逆变器多机并网原理图,采用以下并网控制策略,可实现多机依次并网。待并网状态下,各逆变器工作在电压输出控制模式,且实现输出电压与电网电压的锁相同步。某个逆变器接受并网指令后,先从电压输出控制模式切换成电流输出控制模式,并调节电流给定使其输出电压等于电网电压;然后控制闭合并网开关,调节电流给定至指令要求的并网电流值。将已并网的逆变器视为市网系统的一部分,待并网的逆变器可采用相同的控制策略,按照调度指令实现多机的依次并网。图8-30为采用并网/独立双模式逆变器的三机并网实验波形。
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图8-29 逆变器多机并网原理图
图8-30 逆变器多机可调度并网实验波形
a)由单机并网转为双机并网 b)由双机并网转为三机并网
值得指出的是,由于各逆变器本身高频开关工作特征及存在参数差异,应合理设计并网系统的电路拓扑或控制策略,否则将会在同时并网逆变器间存在耦合影响,甚至导致并网失败。采用工频隔离变压器接口是一种有效抑制多机并网逆变器间耦合影响的简单办法,缺点是带来系统成本增加等问题。
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