为智能电网接口的逆变器——不同分布式发电单元和电网需要的标准化馈电方式(1)

　　1引言

　　目前的许多研究致力于为电力系统最优化、负载分配、参数配置和电能储存管理制定策略。由于最近对于“智能电网”和“虚拟电厂”的展望，研究的关注点的选择通常依据经济功效，受到市场的推动。但是，我们不能忘记，任何高级的电力系统运行技术必须以物理上稳定和可靠运行的电力系统为基础。为了满足这种新型电力系统的要求，对电网的物理层面的控制必须重新调整加以改进。与此同时，分布式电源技术（DERs）和高渗透性的可再生电源技术（RESs）的持续发展趋势也要求电网控制结构体系进行调整。现代电力电子技术，通过提供一个高效的自动控制平台可以为DERs和RESs构建一个强大的电网连接，如图1所示。等价于常规电源，电网连接逆变器可以表现为基本的电网连接功能。只有当DERs和RESs可以从常规的大型集中式电源那里接管过物理调控任务时，它们才能在电力系统中获得与常规电源平等的地位。只有当DERs和RESs在电力接入电网的过程中不止享受权利，同时也能承担义务的时候，它们才能得到真正的自由。为了使逆变器能够参与到活跃的电网控制中，充分的控制策略是必需的。然而，时至今日，控制理念的发展还是远远落后于需要。

　　2逆变器接入电网的要求

　　今天，DERs和RESs所使用的逆变器仍然主要采用了被动控制技术。这意味着对电网接入功率的控制与通过一次能源产生电能的能量转换系统（ECS）密切相关。对电网侧来说，它们相当于负的负载。它们将从ECS处获得的全部功率注入电网。在这种方式下，电网侧的电网控制整合，甚至于主动参与控制和稳定电网状态变量（频率和电压）都是不可能的。

　　最近的电力系统章程修订也仅仅对异常的电网变化做出了预防性的反应。对高压和中压电网，UCTE操作手册[1]、国家电网编码（传输编码）[2]和国家电网连接章程[3][4]等，定义了电网电源连接行为。对低压网络，规程细节至今还未定义和出版。对于高压和中压网络，稳态要求定义了发电单元必须减少它们的有功出力以应对频率过高，或者按照电网调度要求呈阶梯状出力。据此，超过需求的有功功率会被拒绝上网。在正常运行条件下，发电单元还必须提供无功功率。动态行为的定义要求发电单元必须在电网故障的情况下保持与电网的连接并能够提供短路电流。

　　这些要求和相关的控制功能比常规集中式电源的电网调控任务要少得多。今天的电网运行和维持电网状态变量仍然由传统电厂执行。尽管今天对DERs和RESs进行了要求，由于ENTSO_E的规定[1]，这些电源还是不可以被积极地集成到电网关键调控任务中去。

　　为了增加DERs和RESs在电网中的比例，规章制度还应该进行更深入的变革。分布式发电单元必须与集中式电源承担同样的基础调控任务。只有这样电网才能被激励者运行在分布形式下。未来的电力系统不仅仅要求DERs和RESs承担假定的预防性的措施和开环控制。这些电源必须执行物理上的实际的电力系统调控。只有这样，未来集中式电源才能被DERs和RESs取代或者补充。然而，混合式系统中的电能的产生或管理，例如大多数的带逆变器电源，不在本文的研究范围中。

　　3常规电力系统控制方法在逆变器系统中的采用

　　今天的电力系统及其控制结构是经过很长时间才发展起来的。这是一个有着众多参与者的巨大而复杂的系统。它的控制策略持续发展，实际运行状态也得到了长足的提升。这个复杂系统是不可能在短期内被更新或改变的。

　　新的DERs和RESs必须参与到现有的系统中并适应现有的结构和控制策略。因此逆变器必须适应现有的电网控制并且遵从基本原则，尤其是在相互连接的运行中。基本的逆变器控制必须以传统发电控制方式为基础，并被分类[5]如图2所示。

　　当接入电网的构件是DERs或RESs时，常规的基础控制方式可以被逆变器采用和执行。向电网传输的功率可以被ECS或电网驱动。