则式(3)可表示为:
由于Uk是一个大小波动的值,Us是以2Ug为最大值的脉动电压。
图3 微网仿真模型图
微网仿真模型图如图3所示,微网含有一个DG和负载,以直流电源通过逆变器产生交流电来模拟DG,微网通过并网开关和主电网连接。假设并网前电网电压为 E#g,微网电压为E#m,根据上面功率流动的分析,要使并网后功率从电网流向微网,并网前电网频率要稍高于微网频率,即E#g的频率稍高于E#m的频率。同时根据上面对电压差的分析得出式(5),可知并网开关两侧的电压差是脉动电压,仿真结果如图4(a)所示。在5.0s时刻的局部放大图如图4(b) 所示,从图中可以看出,5.0s是最合适的闭合开关时刻(这样的时刻是周期性出现的),开关两侧的电压差最小,闭合过程产生的瞬间电流也很小,安全性能比较高。
电压E#g和E#m的对比图如图5所示(点划线是电网电压E#g,实线是微网电压E#m)。综合图4和图5可以发现在5.0s是并网的最佳时刻,但是在实际应用中恰好在5.0s这个时刻闭合开关的可能性很小,往往都是这点的前后合上开关。仔细观察图5可以发现在5.0s前后是两种不同的情况,5.0s之前是E#m超前于E#g,即E#m的相位超前E#g,5.0s之后则是相反的情况,E#g超前于E#m。下面重点分析这一不同点对并网过程的影响。
微网的总负载是2.0pu,在孤岛模式下由DG提供了全部的功率,而并网后要求DG的输出功率是1.0pu。首先在5.0s之前闭合开关,在这个时间段E#m超前于E#g,就是说频率低的电压相位超前于频率高的电压,同时保证开关两侧的电压差尽量小。在并网过程中DG的输出功率和频率的变化如图6所示。
从图6(a)可以看到,在并网过程中有一段向上的功率输出波动,然后又迅速回到正常水平。因为在并网前后整个系统的总负载没有变化,对微网来说,那些额外产生的功率流向了并网后的主电网。从图6(b)中可见,并网过程中有一段频率突然下降,短时间内产生了激烈的波动。
5.0s之后闭合开关的情况如图7所示,电压差比较小的时候并网,频率高的E#g超前于频率低的E#m,从图7(a)可以明显地发现功率从2.0pu变化到1.0pu,没有较大的波动,过渡比较平稳。在图7(b)中,频率的过渡同样也是比较平滑。因此如图7所示的情况才是最佳的并网过程,频率和功率波动都比较小,而且由于是在电压差比较小的时刻闭合并网开关,开关中产生的瞬时电流也比较小,整个过程中电能质量得到了有效的保证。
4 结束语
本研究通过对含有一个DG的微网并网过程仿真,研究了并网过程中频率和电压波动变化,着重分析了在并网前开关两侧电压相对相位超前和落后的两种不同情况,提出了微网并网的最佳控制策略:
(1)并网时开关两侧的电压差必须很小,理想状态为零;
(2)电网频率必须稍高于微网频率;
(3)并网时刻电网电压必须超前于微网电压。
并网后微网向主电网注入功率的情况在以后进一步进行研究。
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