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摘要：随着“铝电联营”模式在国内的发展，围绕着以工业负荷为中心的微网系统控制受到了越来越多的重视。本文总结了微网在联网和孤网下的运行特征，阐述了联网下联络线无功趋零和孤网下的中枢母线电压设定跟踪控制技术。实际系统应用表明，该控制体系在联网下能够降低网损，在孤网下能够保证电压稳定，两种运行方式切换控制较为平滑。
关键词：电压控制；微网；孤网；联网；平滑控制
不同于常规的微网系统，本文研究的微网是在国内“铝电联营”和“矿电联营”等经济运行模式下，围绕电解铝或矿厂负荷为中心修建的自备电厂等共同组成的微型电网系统[1]。这类电网一般规模较小，由几个负荷站、电厂和开关站组成。微网和大电网通过几条联络线进行功率交换，包含大电网联网和自身孤网两种运行方式。微网在联网和孤网下呈现不同的无功电压控制特性，在联网状态下，无功电压根据电气距离呈现区域耦合的映射特性，少数节点负荷波动对整个电网的电压和频率影响较小，整个电网呈现电压和频率稳态变化的特性；在孤网状态下，电气元件电气距离很近，无功电压等电网参数耦合密切，负荷的波动直接影响电网电压，整个电网呈现电压波动变化的特性。为了更好实现微网无功电压控制，本文通过在联网下的联络线无功趋零控制技术和孤网下的中枢母线电压设定跟踪控制技术实现联网和孤网下平滑控制过渡的微网自动电压控制。
2联网和孤网下控制技术及其平滑控制过渡
2.1联网下联络线无功趋零控制技术
微网在联网下是无限大电网的运行特性，传统的电压控制是三级电压控制[2]。不同于传统电压控制技术，为了实现微网联网模式下经济性和安全性的考虑以及对联网和孤网模式平滑切换，本文基于无功就地平衡的控制准则，借鉴AGC在大电网下多区域多目标的控制技术[3]，将微网视为大电网中通过几条联络线并网的一个相对解耦的电气区域，通过将联络线无功趋零实现联网无功电压控制。其控制函数如式（1）所示：
由式（2）可以看出损耗与等值线路lnet和lis电阻、传输有功/无功和节点电压有密切的关系。作为全网局部的微网区域，节点电压调整幅度较小，在该处可以视为恒量，传输功率P也是不可控的；由于孤网内部线路电气距离较小，电阻值要远小于外网等值线路电阻，即ris<rnet，由式（2）可知通过将外网联络线传输Pnet和Qnet向零值调整可以实现ΔP的降低。其物理意义为降低外网的电力输送可以降低整个电网的电力损耗，和无功就地平衡的准则是一致的。由于自动电压控制应用无法对系统有功进行调整，其主要调控手段是将联络线无功趋零，该技术一般和联网下联络线功率控制结合使用，可以有效提高电网的经济效益和安全性。
2.2孤网下中枢母线电压设定跟踪控制技术
“铝电联营”微网在孤网下网内电源点较少且电气耦合关系极为紧密，负荷波动带来整个电网电压的大范围波动，为了应对孤网无功电压波动特性，电压控制从经济控制转变为安全控制，孤网模式下AVC采用中枢母线电压设定跟踪控制，保证孤网母线电压稳定。该模式为传统控制模式，在很多文章中均有论述[3]，该处不再赘述。
2.3联网和孤网的平滑控制过渡
“铝电联营”式微网在联网和孤网进行计划内外状态切换时，AVC的首要任务是保证控制状态切换后系统电压稳定，防止电压崩溃发生。当微网从联网切换至孤网模式下，且与外网的交换功率较大时，断网后的孤网电压变化较大，极易发生电压崩溃事故，计划内正常的断网过程是调整孤网内电源点功率，使联网联络线的交换功率趋向0，才能保障断网后孤网的正常运行状态。当发生计划外的断网时，联网下联络线无功趋零技术能够保证联络线的无功交换较小，再结合联网下AGC联络线有功趋零控制技术，有效降低方式切换后的电网电压波动，为联网切孤网模式提供技术支持和安全保障。AVC平滑控制为为孤网投入联网提供了较为安全稳定的并网条件。
表1联网到孤网模式切换下的有无AVC控制对比仿真结果表
3现场仿真与应用
本文所提出的微网AVC控制技术在酒钢电解铝电网（简称铝网）获得了实际应用，我们结合实际的运行数据仿真来对该技术进行相关的验证。酒钢铝网内部包含2个电厂、2个电解铝负荷站和1个开关站，该铝网通过铁合金站铝铁一回和铁兴线联入无限大电网。我们根据酒钢铝网2015年6月11日9:00的数据断面进行模拟，当时酒钢电网处于联网状态，2个电厂中热电四厂处于闭环状态，其模拟结果如表1所示。
从表1中可以看出酒钢铝网在无AVC控制模式下，联络线交互无功较大，在发生联网到孤网的方式切换时其负荷母线的电压变化约为9.5kV，切换后母线电压严重越限，超出342~348kV限值区间；酒钢铝网在AVC控制模式下，其联络线无功趋零控制降低了联络线的无功交互量，当联网到孤网的方式切换时其负荷母线电压变化约为3.9kV，切换后母线电压越上限幅度大大降低，电网电压变化较小。从两种控制模式下的控制结果来看，微网下的自动电压控制技术对电压稳定效果较好，给微网的电压稳定控制提供了一定的技术基础。
4总结
对于以负荷中心建设的微网系统，基于联网和孤网下平滑控制过渡的微网自动电压控制系统可以实现在联网下以经济性为目标和在孤网下以安全性为目标的无功电压控制，实现对微网无功电压更安全、合理和有效的控制。
参考文献：
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论文作者:陈建华,杨文霞
论文发表刊物:《电力设备》2015年第9期供稿
论文发表时间:2016/4/19
标签：电压论文; 电网论文; 母线论文; 平滑论文; 技术论文; 负荷论文; 较小论文; 《电力设备》2015年第9期供稿论文;