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首页微电网运行模式平滑切换控制策略研究
"微电网运行模式平滑切换的控制策略研究,涉及光伏电池、储能装置、分布式发电模型、微电网控制策略、并网与孤岛模式切换、负反馈补偿模块、PI控制器、电压幅值预同步和相位预同步模块,以及Matlab/Simulink仿真验证。" 微电网作为一种新型的分布式发电方式,结合了可再生能源,特别是光伏电池和储能装置,来优化能源利用。在微电网的运行过程中,其并网和孤岛模式的切换对于系统的稳定性和效率至关重要。由于微电网容量小,采用最大功率跟踪法可以最大化利用光伏电池的输出,同时在两种模式下保持一致的控制策略,以减小对电网的影响。 储能装置,如蓄电池,是微电网中不可或缺的部分,用于稳定电流、电压和功率输出。本文深入分析了储能装置的作用,并构建了相应的装置模型,探讨了其控制方法。在并网模式与孤岛模式之间切换时,电流内环控制器的输入变化可能导致电力暂态波动。为解决这一问题,引入负反馈补偿模块,通过PI控制器确保PQ控制器和V/f控制器的输出一致,平滑地完成模式切换。 从孤岛模式切换至并网模式时,需解决电压和相位的同步问题。通过实时监测配电网和微电网的电压及相位信号,设计了电压幅值预同步和相位预同步模块,确保并网时电压和相位的一致性,从而避免电流和电压的冲击。 整个研究过程借助Matlab/Simulink工具进行了仿真模拟分析,验证了所提出的控制策略的有效性。这种平滑切换控制策略对于提高微电网的运行稳定性,减少系统扰动,以及促进可再生能源的广泛应用具有重要意义。通过深入研究和实际仿真,为微电网的运行模式切换提供了理论依据和技术支持。
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1 绪论
6
的主控单元至少由一个 DG 负责,其余作为从控单元
[19]
。整个体系的电源与负载
之间的功率平衡由主控源的主控制器负责,因此要求主控制器能高速跟踪到波动
的变化并做出相应的反应,其他从电源按照主控制器的命令变化来控制功率的输
出。当微电网在并网模式下运行时,每台逆变器都采取 P(Active power)Q(reactive
power)控制方式。在配电网因故需要检修时,逆变器的传感器会检测出故障或
维修信号,然后主控器控制模式被切至
V/f
模式,以
DG
为主控源维持整个系统
电压和频率的稳定性。而此时对于从电源,则让其继续处于工作状态用以调整系
统内部功率的输出
[20]
。图 1.4 中显示了主从控制的典型结构图。本文研究的微电
网控制策略均基于主从控制方法。
图 1.4 主从控制结构图
Fig.1.4 Structure of master-slave control
主从控制的优点如下:
a. 主从控制方式的微电网可以实现对分布式电源电能的充分利用,通常情
况下,主控源可由可再生能源加储能装置共同担当,而从控源可用诸如太阳能、
风能等间歇性可再生能源充当。这样不但确保了体系电压的稳定,而且可以达到
快速的充/放电;
b.
采用主从控制方式的微电网能够在运行模式间进行切换。微电网在并网
模式下运行时,在主控制器中加入预同步控制器,跟踪配电网电压幅值和相位。
由于不存在相位差与幅值差,因此两种运行模式的平滑过渡变的容易实现。
(
2
)对等控制
对等控制,是指微电网中各微电源控制权利平等,根据系统接入点的电压和
频率信息,微电源进行本地控制,控制器之间也没有主从关系
[21]
。但是,由于对
等控制内部的逆变器使用下垂控制,因此对等控制又属于“有差”式控制类别
[22-23]
。如果负载对频率、电压无过多要求,可以使用此控制方法;若要求较高时,
可以加入微电网中心控制器(Micro Grid Central Controller,MGCC)以确保输出
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1 绪论
7
电能的质量。对等控制结构如图 1.5 所示。对于对等控制的微电网络,输出功率
波动幅度较大的分布式电源可采用 PQ 控制,以确保最大程度地利用可再生能源,
但其余的分布式电源采取下垂控制,设置合理的控制系数,在负载发生变化时一
起完成功率的恰当分配。
图 1.5 对等控制结构图
Fig.1.5 Structure of peer-to-peer control
(3)分层控制
一些专家在传统电网控制的基础上提出了分层控制的方式
[24-25]
,包括两层或
三层控制,对于每个控制层都有很高的通信要求,并且经常需要增加中央控制器
[26]
,以确保微电网可以稳定运行。基于分层控制技术的多智能代理系统已经成为
微配电网发展的研究热点
[8]
。
Hwang Sang
等人提出三层多智能代理控制系统,如图
1.6
所示,底层是微
电源的控制层,可以让负载和逆变器输出有功无功功率实现平衡。中间一层是微
电网的控制层,对底层微电源传输的电压、频率进行再次调整。顶层是能量管理
层,主要调节微电网和主网之间的能量流,确保配电网的正常需求和负载的功率
需求,保障最佳运行
[27]
。
图 1.6 多代理分层控制结构图
Fig.1.6 Multi-agent hierarchical control structure
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1 绪论
8
1.3.3 逆变器的控制方法
分布式电源的主要控制对象是并网逆变器,其控制策略还涉及到并网逆变器
的外环控制。常用的控制方法有三种,即
PQ
控制、下垂控制和
V/f
控制。
(1) PQ 控制
对电能质量的控制主要经由微电网能量管理中心的有线通信网络,设置微电
网的功率参考值,通过有功和无功控制器输出电流参考值,然后通过电流电压多
回路控制,得到最终的触发信号。PQ 控制的分布式电源不承担电压和频率调节
的任务。当接入并网逆变器的交流网络系统的频率和电压在允许范围内变化时,
PQ
控制保证分布式电源输出的有功和无功功率保持不变。控制的实质是将有功
功率和无功功率解耦,然后分别进行控制,实现逆变器的电压或电流调节,最终
输出恒定功率。PQ 控制结构如图 1.7 所示。
图 1.7 PQ 控制结构图
Fig.1.7 Structure chart of PQ control
(2)下垂控制
微电网中的常规下垂控制是通过模拟传统发电机的下垂特性,实现微电网中
微电源的并联运行。其实质为:各逆变单元检测自身输出功率,通过下垂特性得
到输出电压频率和幅值的指令值,然后各自反相微调其输出电压幅值和频率以达
到系统有功和无功功率的合理分配。
模拟同步发电机组的外部特性是利用了下垂控制方法的基本原理。根据感应
线阻抗下各微电源输出的有功功率和频率、无功功率和电压幅值的衰减曲线的特
点,利用局部信息对逆变器进行控制,达到分配微电网负载功率的目的。
(3)V/f 控制
V/f 控制主要是为微电网的离网运行提供强大的电压和频率支持,分布式发
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