微电网运行与控制作业
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微电网操作与控制微电网(Microgrid)是指由多种不同的分布式能源资源、负荷和能量储存设备组成的小型电力系统。
它具有自主运行、互联互通和可控性强的特点,已成为解决能源转型和可持续发展的重要手段。
本文旨在探讨微电网的操作与控制策略,帮助读者更好地理解和应用微电网技术。
一、微电网概述微电网由分布式能源资源(如光伏发电、风力发电等)、负荷(如住宅、商业建筑等)和能量储存设备(如储能电池等)组成,形成一个相对独立的电网系统。
与传统的中央电网系统相比,微电网更加灵活和可靠,并且具备自主控制和管理的能力。
二、微电网的运行模式微电网的运行模式可以分为三种:独立运行模式、与主电网并网运行模式以及与主电网脱网运行模式。
1. 独立运行模式在独立运行模式下,微电网与主电网完全隔离,完全依靠分布式能源和能量储存设备供电。
这种模式适用于一些远离主电网的地区,比如岛屿、山区等。
2. 与主电网并网运行模式与主电网并网运行是微电网最常见的工作方式。
在这种模式下,微电网可以通过电网互联与主电网交换电能,在能源供应不足时从主电网购电,能源供应充足时则可以将多余的电能卖回主电网。
3. 与主电网脱网运行模式与主电网脱网运行是指微电网不再与主电网交换电能,完全依靠自身的分布式能源和能量储存设备运行。
这种模式适用于一些需要独立供电的环境,比如远离城市的无人岛屿、油气开采现场等。
三、微电网的操作与控制策略为了实现微电网的安全稳定运行,需要采取一系列的操作与控制策略,具体如下:1. 能源管理和优化策略能源管理和优化是微电网操作与控制的核心任务。
通过合理调度和分配分布式能源资源,最大限度地提高能源利用效率,并确保电网系统的稳定运行。
包括实时监测和管理能源供需平衡、优化能源调度策略、灵活控制充放电等。
2. 集中与分散控制策略微电网的控制可分为集中控制和分散控制两种方式。
集中控制指的是通过一个中心控制单元实现对整个微电网的控制和管理。
分散控制则是将控制功能分散到各个设备上,通过设备之间的通信和协调实现微电网的控制。
电气工程中的微电网系统设计与运行控制随着能源需求的增长和可再生能源的发展,微电网系统正逐渐成为电力系统领域的热门话题。
微电网系统通过将分布式发电、能量储存和智能电网技术相结合,实现了对电力系统更高效、可靠和可持续的管理。
本文将讨论微电网系统的设计和运行控制。
微电网系统的设计是微电网项目的核心环节。
首先需要确定系统的规模和目标,以及系统的主要构成。
微电网系统一般由可再生能源发电设备、传统能源发电设备、能量储存设备和智能电网技术组成。
根据项目的具体需求和资源状况,设计师需选择合适的设备和组件,并进行系统拓扑的优化设计。
在微电网系统的设计中,关键问题是系统的能量平衡和负荷匹配。
系统设计师需结合能源资源的特点和负荷需求的变化,制定相应的能量管理策略。
同时,应考虑能量储存设备的容量和充放电效率等因素,以确保系统的稳定供电。
另外,微电网系统的运行控制也是至关重要的一环。
运行控制主要包括电力流控制、频率和电压控制以及故障管理。
电力流控制是微电网系统中的主要控制手段,它通过智能电网技术实现对发电设备和负荷的有效管理。
频率和电压控制是保障系统稳定运行的重要手段,它们通过对各种控制机制的协调调节,实现电网的容量平衡和电压平衡。
故障管理是针对系统出现异常情况时的应急措施,包括自动切换、故障诊断和故障隔离等措施。
为了保证微电网系统的安全可靠运行,还需要进行系统的监测和管理。
监测系统可以实时监控系统的运行状态,包括发电设备的输出功率、负荷的需求及系统的容量状况等。
管理系统则负责对监测信息进行处理和分析,制定相应的工作计划和维护措施,以保证系统的高效运行。
此外,微电网系统的经济性也是考虑的重要因素。
微电网系统的投资和运维成本较高,而且与传统电力系统相比存在一定的技术和管理风险。
因此,在微电网系统的设计和运行控制中,应充分考虑成本优化和风险管理。
总之,微电网系统的设计和运行控制是电气工程中的重要课题。
通过合理的系统设计和有效的运行控制,微电网系统能够实现对分布式能源的高效利用和可持续管理,为电力系统的发展做出重要贡献。
高效稳定的电力系统微网设计与运行控制电力系统微网是近年来在能源领域兴起的一种新型能源供应和管理模式。
它通过将分散的可再生能源、传统能源以及能量存储设备进行集成和优化,实现了在小范围内相对独立的电力供应。
高效稳定的电力系统微网设计与运行控制是确保微网运行的关键因素。
在设计电力系统微网时,首先需要确定微网的规模和用途。
微网可以是小型社区、工业园区、商业区等。
根据用电负荷的需求,确定微网的发电容量和储能系统的容量。
此外,还需考虑微网与外部电网的连接方式,包括并网运行和孤网运行两种模式。
设计电力系统微网时,需要充分利用可再生能源,例如太阳能和风能。
可再生能源的接纳率决定了微网的绿色程度和经济性。
为了实现高效利用可再生能源,可以采用多种技术手段,如光伏阵列的最大功率点追踪、风力发电机组的变桨角控制等。
此外,还需考虑负荷的平衡和稳定,可以通过合理的电能管理和调度策略来解决。
在微网的运行过程中,稳定性是一个重要的考虑因素。
微网内部的分布式能源转换装置和负荷的波动可能引起微网的不稳定。
因此,合理的运行控制策略是确保微网稳定运行的关键。
运行控制策略包括频率控制、电压控制和功率预测等。
频率控制是指通过调节发电机组的输出功率来维持微网的电力频率稳定。
电压控制则是通过调节发电机组和储能系统的输出电压来维持微网内电压的稳定。
功率预测是指通过对负荷的实时监测和分析,预测未来一段时间内的负荷需求,从而调整发电和储能的输出。
此外,还需要考虑微网与外部电网的连接问题。
微网可以通过与外部电网的接口来实现并网运行,从而实现电力的共享和调度。
在并网运行模式下,微网可以向外部电网购电或卖电,以满足不同的负荷需求和发电情况。
然而,在遭遇外部电网故障或自然灾害时,微网还需要具备孤网运行的能力,即在没有外部电网供电的情况下,维持微网内部电力的供应。
为了实现高效稳定的电力系统微网设计与运行控制,还需要考虑微网的监控和管理系统。
监控系统可以实时监测微网的发电情况、负荷情况以及电网参数等,并将监测数据传输给管理系统。
接上篇:电力系统规划设计-新能源并网微电网,现在无疑是比较前沿的内容,国内这块与国外相比有一些差距。
参与做过一些微电网规划,比如三沙岛的,也参观过一些实验室的微电网模型,许继的示范项目,试着总结一二。
一、微电网概述首先说说分布式能源和微电网的区别吧。
分布式能源(DER):一般定义为包括分布式发电(DG)、储能装置(ES)和与公共电网相连的系统。
其中DG是指满足终端用户的特殊需求,接在用户侧的小型发电系统,主要有内燃机,微型燃气轮机、燃料电池、太阳能、风能等发电系统。
分布式能源有很多优点,比如可实现能源综合梯级利用,弥补大电网稳定性方面不足,环境友好等,但是它的最本质缺点在于不可控和随机波动性,从而造成高渗透率下对电网稳定的负面影响。
所以,分布式能源和微电网的本质区别就在于前者不可控,后者可控。
微电网(MG)把分布式发电、储能装置、负荷通过控制系统协调控制,形成单一可控单元,直接接在用户侧,优点是非常明显的。
微电网的控制模式和策略是里面的关键部分,无论是系统级的主从、对等和综合性控制模式,还是逆变器级的P/Q、U/f、下垂控制,乃至和储能相结合的控制方式,都是微电网的核心部分。
而这些,在分布式能源系统里面是不会涉及的。
所以说,很多外面在搞的微网项目,特别是中国人在国外援建,都是在混淆概念,没有控制系统,其实只能叫做分布式发电(分布式能源系统都算不上)。
所以说微电网的核心在于“自治独立,协调互济”,自治独立指的是微电网具备阻断电网故障影响的能力,使微电网的孤网运行具有不失负荷或者少失负荷;协调互济指的是微电网和主网可以建立互相支援的关系。
国外这块,美国,欧盟和日本研究和应用较为领先,三者之间对于微电网的定义略有区别但不大,国内这块,学校里面天大好像还可以,示范工程许继有两个。
二、微电网的架构微电网的体系结构一般采用国际上比较成熟的三层结构(许继的示范工程也是如此):配电网调度层、微电网集中控制层、分布式电源和负荷就地控制层。
智能电网中的微电网规划与运行控制随着科技的不断进步与人们对清洁能源的需求增加,智能电网的建设已经成为了实现可持续能源转型的重要措施之一。
而在智能电网中,微电网的规划与运行控制成为了一个关键的环节。
1. 微电网的定义与特点首先,我们来了解一下什么是微电网。
微电网是指由多种不同能源组成的小型能源系统,具备与传统电网相互独立的能力。
它可以利用可再生能源,如太阳能、风能等,通过本地能源的生产与储存实现自给自足,同时也能够与传统电网进行互联,实现双向能量交换。
微电网与传统电网相比,具有以下几个特点。
首先,微电网具备了自给自足的能力,能够在断网情况下独立运行,从而提高了电网的可靠性和鲁棒性。
其次,微电网能够实现能源的多样化利用,不再依赖于单一能源,通过组合不同的能源形式,使能源的供应更加可持续。
此外,微电网还可以通过与传统电网的互联,实现能源的双向流动,使得能量的分配更加高效和灵活。
2. 微电网的规划微电网的规划是实现其可靠运行的基础。
规划过程主要包括需求分析、能源选择、设备配置和布局设计等几个方面。
首先,需求分析是微电网规划的第一步。
在进行规划前,需要对微电网的用电负荷进行精确的测算与分析。
这可以通过历史用电数据、用电设备特性和用电负荷预测等方法得出,从而确定微电网的总体规模和电力需求。
其次,能源选择是微电网规划中的一个重要环节。
根据能源的特性、供应可靠性和成本效益等因素,选择合适的能源形式。
常见的能源包括太阳能、风能、生物能等可再生能源,以及传统的火电、水电等。
在选择能源时,需要充分考虑微电网的地理位置和资源条件,以提高能源的利用效率。
设备配置是微电网规划的第三步。
根据需求分析和能源选择的结果,确定微电网所需的各类设备,包括发电设备、储能设备、配电设备等。
对于发电设备的选择,需要考虑其发电能力、稳定性和可靠性等因素;对于储能设备的选择,需要考虑其容量、充放电效率和储能效率等因素。
在设备配置的过程中,需注意设备之间的兼容性和协同性,以确保整个系统的稳定运行。
微电网的设计、运行与控制研究问题及背景随着能源需求的不断增长和可再生能源的快速发展,微电网逐渐成为解决能源供应可靠性和经济性的一种新型电能系统。
微电网是一个小尺度、局部化的电能系统,由多种分布式能源资源(DER)以及能量存储设备组成,可以实现电力的自给自足和互联互通。
然而,微电网系统的设计、运行与控制仍然面临许多挑战和问题。
本研究的主要问题是如何设计、运行和控制一个高效可靠的微电网系统,以实现对能源的有效管理和优化能源供应。
研究方案方法1. 确定微电网系统的需求和目标:首先,我们需要分析微电网所服务的负载类型、负荷需求特点以及可用的能源资源类型和容量。
同时,系统需要具备电力质量、能源安全和环境友好性方面的目标。
2. 微电网的设计与拓扑结构选择:在确定需求和目标后,我们需要考虑微电网的拓扑结构,包括DER的选择、容量规模以及互连方式。
设计时考虑能源负荷的预测、微电网系统的容量规模以及系统的红利最值。
3. 微电网的运行策略与控制算法:微电网的运行策略需要考虑各种情况下的资源调度和能源管理问题,包括能源存储、供需平衡、能量负荷管理等。
控制算法的选择需要综合考虑负载需求、能源供应以及微电网系统的运行效率。
4. 数据分析和结果呈现研究过程中,我们将收集微电网系统的运行数据,并对其进行分析。
通过对微电网系统的性能指标如电力质量、能源利用率、稳定性等方面进行评估,可以得出微电网系统的运行效果。
结论与讨论通过对微电网系统设计、运行和控制方案的研究,我们可以得出以下结论:1. 微电网系统的设计需要综合考虑负载需求、能源资源和存储容量以及系统容量规模等因素,以实现高效可靠的能源供应。
2. 微电网系统的运行策略和控制算法需要根据实际情况进行设计和优化,以实现能源的有效管理和供需平衡。
3. 数据分析和性能评估可以验证微电网系统的运行效果,为系统运行和控制的改进提供依据。
在未来的研究中,可以进一步探索微电网系统设计、运行和控制方案的优化,以提高微电网系统的能源利用效率、可靠性和经济性,为可持续发展提供更好的能源解决方案。
随笔之九-微网运行与控制严同· 1 个月前微电网,现在无疑是比较前沿的内容,国内这块与国外相比有一些差距。
参与做过一些微电网规划,比如三沙岛的,也参观过一些实验室的微电网模型,许继的示范项目,试着总结一二。
一、微电网概述首先说说分布式能源和微电网的区别吧。
分布式能源(DER):一般定义为包括分布式发电(DG)、储能装置(ES)和与公共电网相连的系统。
其中DG是指满足终端用户的特殊需求,接在用户侧的小型发电系统,主要有内燃机,微型燃气轮机、燃料电池、太阳能、风能等发电系统。
分布式能源有很多优点,比如可实现能源综合梯级利用,弥补大电网稳定性方面不足,环境友好等,但是它的最本质缺点在于不可控和随机波动性,从而造成高渗透率下对电网稳定的负面影响。
所以,分布式能源和微电网的本质区别就在于前者不可控,后者可控。
微电网(MG)把分布式发电、储能装置、负荷通过控制系统协调控制,形成单一可控单元,直接接在用户侧,优点是非常明显的。
微电网的控制模式和策略是里面的关键部分,无论是系统级的主从、对等和综合性控制模式,还是逆变器级的P/Q、U/f、下垂控制,乃至和储能相结合的控制方式,都是微电网的核心部分。
而这些,在分布式能源系统里面是不会涉及的。
所以说,很多外面在搞的微网项目,特别是中国人在国外援建,都是在混淆概念,没有控制系统,其实只能叫做分布式发电(分布式能源系统都算不上)。
所以说微电网的核心在于“自治独立,协调互济”,自治独立指的是微电网具备阻断电网故障影响的能力,使微电网的孤网运行具有不失负荷或者少失负荷;协调互济指的是微电网和主网可以建立互相支援的关系。
国外这块,美国,欧盟和日本研究和应用较为领先,三者之间对于微电网的定义略有区别但不大,国内这块,学校里面天大好像还可以,示范工程许继有两个。
二、微电网的架构微电网的体系结构一般采用国际上比较成熟的三层结构(许继的示范工程也是如此):配电网调度层、微电网集中控制层、分布式电源和负荷就地控制层。
电力系统中的微电网运行与控制策略研究随着可再生能源的快速发展和智能电网的推广应用,微电网作为一个能够实现可靠与可持续能源供应的分布式能源系统,引起了广泛关注。
微电网的运行与控制策略是保证其安全稳定运行的重要因素。
本文将深入探讨电力系统中微电网运行与控制策略的研究现状、挑战和发展趋势。
1. 微电网运行与控制策略的概述微电网是一种由多个可互联的分布式能源源(如太阳能光伏、风能、储能系统等)和负荷组成的小型电力系统。
为了实现稳定可靠的电力供应,微电网需要设计合理的运行与控制策略。
运行策略包括微电网的启停策略、能量管理策略、能力分配策略等。
控制策略则涉及到微电网中各种设备的运行状态监测、功率调节、故障检测与处理等内容。
2. 微电网运行与控制策略的研究现状目前,针对微电网运行与控制策略的研究已经取得了很多重要进展。
其中,能量管理策略是微电网运行的核心内容之一。
目前常见的能量管理策略包括最小耗能策略、最大利用率策略、最大续航时间策略等。
此外,还有一些控制策略如频率和电压控制、有功和无功功率控制、容量和功率平衡控制等也得到了广泛的研究。
3. 微电网运行与控制策略的挑战微电网运行与控制策略面临着一些挑战,其中之一是不确定性。
由于可再生能源的天气变化和能量的波动性,微电网中的能源供应具有一定的不确定性。
因此,如何合理地预测和处理能量变化对于微电网运行与控制策略的设计具有重要意义。
此外,由于微电网中的设备和网络结构的复杂性,运行与控制策略的实时性和稳定性也是面临的挑战。
4. 微电网运行与控制策略的发展趋势为了克服微电网运行与控制策略中的挑战,未来的研究和发展将着重于以下几个方面。
首先,需要更加精确的能量预测模型和算法,以提高对能源波动性的处理能力。
其次,需要研究设计具有弹性的控制策略,以应对不同工况变化。
此外,智能化技术的应用将进一步提高微电网运行与控制策略的效果。
例如,利用人工智能、大数据分析和物联网技术来实现微电网的自主优化和自适应控制。
电力系统中的微电网运行与控制策略研究概述:随着能源需求的不断增长,传统的电力系统面临着诸多挑战,如电网容量压力、能源供应不可靠等。
微电网作为一种新型的分布式能源系统,在解决这些问题方面具有巨大的潜力。
本文旨在探讨微电网的运行与控制策略,以提高电力系统的可靠性和效率。
一、微电网的定义和特点:微电网是由可再生能源、分布式电源、能量储存设备和负荷组成的分布式能源系统。
与传统的中央电网相比,微电网具有以下特点:1. 厂站级别:微电网可以由一到多个建筑、乡村、社区或工业园区组成,形成一个小型的封闭系统,具有自主的供电能力。
2. 可再生能源:微电网主要利用太阳能、风能等可再生能源进行发电,减少对传统能源的依赖,具备更低的碳排放。
3. 分布式能源系统:微电网中的电源和负荷分布广泛,能源来源分散,具有更高的鲁棒性和灵活性。
4. 能量储存设备:微电网通过能量储存设备,如电池、超级电容器,实现能量的平衡和峰值削减。
二、微电网的运行策略:微电网的运行策略主要包括能量管理和负荷管理两个方面。
1. 能量管理:能量管理是微电网中最核心的运行策略之一,其目标是保持微电网内能量的平衡和稳定。
以下是常用的能量管理策略:(1)功率优化控制:通过有效控制发电设备的功率输出和负载的电能消耗,使得微电网中的能量平衡。
(2)能量储存管理:根据微电网的能量需求和实时的能源价格,合理调度能量储存设备的充放电,以确保能量的高效利用。
(3)能量流控制:通过监测微电网中的能量流和负荷需求,实施能量的分配和调度,以保障微电网运行的稳定性。
2. 负荷管理:负荷管理旨在最大程度地提高微电网的能源利用效率和负载供电质量。
以下是常见的负荷管理策略:(1)智能负荷控制:通过智能化手段,对微电网中的负载进行实时监测和预测,并根据需求进行合理调度,以提高能源利用效率。
(2)负载平衡:在微电网中,不同负载之间的功率需求存在差异,通过合理地分配负载,可实现负荷平衡,减少能源浪费。
电力系统运行及调度自动化作业:问题:分析图1微电网的运行过程 2号18kw 1号25kw 8号170kw 7号50kw 6号15kw 5号28kw 4号41kw 3号15kw DC/AC20KWDC/AC20KW光伏(D )21KW 负荷1420KW 汇流柜逆118kw 逆218kw 37kw 光伏逆518kw 逆418kw 逆318kw 47kw 光伏逆610kw 2kw 光伏汇流柜汇流柜逆710kw 逆818kw 逆1112kw逆1012kw 逆918kw 69kw 光伏负11号28.2kw 负12号27kw 负号1333kw 负10号30kw 负9号20kw 逆12100kw 蓄电池100kw 10kv 交流母线380v 交流母线380v 交流母线220v 交流母线负荷pcc1静态开关图1:微电网结构图微电网从系统上来说,将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合,形成一个单一可控的单元,同时向用户供给电能和热能。
微电网中的电源多为微电源,亦即含有电力电子界面的小型机组(小于100Kw),包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池以及超级电容、飞轮、蓄电池等储能装置。
它们接在用户侧,具有低成本、低电压、低污染等特点。
是能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与大电网并网运行,也可以离网运行。
微电网(Micro-Grid ,MG )很好地解决了DG (DR 或DER )的缺点,而且在接人问题上.微电网的入网标准只针对微电网与大电网的公共连接点(PCC),而不针对各个具体的微电源。
微电网不仅解决了分布式电源的大规模接入问题,充分发挥了分布式电源的各项优势,还为用户带来了其他多方面的效益。
微电网的运行方式:微电网的运行分并网运行及离网运行状态。
微电网既可与大电网联网运行,也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。
微电网的并网运行:微电网并网运行时,其主要功能是实现经济优化调度、配电网联合调度、自动化电压无功控制、间歇性分布式发电预测、负荷预测、交换功率预测。
微电网运维调控操作方案与应用研究发布时间:2022-08-23T03:34:10.221Z 来源:《建筑创作》2022年1月1期作者:杨旭东、程柯惠[导读] 电网运行质量影响到群众的工作和生活,在新的时代背景下行业纷纷引进了微电网。
微电网比较适合杨旭东、程柯惠国网浙江省电力有限公司云和县供电公司浙江丽水 323600摘要:电网运行质量影响到群众的工作和生活,在新的时代背景下行业纷纷引进了微电网。
微电网比较适合问题类型灵活、复杂的运行模式,能够促进电网运行的健康发展,微电网运行的优势比较显著,它的内在特点也决定了,微电网运行必须要面临模式切换的操作比较频繁的现象,技术人员操作的准确性和熟练性,不仅影响了微电网运行的质量,也决定了微电网运行维护的水平。
从行业内反馈的情况来看,微电网跟以前的配电网在运行维护,在效果上明显不同,传统的运行方式已经被时代所淘汰,作为电网系统的技术人员,必须要根据时代的要求,在运维调控的方案上作出改变。
关键词:微电网运维;操作方案;研究分析引言:从现在微电网运维操作的整体情况来看,存在的缺陷还是比较明显的,作为专业的技术人员,必须要制定一套科学合理的运维调控操作方案,才能解决行业内的操作难题。
操作人员要明确关键设备投切、运行模式问题,明确整个操作流程,按照流程一步一步落实任务,才能让电网运维调控操作方案,得到实践的机会。
本文的主要行文目的,是分析当前微电网运维调控的方式,以及领域内的应用研究,以提升电网运行可靠性,让电力行业继续为民众服务。
一、微电网的关键组成要素微电网不是一概而论的,它的内部有很多组成要素,作为技术人员要充分了解其内部要素,才能更好地参与微电网运维的调控工作。
微电网的关键组成要素,包括以下几个方面:(一)线路开关和母线开关线路开关与母线开关,是支持微电网运行的重要设备,它也是分布式电源装置的关键设备,母线开关的作用就是控制微电网的运行,以及对网络结构进行调控。
基于PQ控制方法的微电网并网运行摘要:0引言随着环境问题和能源问题的日益突出,世界各国开始纷纷为寻求更加环保节能的新能源发电方式而努力。
近年来,具有环境污染少、能源利用率高及安装地点灵活等优点的分布式发电开始受到世界各国的关注,然而,随着分布式发电的迅速发展及其在大电网中的大量接入,其对大电网的影响也是显而易见的因此,急需另外一种发电方式来解决以上问题,随着新型技术的应用,特别是现代控制理论及电力电子技术的发展,本世纪初微电网的概念被提出。
微电网中的大多数微电源通过逆变器接入系统,因此对微电源的控制即为对其逆变器的控制。
无论是并网运行还是独立运行,都需要对微电网的各个逆变器进行有效地控制,以维持电压和频率在允许变化的围之,从而满足负荷对电能质量的要求。
PQ控制一般用于发电具有间歇性的微电源,如光伏发电、风力发电等,并用于并网发电,此时微电网的电压由大电网或其他微电源提供稳定支撑时,则此微电源逆变器控制的主要目标就是保证逆变器输出的有功电流和无功电流跟踪参考电流以及电流的频率和相位与微电网电压保持一致。
1 微电网的结构微电网将分布式电源、负荷、储能装置、控制装置等汇集而成一个小型发配电系统,是一个能够实现自我控制和管理的自治系统,图1-1给出了一种典型的微电网系统示意图。
图1-1典型的微电网系统图 1-1 中微电网通过公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)处的静态开关(Static Transfer Switch,STS)与配电网相连,整体呈辐射状结构,共有2条馈线 A、B。
重要或敏感负荷接在馈线A上,不重要的负荷接在馈线B上。
这样,当微电网与主网解列时,可以切去不重要的负荷,保证网重要负荷和发电平衡。
另外,微电网中还配置有潮流控制器和能量管理器等控制设备,帮助实现微电网有效的控制和管理。
当负荷发生变化时,潮流控制器可根据本地电压频率信息对潮流进行调节,控制分布式电源输出的功率;而能量管理器则可以综合地解决微电网在进行电压和潮流控制以及解列操作时出现的功率分配、稳定运行等一系列运行问题,保证微电网的功率平衡。
2 微电源的控制方法微电网存在两种典型的运行模式:正常情况下微电网与大电网并联运行,称为并网模式;当检测到电网故障或者电能质量不满足要求时,微电网将及时的与大电网断开而独立运行,称为孤岛模式。
并网运行时,由大电网提供参考电压和参考频率;独立运行时,则要求微电网至少有一个微电源能建立稳定的电压和频率,并且使之处于允许的围之。
微电网中的大多数微电源通过逆变器接入系统,因此对微电源的控制即为对其逆变器的控制。
无论是并网运行还是独立运行,都需要对微电网的各个逆变器进行有效地控制,以维持电压和频率在允许变化的围之,从而满足负荷对电能质量的要求。
尤其是微电网在独立运行模式下,由于微电源不再利用并联运行的常规大电网获得电压和频率参考,此时的控制将更加复杂。
微电源逆变器的控制方式有V/f 控制和PQ 控制两种,V/f 控制方法使微电源输出的电压和频率在允许变化的围之,而PQ 控制方法使微电源输出恒定的有功和无功功率。
2.1 PQ 控制通常P/Q 控制方式用于微电网并网运行状态,在该状态下,微电网负荷波动、频率和电压扰动由大电网承担,各DG 不参与电压和频率的调节,直接采用大电网提供电压和频率作为支撑。
采用电力电子逆变器的分布式电源的P/Q 控制方式主要有俩种。
方法一通过设定的微型电源原动机的有功参考值来进行有功功率调节,并通过直流电压控制器参与辅助调节,而无功按照参考值进行控制。
逆变器P/Q 控制方式一框图如图2-1所示。
图2-1P/Q 控制方式一框图*act i *react i在该P/Q 控制方式下,有功控制和无功控制对象不同。
有功控制通过分布式电源控制器与逆变器直流电压控制器共同完成。
首先给定原动机功率参考值P SetPoint ,之后在原动机自身功率调节器作用下按参考值进行有功功率输出,同时在逆变器直流侧的电压控制器 PI1 作用下,保障直流电压恒定,从而实现DG 有功功率输出。
无功功率控制主要通过逆变器进行。
首先对逆变器右侧的端口电流i 和电压u 信号进行测量及计算,得出无功输出Q 。
然后在调节器PI2的作用下,根据无功功率参考值Q ref 与实测的逆变器输出无功Q 之间的经过差值调节器来控制无功电流的幅值,从而实现恒定无功调节。
方法二是指通过直接控制逆变器实现P/Q 控制。
在该控制下,通过选择合理的同步旋转轴在Park 变换将逆变器输出电压abc 分量转化为dq0分量,此时q 轴电压分量为0,u eq =0,逆变器的输出功率用下式表示为由上式得电流环的dq 轴参考值为dq 轴电流实际测量值i gd 、i gq 与电流参考值i gd,ref 、i gq,ref 之间的差值通过PI 调节器作用后,可为逆变器电压输出参考值u id,ref1、u iq,ref1,经滤波后,由其控制逆变器dq 轴电压参考分量值u id,ref 和u iq,ref ,之后通过Park 反变换将其转化为abc 分量进而对逆变器进行控制。
图2-2 P/Q 控制方式二框图2.2微电源逆变器数学模型分析⎝⎛⨯-=⨯+⨯-=⨯=⨯+⨯=gq gd gd gq gq gd gd gd gq gq gd gd i u i u i u Q i u i u i u P refref ⎩⎨⎧-==gdref ref gq gd ref ref gd u Q i u P i //,,在介绍微电源逆变器的控制方法之前,首先要进行微电源逆变器数学模型的建立,本文选择介绍三相电压型桥式逆变器,并假设其直流侧为恒定直流源。
三相逆变器主电路拓扑结构如图2-3所示,直流侧电压V dc经过三相逆变器后转换为三相交流电,再经LC滤波器滤除高次谐波,得到工频正弦交流电,给负荷供电且剩余电能还可输出给微电网。
图2-3 三相逆变器主电路拓扑结构其中,L1、C1、R1为滤波电感、滤波电容、滤波电阻,因R1一般较小,在数学建模时可以忽略不计,Z2为负载参数,L3、R3为输出线路参数,u1a、u1b、u1c为逆变器的输出电压,u2a、u2b、u2c 为负载电压,i1a、i1b、i1c为滤波电感L1上的电流,i2a、i2b、i2c为滤波电容上的电流,i3a、i3b、i3c为负载电流和电网电流之和。
从上图中可以看出,逆变器直流侧电源电压用直流电代替。
该并网逆变器为电压型三相桥式逆变器,主要由DC/AC逆变电路和输出滤波电路两部分组成。
DC/AC逆变电路由3个半桥组成, 关管全部采用全控型器件,如GTO、IGBT、GTR等,D1-D6为续流二极管。
当对波形要求较高时,则一般采用PWM调制方法,以抑制高次谐波。
根据各开关管导通时间的长短,该电路可分为180°导电型和120°导电型。
在180°导电型中,每个开关管的驱动信号持续180°,同一相上下两个开关管交替导通,任何时刻都有3个开关管导通,在一个周期,6个关管触发导通的次序为T1-T6,依次相隔60°。
在120°导电型中,同一相上两臂的导通间隔为60°,各相依次相差120°。
在同样直流电压时,180°导电的逆变电压比120°的高,故180°导电时开关管的利用率较高,因此180°导电型较为常用。
因此本文采取180°导电型的PWM调制方法,使直流电能转换为交流电能,得到与微电网同频同相的正弦交流电并与微电网连接。
输出滤波电路部分是为了抑制由于开关管动作产生的高次谐波,使逆变器输出电流与微电网电压同频同相。
常见的滤波电路主要有三种:L 型、LC 型和LCL 型。
其中,L 型结构最为简单,并网控制也较为容易,但其高频滤波性能较差,如果要滤除高频谐波,则需要很高的 关频率,且滤波效果很大程度上会依赖控制器的性能;LCL 型滤波结构虽然对高频谐波具有很好的衰减特性,但其控制策略及滤波参数的设计会比较复杂,并且因为是一个三阶的结构,较为容易引起系统振荡。
LC 型滤波结构并网控制简单,对高频谐波有很好的抑制作用,且能够实现孤岛运行模式和并网运行模式的相互切换,因此,本文选择LC 型滤波结构。
根据图2-3可列出如下方程:滤波电感L 1的电压方程为滤波电容C 1上的电流方程为其中,i 1 ,i 3,,u 1 ,u 2分别为电流矢量和电压矢量,且⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=c b a i i i i 1111 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=c b a i i i i 3333 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=c b a u u u u 1111 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=c b a u u u u 2222这俩个公式是三相逆变器在三相静止坐标系(a,b,c)下的数学模型,此模型具有物理意义清晰、直观易懂等优点,但由于交流量全为时变量,因此不易于控制系统的设计,为了便于控制系统的设计,一般要将三相静止坐标系(a,b,c)下的数学模型转换成与微电网基波频率同步旋转的(d,q)坐标系下的数学模型。
2111u u dt di L -=3121i i dt du C -=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=c b a c b a c b a u u u u u u dt di dt di dt di L 2221111111⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=c b a c b a c b a i i i i i i dt du dt du dt du C 33311122213.微电源逆变器控制系统设计3.1 PQ计算在这个控制模块里,首先采集负载上的电压u2i与逆变器的输出电流i1i(i=a,b,c),然后按照下式计算逆变电源的输出功率(3-1)(3-2)各逆变电源实时测量电压和电流,计算所得的功率作为P-f、Q-U下垂特性控制模块的输入信号,为各逆变电源之间的功率合理分配提供了良好的依据。
3.2 PQ控制系统设计PQ控制方式适用于微电网与大电网并网运行的情况,此时,逆变器的输出电压由大电网决定,而只要通过调节逆变器的输出电流就能控制微电源的输出功率。
因此,只需要设计一个电流调节器来控制逆变器输出的有功电流和无功电流。
在三相静止坐标系(a,b,c)中,逆变器输出功率的表达式为(3-1)与(3-2),将其转化为两相旋转坐标系(d,q)中的功率表达式(3-3)(3-4)假设两相旋转坐标系(d,q)的d轴与负载电压矢量u2dq重合,则负载电压矢量的q轴分量u2q=0,此时,式(3-3)和式(3-4)简化为ccbbaaiuiuiuP121212++=[]cbabacacbiuuiuuiuuQ12212212231)()()(-+-+-=qqddiuiuP122+=qddqiuiuQ1212-=图3-1 PQ 控制系统中的解祸控制示意图(3-5)式(3-5)和式(3-6)中的u 2d 是恒定的,因此,通过控制i 1d 和i 1q 就能调节逆变器有功功率和无功功率的输出,即PQ 控制策略只需要设计输出电流的单闭环反馈就能实现。