下载文档原格式
微电网孤岛运行模式下的协调控制策略一、概述随着分布式发电技术的不断发展，微电网作为一种新型电力系统结构，以其灵活的运行方式和较高的能源利用效率，逐渐成为解决能源问题的有效途径。
微电网孤岛运行模式是指在主电网故障或需要独立运行时，微电网能够脱离主电网并维持自身稳定运行的状态。
孤岛运行模式下的微电网面临着电源输出功率波动、负荷需求变化以及多源协调控制等诸多挑战。
研究微电网孤岛运行模式下的协调控制策略具有重要的理论价值和实践意义。
在孤岛运行模式下，微电网需要依靠内部的分布式电源和储能系统来满足负荷需求，并实现功率平衡。
分布式电源如风力发电、光伏发电等具有间歇性和随机性，导致输出功率不稳定；负荷需求也会随着时间和场景的变化而波动。
这些不确定性因素给微电网的稳定运行带来了极大的挑战。
为了应对这些挑战，需要设计一种有效的协调控制策略，以实现微电网孤岛运行模式下的稳定运行和优化管理。
该策略需要综合考虑分布式电源的出力特性、储能系统的充放电策略以及负荷需求的变化规律，通过合理的控制算法和优化方法，实现微电网内部的功率平衡、电压稳定和频率稳定，同时提高能源利用效率和经济性。
本文将围绕微电网孤岛运行模式下的协调控制策略展开研究，首先分析微电网的基本结构和孤岛运行的特点，然后探讨协调控制策略的设计原则和关键技术，最后通过仿真实验验证策略的有效性和优越性。
1. 微电网的基本概念与特点作为现代电力系统的一个重要组成部分，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等构成的小型发配电系统。
它既可以与外部电网并网运行，也可以在孤岛模式下独立运行，实现自我控制、自我保护和能量管理，形成一个高度自治的电力网络。
微电网具备几个显著的特点。
它具备微型化的特征，电压等级低，系统规模小，通常服务于特定区域或用户群体。
这种小规模的发配电系统使得微电网更加灵活和易于部署。
微电网的电源多样，以可再生能源为主，如太阳能、风能等分布式电源，同时也可包括传统的小型发电机组和储能装置。
并网运行模式下，微电网系统对微源的可靠性要求不高;孤岛运行模式下，则需要依靠可靠的DG和储能系统来保证微电网平稳运行。
为此，本文以风光储多种微源低压微电网作为研究对象，采用基于主从控制的源荷平衡控制策略，确保在孤岛运行模式下微电网功率保持平衡、电压和频率保持稳定。
通过MATLAB建立微电网模型，仿真结果验证了低压微电网在孤岛运行模式下，采用该控制策略的可行性和有效性。
01.低压微电网的系统组成本文的研究对象是风光储低压微电网系统，该系统如图1所示。
图1低压微电网系统图微电网系统由风机、光伏电源、储能电池、变流器、负荷、配电网控制系统等组成。
发电侧包含风机、光伏电源、储能电池等，通过变流器将微源的输出转换为满足并网条件的电能;用电侧根据负荷优先级的不同，分为重要负荷与可控负荷。
为了能与配电网友好融合，微电网包含三个层级的控制系统，即配网级的能量管理系统(EMS)、微电网级的微电网中央控制器(MicroGridCentralController，MGCC)单元级的微源和负荷的就地控制器，三者互为联系协调配合，保障微电网稳定运行。
微源控制器包含在逆变器中，将微源的运行状况实时地送往MGCC;负荷控制器为低压测控装置，一方面可将负荷用电情况送往MGCC，另一方面可根据MGCC的指令投切负荷;MGCC根据单元级控制系统上送的电气信息对微电网进行统一协调控制，同时接收EMS下发的调控指令。
另一方面，微电网的运行与各微源特性、负荷特性密切相关，为了平抑DG的出力波动以及负荷的需求波动，对储能系统进行有效的能量管理至关重要。
同时，微电网的孤岛运行亟需解决电压和频率的管理、微源和负荷的平衡等问题，因此，需要可靠的储能系统充放电策略和源荷协调控制策略保证微电网的平稳运行。
02.孤岛模式下低压微电网的控制策略2.1微源控制策略光伏、风机、储能电池等DG经过电能变换装置接入微电网，其基本控制方法包括V/f(恒压/恒频)控制、PQ(恒功率)控制和Droop(下垂)控制等[9]。
摘要摘要微网系统是由各种微源、负荷、储能系统和控制装置等组成的小型电网,是一组能够实现自我管理、保护和控制的自治系统。
微网既可以独立运行，也可以并网运行，一定程度促进了分布式电源与可再生能源的大规模投入，是实现主动式配电网的一种有效方式。
微网具有供电灵活、供电质量高和安全可靠等诸多优点，但微网在运行过程中，如果控制策略采取不当，将会引起系统损耗增加、系统稳定性变差等问题。
本文在对比分析现有最大功率点追踪、孤岛运行、并网运行等控制策略的基础上，提出了微网孤岛/并网运行优化方案，具体研究内容包括以下几个方面：首先，构建了风机、蓄电池和光伏电池等微源的数学模型，并进行了模型搭建和仿真，结合逆变器拓扑结构，分析了分布式电源的传统控制方法；其次，在常用MPPT 算法的基础上，针对光伏输出最大功率在多峰值情况下会陷入局部最优的问题，采用了灰狼算法进行最大功率点跟踪的策略，并结合系统特点对算法进行了优化，进一步提高了最大功率点的搜索精度和收敛速度；接下来，针对下垂控制策略不适用低压微网孤岛运行的缺点,提出了基于虚拟阻抗的改进下垂控制策略，有效地实现了有功功率和无功功率的耦合，改善了系统的稳定性，仿真结果验证了所提方法的有效性；最后，针对采用传统PI进行并网控制时存在的坐标变换复杂、抗干扰能力弱的弊端，提出了改进PR的控制策略，优化了计算过程。
仿真结果表明，优化后的控制策略有效减少了并网谐波电流的产生，提高了系统的稳定性。
关键词：微网优化下垂控制灰狼算法改进PR控制AbstractMicrogrid system is a small power grid composed of various micro-sources,loads, energy storage systems and control devices.It is an autonomous system capable of self-management,protection and control.The micro grid can be operated independently or connected to the grid,which promotes the large-scale investment of distributed power supply and renewable energy to a certain extent,and is an effective way to realize the active distribution network.Microgrid has many advantages such as flexible power supply, high power supply quality,safety and reliability,etc.However,if the control strategy is not adopted properly during the operation of microgrid,the system loss will increase and the system stability will vary.Based on the comparative analysis of the existing control strategies such as maximum power point tracking,island operation and grid-connected operation,this paper proposes the optimization scheme of microgrid island/grid-connected operation.The specific research contents include the following aspects:Firstly,the mathematical models of microsources such as fans,accumulators and photovoltaic cells are constructed,and the model construction and simulation are carried out.The traditional control methods of distributed power supply are analyzed based on the inverter topology.Secondly,on the basis of the common MPPT algorithm,aiming at the problem that the maximum power of photovoltaic output will fall into the local optimization under the condition of multiple peaks,the gray Wolf algorithm is adopted for the maximum power point tracking strategy,and the algorithm is optimized according to the characteristics of the system,which further improves the search accuracy and convergence speed of the maximum power point.Next,aiming at the disadvantage that the droop control strategy is not suitable for low-voltage microgrid island operation,an improved droop control strategy based on virtual impedance is proposed,which effectively realizes the coupling of active power and reactive power and improves the stability of the system.Simulation results verify the effectiveness of the proposed method.Finally,aiming at the disadvantages of complex coordinate transformation and weak anti-interference ability in grid-connected control with traditional PI,an improved control strategy for PR is proposed and the calculation process is optimized.Simulation results show that the optimized control strategy can effectively reduce the generation of grid-connected harmonic current and improve the stability of the system.Key words:Microgrid Optimization Droop control Grey wolf algorithm Improved PR control目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1国外研究现状 (2)1.2.2国内研究现状 (3)1.3微网的分类 (4)1.3.1交流微网 (4)1.3.2直流微网 (5)1.3.3交直流微网 (6)1.4论文研究的主要内容 (7)第2章风光储微源模型的建立及仿真 (9)2.1风机模型的建立及仿真 (9)2.1.1风机模型的建立 (9)2.1.2风机模型的仿真 (12)2.2蓄电池模型的建立及仿真 (13)2.2.1蓄电池模型的建立 (13)2.2.2蓄电池模型的仿真 (15)2.3光伏电池模型的建立及仿真 (16)2.3.1光伏电池模型的建立 (16)2.3.2光伏电池模型的仿真 (18)2.4本章小结 (19)第3章微网逆变器的数学模型及控制方法 (20)3.1微网逆变器的数学建模及其拓扑结构 (20)3.1.1微网逆变器的数学建模 (20)3.1.2微网逆变器的拓扑结构 (20)3.2微网分布式电源传统控制方法 (21)3.2.1恒功率控制策略 (22)3.2.2恒压恒频控制策略 (23)3.2.3传统下垂控制策略 (24)3.3本章小结 (26)第4章基于改进灰狼算法的光伏系统最大功率点跟踪 (27)4.1常用最大功率点跟踪算法 (27)4.1.1恒定电压法 (27)4.1.2扰动观测法 (28)4.1.3电导增量法 (29)4.1.4常用MPPT算法的局限性 (30)4.2最大功率点跟踪算法的优化 (31)4.2.1灰狼算法 (31)4.2.2改进灰狼算法 (33)4.3改进灰狼算法仿真结果分析 (35)4.3.1模型的搭建 (35)4.3.2仿真结果分析 (35)4.4本章小结 (37)第5章基于改进下垂控制的微网孤岛运行控制策略研究 (38)5.1微网逆变器输出功率特性 (38)5.2基于虚拟阻抗改进下垂控制策略的研究 (39)5.2.1下垂控制策略原理 (39)5.2.2改进下垂控制策略的研究 (40)5.3.3基于虚拟阻抗的改进下垂控制策略 (42)5.3逆变器电压电流双闭环设计 (42)5.4微网离网仿真结果分析 (44)5.4.1模型的搭建 (44)5.4.2仿真结果分析 (47)5.5本章小结 (50)第6章基于改进PR控制的微网并网运行控制策略研究 (51)6.1PI控制策略 (51)6.2PR控制策略研究 (53)6.3改进PR控制策略 (54)6.4微网并网仿真结果分析 (56)6.4.1模型的搭建 (56)6.4.2仿真结果分析 (57)6.5本章小结 (59)第7章结论与展望 (60)7.1结论 (60)7.2展望 (60)致谢 (61)参考文献 (62)作者简介 (66)攻读硕士学位期间研究成果 (67)第1章绪论1.1课题研究背景及意义随着人们生活水平的提高，经济飞速的发展，全世界共同面对两大问题是能源和环境问题。
第1章前言第1章前言1.1选题的背景及研究的目的和意义由于煤、石油和天然气等一次能源的日益枯竭，以及人们对能源的依赖程度日益增大，能源问题越来越制约着我国电力系统的发展。
而燃煤为主的火力发电造成大气环境污染、化石燃料大量排放造成的温室效应导致气候变暖等问题已经成为了全球性的难题。
因此如何保证电力能够安全与稳定的供应成为了亟待解决的问题。
电力生产在最初阶段的方式是集中发电、远距离输电、大电网之间相互联系，其过程存在三个特点：即电力生产的整体性、同时性与随机性。
整体性与同时性即发电、输电和供配电的过程是不可分割的并且同时进行的，其中任何一个环节出现问题，电力生产都将难以完成。
而电力生产的随机性则指负荷、设备异常情况以及电能质量等都在随时变化着，因此在电力生产中需要做到实时调度与安全监控，能够跟踪随机事件的动态情况，以确保电网的安全运行。
但是电力建设成本高，运行难度比较大，已经越来越难以满足当今社会对电力的可靠性和安全性的需求。
近几年来，我国多个地区出现罕见的用电高峰，期间的多次事故给国家和人民造成了重大的经济损失。
美欧地区也有很多国家发生过多次大面积停电事故，致使大电网的脆弱性日益暴漏出来。
现如今，一次能源日益枯竭，环境污染问题也日益严重，传统大电网的脆弱性日益暴漏，致使全球化电力市场改革进程加快，在此背景下有学者提出了分布式发电系统这个概念。
分布式发电被认为是减少环境污染、提高能源的利用效率、增强电能供应的可靠性以及可以满足社会发展对电力日益增长的需求等的一种有效的解决途径。
分布式电源经常分散布置在用户的周围，其发出功率为数千瓦到百兆瓦不等。
相比于传统的集中式供电，分布式电源的安装位置比较灵活，并且比较分散，能更好的利用当地的资源分布，更能适应电力的需求；并且分布式电网与大电网之间又可以相互备用，有效地提高了电能的利用率，供电可靠性明显增强；输电和变电的过程中又可以减轻故障对其造成的影响，可以有效的提高电能质量；能够避免各地区电网之间由于电压和频率波动而相互造成的影响，从而可以防止由于局部电力故障而造成电网大面积的停-1 -电事故，等等。
微电网计划性孤岛并网转离网案例近年来，随着能源需求的不断增加和能源性质的多样化，传统的中央化供电模式已经无法满足人们对能源的需求。
因此，微电网作为一种新的能源供应模式逐渐受到人们的关注和重视。
微电网是指由多个能源组成的小规模供电系统，可以独立运行或与主电网互联运行。
微电网具有灵活性强、可靠性高、能源利用率高等优势，已经被广泛应用于校区、工业园区、新能源示范项目等领域。
近年来，中国在微电网领域取得了一系列成果，例如中国科学院和华北电力大学合作建设的小企业独立微电网项目。
该项目位于青海省小镇，面积约5万平方米，总装机容量约为500千瓦，主要由太阳能光伏系统和风力发电系统组成。
该微电网具有计划性孤岛并网转离网能力，可以实现与主电网的互联运行，同时也可以在主电网停电或故障情况下独立供电。
在该项目中，微电网通过智能控制系统实时监测电网状态，并根据电池储能系统的电量和电网负载情况，决定是否切换至孤岛运行模式。
当主电网供电正常时，微电网与主电网进行并网运行，可以实现能源的双向流动。
当主电网停电或出现故障时，微电网会自动切换至孤岛运行模式，利用太阳能和风能进行供电，以维持电网的运行。
该项目在微电网与主电网的切换过程中，采用了分布式电源与蓄电池储能系统的协同运行策略。
分布式电源包括太阳能光伏系统和风力发电系统，可以优先满足电网的负荷需求。
同时，蓄电池储能系统可以储存多余的电能，以备不时之需。
在主电网停电或故障情况下，蓄电池储能系统可以通过智能控制系统将储存的电能输出，以满足电网的负荷需求。
该项目不仅实现了微电网的计划性孤岛并网转离网，还利用智能控制系统实现了对电网运行状态的实时监测和运行参数的调整。
智能控制系统可以根据电网的负荷需求和可利用能源的条件，决定微电网与主电网的切换时机和方式，以实现电网的持续供电。
该项目的成功实施在微电网领域树立了典范，展示了微电网的可行性和可靠性。
通过计划性孤岛并网转离网能力的实现，该项目为中国其他地区的微电网规划和建设提供了有益的借鉴和参考。
多能互补微电网中的虚拟同步发电机控制研究一、概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源的开发和利用受到了广泛关注。
微电网作为一种将分布式电源、储能装置、负荷和控制系统等集成在一起的局部电网，具有灵活、可靠、环保等优点，是实现可再生能源高效利用和节能减排的重要手段。
在微电网中，虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator，VSG）技术以其独特的优势，成为研究的热点。
虚拟同步发电机技术是通过电力电子转换装置模拟同步发电机的外特性，使分布式电源具有同步发电机的惯性、阻尼和调频调压等特性，从而提高微电网的稳定性和电能质量。
该技术不仅可以实现对分布式电源的友好并网，还可以提高微电网的供电可靠性和经济性。
多能互补微电网是指将多种类型的分布式电源（如风电、光伏、储能等）和负荷进行有机结合，通过合理的控制策略实现各类电源的互补运行，以提高微电网的整体性能。
在这种背景下，研究虚拟同步发电机在多能互补微电网中的应用，对于提高微电网的稳定性、经济性和环保性具有重要意义。
本文旨在研究多能互补微电网中的虚拟同步发电机控制技术。
将对虚拟同步发电机的原理和特点进行详细分析将探讨虚拟同步发电机在多能互补微电网中的控制策略通过仿真和实验验证所提控制策略的有效性和优越性。
本文的研究将为虚拟同步发电机在多能互补微电网中的实际应用提供理论支持和技术指导。
1. 多能互补微电网的概念与特点多能互补微电网（Multienergy Complementary Microgrid）是一种新型的电力系统结构，它将多种能源形式（如太阳能、风能、天然气等）和储能装置（如电池、飞轮等）有机地结合在一起，以实现能源的高效利用和供电的可靠性。
多种能源互补：微电网内集成了多种不同类型的能源，包括可再生能源（如太阳能光伏、风力发电）和非可再生能源（如天然气发电）。
这些能源可以相互补充，提高能源利用效率，减少对单一能源的依赖。
基于双向信息的微电网二次保护系统研究作者：刘喆李乃飚来源：《科协论坛·下半月》2013年第12期摘要：在分布式电源的接入和并网、孤岛两种运行模式切换下的微电网传输网络中，传统的过流保护不足以完成正确的保护动作。
为解决微电网中继电保护问题，设计一种微电网保护系统接入配电网自动化系统的方案，提出一种基于双信息的二次保护系统，利用故障方向信息的微电网系统保护配置，分别从微电网外部、内部和母线故障几个方面说明此保护方式下的动作方式。
关键词：微电网配网自动化继电保护中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-029-02微电网将发电机、负荷、控制与储能装置和含有电力电子设备的小型电源相结合，既可以与配电网互联运行，也能在配电网出现故障时与其解列，并且独立运行。
由于为电源接入配电网络导致传统的单电源配电网络变成多电源网络，因此在并网运行下，微电网的潮流流向是双向的；而当微电网独立运行时，在逆变器的作用下，短路电流将会有一定的变化，影响原有的保护装置运行。
因此微电网在与配电网裂解和并网过程中，如何能够快速判断电网故障类型，并保证保护的选择性、快速性、灵敏性和可靠性，是微电网二次保护系统所面临的难题。
本文结合国内外工程师经验，提出微电网总体框架，并结合光纤通信和基于方向信息的微电网保护系统，讨论了微电网的二次通信和保护系统，对微电网的保护动作机理进行了分析，具有一定的工程使用价值。
1 微电网系统结构相对于传统的配电网络，微电网结构更灵活，其运行方式有并网模式和孤岛模式。
当微电网系统检侧到配电网运行正常时，微电网与配电网进行并网运行；当微电网检侧到配电网故障时，为微电网将迅速与从配网系统中断开而进行孤岛运行，通过本身配备的分布式电源以维持本地孤网络电压和频率的稳定，保证对用户的可靠供电，微电网总体结构如图1所示。
配网线路通过负荷开关Zln1与刀闸PCC给微电网进行供电。
