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一种适用于微电网的微电源控制策略研究

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2011 年第 2 期
再次增大 , 输出的有功功率增加, 同时输出频率逐渐 下降 , 最后再次稳定在 50 H z 处. 从仿真结果中可以 看出采用这种控制方法的微电源能够独立运行及并 网运行, 并且能够控制功率输出, 能够满足微电网孤 岛及独立运行.
[ 4] [ 5] [ 6]
图 4 功 率控制器结构图
m 转化为 f , 再加上母线频率作为 SPWM 调制波 的频率 f 0 . E 与 f 0 合成 SP WM 调制波作为控制信 号.
在其中有功功率与无功功率的下垂系数 : m= f U ,n= P m ax - P m in Q max - Qm in
4 仿真结果及其分析
1 微电网中微电源的控制策略
文献 [ 2] 中介绍了各国典型的微电网结构与控 制方法. 从微电网的整体控制思想来看 , 可以分为主 - 从控制与对等控制两类 . 其中主 - 从控制采用了 一个控制中心通过通信手段对微电源进行整体协调 控制, 主- 从站控制[ 3] 方法就是其中的一种. 这种控 制方法能够实现微电源的协调运行 , 并能够采用各 种优化算法[ 4] 如粒子群算法[ 5] 等使微电网运行在经 济、 环保、 损耗最小的状态下. 但是这种方法对通信 实时性有很高要求, 因此在微电网规模较大时 , 不能 采用以太网的 T CP/ IP 协议作为通信手段 , 需要 专门的通信线路 , 加大系统成本的同时降低了系统 的可靠性 .
[ 1]
而基于无线并联的对等控制不需要控制中心与 通信线路, 依靠微电源自身的调节来使系统稳定运 行 . 并且能够实现微电源的即插即用功能 , 控制方法 简单, 系统可靠性高 . 目前 , 学者们提出的无线并联 的控制方法有三种 , 分别是 PQ 控制[ 7] 、 下垂控制[ 8] 以及倒下垂控制[ 9] . 采用 PQ 控制的微电源的输出 功率为给定值, 不受电压、 频率的影响. 下垂控制是 由其输出功率的大小来控制其输出电压与频率, 倒 下垂控制则是由公共节点处的电压与频率来控制其 输出功率的大小. 这两种控制方法都有类似同步发 电机并网的下垂特性. 本文欲在下垂特性的基础上增加有功功率给定 值 , 使微电源能够按照功率给定值的大小进行输出, 这样的微电源能够满足有通信手段的微电网控制策 略 . 在采用无通信手段的控制策略时 , 能够根据预先 的设定值进行输出 , 满足系统需求.
3 功率控制器的设计
依据式 ( 2) 设计功率控制器如图 4 所示.
第 26 卷第 2 期
刘
辉等
一种适用 于微电网的微电源控制策略研究
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Q 经过下垂系数 n 之后形成 U , 加上 E 0 作为 SP WM 调制波的幅值 E . P ref 为给定有功功率值 . P re f 与功率反馈信号 P 形成误差信号后经过下垂系数
0~ 0. 1 s 之间, 逆变器输出电压不断增大 , 起始 输出频率高于工频 , 随后输出频率开始降低, 功角逐 渐增大 , 输出的有功功率增大 . 大约在 0. 04 s 处逆 变器输出频率稳定在 50 H z 处 , 此时有功功率也达 到设定值要求. 0. 2 s 时, 微电源并网 , 功率给定值突 然变为 8 kW, 逆变器输出频率突然升高 , 输出功角
其等效阻抗在 50 H z 处呈感性, 但是其幅值很 小 , 因此功率传输阻抗特性应主要取决于传输线缆 的阻抗 . 高压系统下 , 忽略阻抗中的阻性成分 , 功率 传输表达式如下: U1U2 U 1 ( U1 - U2 ) P= ,Q= . X X
电压源逆变器的控制器设计方法可以采用电压 电流双环设计, 从反馈结构来看有电容电压、 电流反 馈与电容电压、 电感电 流反馈两种 . 而采用电 容电 压、 电流反馈的逆变器的输出阻抗受电容中电阻参 数影响较大 , 因此这里采用电容电压、 电 感电流 的反馈方式. 其原理框图见图 2.
[ 6]
2 微电源的功率传输特性
对于一个电压源型逆变器, 其并网后的等效模 型见图 1.
图1
电压源逆变器并网等效模型
[ 收稿日期 ] 2010- 10- 15 [ 作者简介 ] 刘 辉 ( 1962- ) , 男 , 湖北武汉人 , 湖北工业大学教授 , 研究方向为电气技术 , 自动控 制
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[ 10]
( 2)
此时功率传输与同步发电机的功率传输特性相同, 即有功功率与频率呈下垂特性, 无功功率与电压幅 值呈下垂特性. 而在低压环境中, 忽略阻抗中的感性成分, 功率 传输表达式如下: P= U1( U1 - U2) U1 U2 ,Q= . X X
图2
采用双环控制逆变器结构框图
此时功率特性与高压系统中的特性相反 , 有功功率 与电压幅值呈下垂特性 , 无功功率与频率呈下垂特 性 . 但是由于大电网中有功功率与频率呈下垂特性, 无功功率与电压幅值呈下垂特性. 所以采用这种控 制方法的逆变电源不能联网运行 . 而由式 ( 1) 可以看 出 , 逆变器的等效输出阻抗也与双环控制器的参数 有关, 设计时应在保证稳定的前提下降低电压控制 器的比例参数, 提高积分参数, 使输出阻抗呈感性.
其中虚线所围部分为开环部分 , 这里 SPWM 环 节可以等效为一个比例环节[ 11] . I d 为输出电流 . 电 压给定信号 v * 与电压反馈信号叠加后送入比例积 分调节器 , 变为电流信号 . 由于逆变器输出电流分为 两部分, 一部分通过滤波电容 , 另一部分为负载及并 网电流, 因此要加入一个补偿环节 , 合成的电流信号 I 1 与电流反馈信号叠加形成电流指令信号 I * , 经 过电流调节器 K 后形成电压指令信号作为 SP WM 输入 . 系统参数如: 载波频率 f z ( H z) , 6000; 调制波 频率 ft ( H z) , 50; 滤 波 电 容 ( F ) , 100; 滤 波 电 感 ( mH ) , 3; 等效 直流 电压 ( V) , 360; 电 压衰 减倍 数 K1 , 1/ 370; 电流衰减倍数 K 2 , 0. 006; 电压环比例参 数 K P , 1; 电压环积分 参数 K I , 3140; 电流环 比例参
( 1)
U 1 [ R( U1 - U2 ) + U 2 R ] , 2 2 R + X U 1 [ X ( U1 - U2 ) - U 2 R ] Q= 2 2 R + X 在高压系统中, 电缆的感性成分远大于阻性成分, 低 压系统则相反, 表 1 列出了高、 低压系统下典型电缆 的参数.
表 1 高、 中、 低压环境下典型电缆参数 R/ 低压输电网 ( L J 16) 中压输电网 ( L GJ 95) 高压输电网 ( L GJ 400) km - 1 X/ 2. 25 0. 330 0. 04 km - 1 0. 077 0. 334 0. 303 R/ X 29. 2 0. 988 0. 132 图3 Z( s) 的 频域相应曲线
面对资源、 负荷分布不均匀的情况 , 我国在美国 之后提出 坚强型智能电网 的建设计划 . 其中 , 可再 生能源的大规模接入与高级配电系统的建设将是实 现电网 坚强 的重要组成部分 . 通过微电网技术, 能 够有效地解决可再生能源的控制问题, 并能够依靠 其灵活的运行方式 , 提高系统整体的运行效率及可 靠性 . 但是微电网中含有各种不同类型的微电源 , 如微型燃气轮机、 风力发电、 太阳能发电等, 而有些 微电源特别是基于可再生能源 的微电源具有 间歇 性、 输出受到外界条件影响较大的特点 , 且有些微电 源并不是以供电为主要目的 ( 如热电冷联产 ) , 难以 进行协调控制.
cr o Gr ids Islanded Operatio n[ J] . IEEE T r ansactio ns on Pow er Sy stems, 21( 2) : 616- 924 张雪雯 , 李艳军 . 基 于自调节粒子群算法的电力系统 经 济负荷分配 [ J] . 电网技术 , 2006, 30( 18) : 8- 13. 周华锋 , 涂卫平 . 孤 岛运行方式下微电网有功功率优 化 策略研究 [ J] . 广东电力 , 2010, 23( 7) : 26- 30. T oshiy uki Ito . Application of mobile agent techno lo gy to pow er g eneratio n contro l in micr o gr id pow er system [ R] . W uH an: A PP EEC 2009. [ 7] Pecas L o pes J , M or eira C L , Resende F O. M icro gr ids black start and islanded o per atio n[ R ] . Belgium: 15th Pow er Systems Co mputation Conference, L i ge, 2005. [8] Eng ler A , Soultanis N . Dr oop co ntr ol in LV G rids [ R] . [ S. l. ] : Internatio nal Co nfer ence on F utur e Pow er Systems, 2005. [ 9] Kat iraei F , Ir avani M R. Pow er management strate g ies for a micro gr id w ith multiple dist ributed genera t ion unit s [ J] . I EEE T ransactions o n Po wer Sy st ems, 2006, 21( 4) : 1 822- 1 831. [ 10] 鞠洪新 . 分布式微 电网电力系 统中多 逆变电 源的并 网 控制研究 [ D] . 合 肥 : 合 肥工 业 大学 电 气与 自 动 化 学

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微电网运行控制策略研究 刘伟

微电网运行控制策略研究 刘伟

微电网运行控制策略研究刘伟摘要：随着我国经济的不断发展，社会在不断的进步，在微电网系统分层控制结构中，微电网中心控制器（MGCC）是保证微电网稳定运行的重要设备。

研究MGCC对推动微电网发展具有重要意义。

通过MGCC实现对微电网的有效管理和控制，重点在于控制策略和能量管理控制装置。

在微电网系统硬件结构上，将控制功能分散到分布式电源、负荷、储能单元各个微电网元件，并由MGCC负责集中控制和调度。

同时，提出了一种MGCC控制策略，以实现微电网稳定运行及效益的最大化，并保障微电网并/离网状态的无缝切换。

针对深圳职业技术学院交直流混合微电网工程，在并网运行、离网运行以及并/离网运行切换三种运行模式、多种运行工况下，对该控制策略进行了在线测试。

测试结果证明了MGCC控制策略对微电网系统的有效性与可行性。

该控制策略能对微电网中的分布式电源、储能装置、本地负荷等进行有效的协调控制，实现系统稳定、安全、经济运行。

关键词：微电网；远程监控；并/离网启动；控制策略；分布式电源；储能装置引言一般来说，微电网是由一系列分布式电源组成的小型低压自治型电网，微电网中的分布式电源主要包括包含了蓄电池和小型燃气轮机等形式的微电源等。

提高电网运行的经济性和可靠性是当前的首要任务之一，因此微电网的优化控制策略的研究显得尤为重要。

就目前的研究现状而言，微电网有集中控制、主从控制、下垂控制三种基本的控制方法。

在保证满足系统基本运行的前提下，微电网的优化控制在微电网基本运行控制的基础上开始关注优化系统运行性能的提升。

本文研究的是侧重于微电网的优化控制的整体性的系统层面的优化控制。

1微电网控制系统架构在微电网控制系统中，各个分布式电源（distributedgeneration，DG）的可控程度、动态响应都有较大区别。

因此，将微电网的控制系统分为上层管理层、中间管理层、下层执行层进行协调控制。

微电网控制系统架构如图1所示。

采用Modbus-TCP工业以太网协议将就地控制器与MGCC连接，MGCC与上层管理信息网络连接，实现数据交换，便于监控和调度。

智能电网中微电网能量管理策略研究

智能电网中微电网能量管理策略研究

智能电网中微电网能量管理策略研究智能电网是指通过先进的信息通信技术、自动化技术和控制技术，实现电力系统的智能化、高效化、可持续发展的一种电力系统。

微电网（Microgrid）是智能电网中的一个重要组成部分，它是由分布式电源、电能存储装置和用户负荷组成的一种小型电力系统，具有一定的自主运行能力。

在智能电网中，微电网能量管理策略是保证微电网稳定运行的关键技术之一。

微电网能量管理策略是指对微电网中分布式电源、电能存储装置和用户负荷进行合理调度和控制，以实现微电网的能量供需平衡、经济运行和优化配置资源。

下面，本文将从能量管理的需求、策略分类和优化算法三个方面进行论述。

首先，能量管理策略存在的需求是由于微电网具有离网运行能力和能量多样性。

当微电网离网运行时，其对能量的需求主要依靠自身的分布式电源和电能存储装置来满足。

而当微电网与传统电网相连时，则可以通过双向能量交换实现能量的互补。

因此，能量管理策略需要根据电力系统的运行模式和需求特点，合理调度和控制微电网中的能量流动，以保证微电网能够灵活运行、满足供需平衡以及提高能源利用效率。

其次，根据能量管理的目标和策略，可以将能量管理策略分为基于能量流量的和基于能量价格的两类。

基于能量流量的策略主要关注微电网中能量的供需平衡，通过监测微电网中的能量输入和输出，实时调整分布式电源和电能存储装置的运行状态和输出功率，以保证电力系统的稳定运行。

而基于能量价格的策略则主要针对运营商和用户之间的电能交易，通过电能价格的设定和需求响应的机制，调整用户负荷和分布式电源的运行状态，以实现电能的经济运行和资源的优化配置。

最后，为了优化微电网能量管理策略的效果，机器学习和人工智能算法应用于能量管理中是一种有效的方式。

例如，深度强化学习算法可以通过自动学习和优化微电网能量管理策略，提高能源利用效率和降低运行成本。

此外，基于智能优化算法如粒子群算法、遗传算法等的微电网能量管理策略优化也得到了广泛研究和应用。

微电网控制策略研究

微电网控制策略研究


和渗透深度， 负荷特性及电能质量约束条件等 ， 微网控制欲运行策略与传统电 力系统有显著的不同， 主要原因如下： １ ） 微源稳 态 与动态 特性 ， 尤其 是 电力 电子耦 合单 元 ， 与传统 大 电网的 发 电 单 元有 所不 同 。 ２ ） 由于单相负荷和单相微源的出现， 微网存在单相不平衡的影响－ ３ ） 微网供电存在“ 不可控” 电源， 如风电单元， 太阳能光伏单元等， ４ ） 短期和 长 期的储 能 单元在 微 网控制 中起 到 了非常 重要 的作用 。 ５ ） 经济 性往往 对微 网有 一定的 限制 ， 要 求必须 随时适 应微源和 负荷的接 入 和 断开 ， 并保 证 微网 的稳 定运行 。 由于上 述原 因的存 在 ， 必须对 微 网的控制 进行 重新研究 。 提 出新 的微 网控 制策 略 。
２ ． ２ ． 微 网控 制的相 关设 备 微网对 外 界作 为一 个模 块式 的整体 ， 对 内部可 以提供 符 合用 户需 求的 电 力， 实 现这 些功 能必 须 依赖 于 微网 内部 良好 的管 理和 控 制 ， 主要 包括 Ｄ （ 避 制 器， 能量 管理 器 ， 潮 流控 制器 ， 继 电保 护协 调器 ， 可 控 负荷管 理器 等 。 Ｄ（ 璇 制器主功 髓包括基 本的 有功无功 控 制、 电压无 功调节 、 孤立 模式 下负 荷分 配与频率 调节 。 它可 以对负荷 的变化在 几毫秒 内做 出反应 ， 调节逆 变器 ， 实 现外 部功率 控 制 。
能量管理系统是每个微网不可或缺的一部分 ， 其职责是优化微电源的运 行。 与微网的保护系统和微 电源控制系统相比， 能量管理系统从整个微网的角 度来 调度 各种 装置 ， 因此对 于发 电和 需求 的控制 是最 为有 效 的。 ３ ． 徽漂 控制 方法 对 于微 网 内不同 的Ｄ Ｇ单元采 用不 同的控 制策 略 ， 即对 能输 出稳定 电能 的 电源 采用Ｖ／ 啦 制策 略 ， 对 受外 部条 件影 响较 大的 电源采 用Ｐ Ｑ 控制， 优化 了微
微电网混合储能系统控制策略研究及其应用

微电网混合储能系统控制策略研究及其应用

微电网混合储能系统控制策略研究及其应用摘要：微电网是一种新型的电力系统，能够有效地利用分布式可再生能源，提高电能质量和供电可靠性。

混合储能系统是微电网中的重要组成部分，能够平衡微电网中的功率波动，提高系统的稳定性和经济性。

本文综述了目前微电网混合储能系统的控制策略，分析了其优缺点，指出了面临的挑战和可能的解决方案。

同时，本文介绍了几个典型的微电网混合储能系统的实际应用案例，总结了应用中遇到的问题和解决方案。

最后，本文对微电网混合储能系统的发展前景进行了展望。

关键词：微电网；混合储能；控制策略；应用一、微电网混合储能系统的控制策略（一）现有的控制策略概述微电网混合储能系统通常由不同类型的储能装置组成，如蓄电池、超级电容器、飞轮等。

不同类型的储能装置具有不同的特性，如能量密度、功率密度、寿命、效率等。

因此，如何有效地协调和控制各种储能装置，使其发挥各自的优势，是微电网混合储能系统的关键问题。

目前，微电网混合储能系统的控制策略主要有以下几种：1.基于滤波器的控制策略利用滤波器将微电网中的功率分解为不同频率成分，然后根据不同类型的储能装置的特性，将不同频率成分分配给相应的储能装置。

例如，将低频成分分配给蓄电池，将高频成分分配给超级电容器。

这种控制策略简单易实现，但是需要考虑滤波器的参数设计和调节。

2.基于优化算法的控制策略利用优化算法来求解微电网混合储能系统的最优功率分配问题，以达到某种目标函数的最优值。

例如，最小化运行成本、最大化寿命、最小化损耗等。

这种控制策略可以考虑多种约束条件和目标函数，但是需要较高的计算复杂度和实时性。

3.基于模糊逻辑或神经网络的控制策略利用模糊逻辑或神经网络来建立微电网混合储能系统的非线性模型，并根据模型输出来调节各种储能装置的功率。

这种控制策略可以适应复杂和不确定的环境，但是需要较多的训练数据和学习过程。

（二）控制策略的优点和缺点表1列出了上述三种控制策略的优点和缺点。

（三）面临的挑战和可能的解决方案微电网混合储能系统的控制策略还面临着以下几个方面的挑战：1.微电网混合储能系统的建模问题微电网混合储能系统涉及多种储能装置和多种运行模式，其系统模型具有高度的非线性、时变性和不确定性，难以用传统的数学方法进行精确建模。