微电网系统的设计与运行控制策略研究

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。这种多样化的电源配置不仅提高了供电的可靠性，还有助于实现可再生能源的综合优化利用。

微网的光伏系统并网运行和离网运行的控制策略

【摘要】光伏微网逆变器分为并网运行和离网运行双模式。本文详细分析和研究微网逆变器的控制策略，确定了在离网工作模式下的电压闭环控制策略和在并网工作模式下的瞬时电流控制策略。根据选定的控制策略分别对其控制系统进行了建模仿真和相关参数的设计，并利用Matlab/Simulink软件对并网和离网模式以及两种模式之间的相互切换进行仿真，仿真结果证明了本文所采用的控制方法的正确性和有效性。

【关键词】光伏微网；微网逆变器；并网；离网

微网是一种由负荷和各种微型电源共同组成的系统，它可以同时提供电能和热量。光伏微网发电技术是介于离网型光伏发电和并网型光伏发电之间的前沿技术，既结合了两种技术优点，又克服了并网型光伏发电只能将能量输送到电网所带来的缺陷，并且可以解决离网型光伏发电效率低下的问题，在国际上受到了广泛的重视，有实际的研究价值。

1.微网逆变器的工作模式

1.1 并网工作模式

在太阳光照充足的情况下，微网逆变器一般工作于并网模式，除了保证本地重要负载正常工作外，还可把多余的电能输送给电网，可等效于传统的并网型逆变器。

根据控制对象的不同，并网逆变器的输出控制方式有电压控制和电流控制两种，在逆变器与电网进行并联运行时，电网可看作一个容量无穷大的交流电压源，如果用电压型控制，则与电网之间很容易产生环流，所以并网逆变器的输出经常采用电流型控制，只要将逆变器的输出电流跟踪电网电压，同时设定输出电流的大小，就可以实现稳定并网运行，其控制方法相对简单，效果也较好。

1.2 离网工作模式

具有离网单独运行的能力是微网逆变器最重要的特点之一。当电网出现故障时，信号采样电流检测到电网故障，发出电网故障信号，经过DSP处理，发出指令，微网逆变器切换到离网模式，通过断开静态开关，利用蓄电池的储能，为本地重要负荷提供不间断供电，保证重要负荷供电的可靠与稳定。

微网逆变器离网运行的输出控制法也可分为电流型控制法和电压型控制法。电压型控制法一般是以输出电容电压作为受控目标，整个系统可等效为一个内阻很小的受控电压源。只需要微网逆变器输出与电网电压同频同幅的电压信号，就可以满足重要负荷在额定电压下正常工作。

全国第五届研究生数学建模竞赛

题 目 中央空调系统节能设计与运行策略研究

摘 要

本文通过对某大型商场中央空调系统实际运行数据的分析，建立了“冷负荷需求模型”，提出了节能设计与节能运行控制策略。

文中根据中央空调冷却水系统散失到空气中的热量与冷冻水系统传递的热量和制冷机自身消耗产生热量的平衡关系，利用该商场部分时段中央空调系统运行数据，分别求出商场人流与电器设备的冷负荷；并假设人流或室外温度在一定范围内变化，对商场“冷负荷需求模型”进行了误差分析，给出其误差范围，验证了该模型的合理性。根据实际情况，以保持商场内部温度尽可能稳定且节能为目标，在冷冻水流量、冷却水流量以及制冷机运行台数等约束条件下，建立多目标规划模型；利用数学软件LINGO 8.0对该模型求解，给出4组优化控制策略。最后，根据已知记录数据，利用“冷负荷需求模型”，按“日”计算出夏季合理基准冷负荷（W/天）; 并求出了在商场设定温度提高1度时，其合理基准冷负荷的减少量。

关键词：中央空调、冷负荷、节能、模型优化、控制策略、基准冷负荷

参赛队号 1014601

参赛密码

（由组委会填写）

2 中央空调系统节能设计与运行策略研究

1 问题来源及意义

大型建筑物中使用的中央空调系统（以下简称中央空调）工作方式与普通的家用空调有所不同，普通的家用空调是在一个封闭的环境中，利用冷媒完成室内外的能量交换。而中央空调是利用冷冻水、冷却水和制冷机完成整个建筑物的能量交换。普通家用空调可以简单地根据温度控制空调的启停，而理论上中央空调只要有一个用户需要，就应该继续工作。中央空调都是按照最大负荷进行设计和选择设备的，但实际上中央空调大多数时间都在低负荷下运行，有时甚至在设计负荷的10％下运行。若中央空调的控制方案设计得不好，在低负荷下却按高负荷需求运行时就会造成中央空调系统运行效率下降，产生浪费。现在的中央空调系统一般是根据温度控制冷冻水系统的流量（温差或压力随之变化），虽然考虑了节能因素，但并未把节能作为首要的目标，而且都是瞬时控制（温度稍有变化，调节系统就起作用），但真正决定建筑物内温度的是中央空调系统所传递冷量（和热量是一个概念，只是因温差方向不同,冷量和热量都可以视为能量）的累加。中央空调系统从制冷机产生冷量到传送至末端发挥作用，有较大的延迟，通常为20-30分钟。另外由于大型商场的人流变化很大，瞬时就会引起冷负荷的较大变化，所以传统的基于参数瞬时变化的控制模型对于中央空调所产生的节能效果有限。

微电网控制策略研究　

高　原　

（国网保定供电公司　赵贺雄　

河北保定０７１０００）　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　科学论坛　

●Ｉ　

［摘・要］本文阐述了分布式发电以及微网技术的发展，对微网控制理论进行了详细的分析。从微网自身的特点出发，总结了微网在控制和运行策略等方面　

与传统电力系统不同的原因。对微网控制的目标和相关设备的作用进行具体的介绍。本文对常见的两种微网电源控制方法一一ＰＱ控制和ｖＦ控制，也进行简要的　说明　将现有的微网综合控制方法从控制策略，馈线功率形式等方面进行了分类总结。　

［关键词］微网微网综合控制分布式发电控制策略　

中图分类号：ＴＭ７６　文献标识码：Ａ　文奄编号：１００９—９１４Ｘ（２０１３）３８—０２６１—０ｌ　

１．引育　随着包括可再生能源和高效清洁的化石燃料在内的新型发电技术的发　

展。分布式发电系统日益成为满足负荷增长需求、减少环境污染和提高能源　

综合利用效率及供电可靠性的一种有效途径。其本身具有投资少，发电方式　灵活、与环境兼容等诸多优点。因而，分布式发电在配电网中得到广泛的应　

用。为了解决分布式电源大规模应用问题，整合分布式发电的优势，削弱分布　式发电对电网的冲击和负面影响，充分发挥分布式发电系统的效益和价值，　

学者们提出了微网的概念，以充分挖掘分布式发电系统的价值和效益。微电　

网是为协调大电网与分布式电源之间的矛盾而提出的。微电网从系统观点看　

问题，将微电源、负荷、储能装置及控制装置等结台，形成一个单一可控的单　

元，同时向用户供给电能和热能。基于微电网结构的电网调整能够方便大规　

模的分布式发电互联并接人中低压配电系统，提供一种充分利用分布式发电　

单元的机制。　

２．徽啊控翻　２．１微网控制与大电网控制的不同　

最初，微电网被视为是传统电力系统的微型版。但实际上，由于微源的类型　

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：