微电网控制策略研究
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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。
微电网的协调控制与能量管理策略前言:在当代社会,能源危机和环境问题愈发突出,推动着新能源的发展与普及。
微电网作为一种新兴的能源系统,具备可靠性高、灵活性强、环境友好等优势,被广泛应用于小区、工业园区等场景。
然而,微电网的协调控制和能量管理策略是实现其优化运行的关键。
本文将探讨微电网在协调控制和能量管理策略上的相关问题和解决方案。
一、微电网协调控制1. 分布式能源资源管理微电网中各种分布式能源资源(如太阳能、风能、蓄电池等)分布广泛,接入方式多样,如何协调和管理这些分布式能源资源成为一个亟待解决的问题。
可以通过建立优化模型,考虑系统的经济性、可靠性、环境友好性等因素,以实现分布式能源的最优分配和管理。
2. 多能流之间的协调与转换微电网内有多种能流之间需要协调与转换,包括电能、热能和气能等。
为了实现各种能流之间的高效利用,可以引入多能流集成技术,将不同能源互补和转化,提高能源的利用效率。
同时,通过智能开关、电力电子器件等控制手段,实现能流的高效、无损转换。
3. 网联与脱离运行模式切换微电网可以与公共电网相互连接,实现网联运行;也可以脱离公共电网,实现独立运行。
在不同的运行模式之间切换时,需要实现平稳过渡和无缝切换,确保微电网的稳定运行。
可以通过引入能量存储系统、智能控制算法等手段,提高微电网的运行模式切换能力。
二、微电网能量管理策略1. 优化能源的供需关系微电网中多种能源的供需关系需要进行动态管理和优化,以尽量减少能源的浪费和排放。
可以通过预测用户的用能需求和能源的产生情况,预测微电网的能源供需状况,进而采取相应的调整措施,以实现能源的有效利用。
2. 能量存储与分配机制能量存储是微电网能量管理的重要手段之一,可以通过蓄电池、储热系统等方式进行能量存储。
通过优化能量的存储和分配机制,可以提高微电网的自供能力和供能可靠性。
同时,合理利用能量存储系统的剩余能量,参与电力市场的调度,实现电力的双向流动。
3. 能量的系统调度和控制微电网中的能量管理需要进行系统调度和控制。
第1章绪论1.1微电网提出的背景与意义随着电力需求的持续增长,大电网(或称公用电网)如今已成为主要的电力供应渠道,集中式发电、远距离输电的特点使其在国民经济发展中担当着重要角色[1]。
然而,大电网也存在着成本高、运行难度大等缺点,越来越难以满足用户对供电可靠性和多样性的需求[2]。
尤其是近几年,世界范围内发生过几次大面积停电事故后,大电网的弊端和脆弱性也充分的暴露出来,在发生自然灾害、电网事故的紧急状况下,医院、金融等系统突然断电造成的损失不仅仅是经济损失,严重的还会引起社会不安定。
因此,世界各国开始对电力系统发展模式另辟蹊径。
分布式发电(Distributed Generation,DG)具有污染少、安装方便、能源利用率高等优点,与集中式发电相比,减少了输电损耗,节省了运行费用[3]。
同时,DG可以改善电网峰谷性能,提高系统供电可靠性,是大电网的有效补充和有力支撑。
近20年来,很多国家已经把发展DG提上日程,并开始研究其潜在的经济效益和社会价值。
由此可以看出,DG是未来电力系统的发展趋势之一[4-6]。
尽管DG与集中式发电相比有很多优势,但是随着DG接入大电网数量的不断增加,其本身存在的问题也开始显现,分布式电源(Distributed Source,DS)单机接入成本高、控制困难。
一方面,DS并网时,会对大电网造成冲击。
另一方面,配电系统的运行结构和能量流动的单路径特征,使DS必须得以负荷形式并入电网运行,这些都导致DG发电能力在结构上受到限制[7]。
为了充分发掘分布式发电的潜力,21世纪初,出现了微电网(Microgrid)的概念[8-9]。
与传统集中式发电相比,微电网更加接近负荷,不需要建设远距离高压输电,可以有效减少线损,节约输电成本和运行费用。
微电网以非集中方式协调DS,可以减少电网控制并充分发挥DS优势。
与大电网单独供电方式相比较,微电网与大电网结合具有以下优势[4-6]:1)微电网并网标准只针对微电网和大电网的公共连接点(Point of Coupling),不针对具体微源(Micro Source,MS),解决了配电网中DS大规模接入问题,微电网和DS之间可以灵活的连接、断开,展现了“即插即用”的特征,充分发挥DS优势。
《微电网逆变器PV-QF下垂控制技术的研究》篇一微电网逆变器PV-QF下垂控制技术的研究一、引言随着可再生能源的日益普及和微电网技术的发展,微电网逆变器作为连接可再生能源与电网的重要设备,其控制技术成为了研究的热点。
其中,PV/QF下垂控制技术以其独特的优势,成为了微电网逆变器控制策略中的一种重要方法。
本文旨在深入研究微电网逆变器中PV/QF下垂控制技术,探讨其工作原理及性能,为未来微电网的发展提供理论支持。
二、PV/QF下垂控制技术概述PV/QF下垂控制技术是一种基于逆变器输出电压和频率的下垂控制策略。
该技术通过调整逆变器的输出功率,实现微电网内电源与负荷的平衡。
其中,PV代表功率下垂控制,主要用于调节有功功率;QF代表电流或电压下垂控制,主要用于调节无功功率。
这种控制方式可以快速响应负荷变化,保持微电网的稳定运行。
三、PV下垂控制技术的工作原理与性能分析PV下垂控制技术主要通过调整逆变器的输出电压幅值和频率来实现对有功功率的控制。
当微电网内负荷增加时,逆变器通过降低输出电压幅值或提高频率来增加有功功率的输出;反之,当负荷减少时,则通过提高输出电压幅值或降低频率来减少有功功率的输出。
这种控制方式具有响应速度快、控制精度高等优点。
四、QF下垂控制技术的工作原理与性能分析QF下垂控制技术则主要通过调整逆变器的输出电流或电压幅值来实现对无功功率的控制。
在微电网中,无功功率对于维持系统电压稳定具有重要意义。
QF下垂控制技术可以根据系统电压的变化,自动调整逆变器的无功功率输出,从而保持系统电压的稳定。
此外,该技术还具有较好的动态性能和鲁棒性。
五、PV/QF下垂控制的实现方法及优化策略实现PV/QF下垂控制需要综合考虑微电网的拓扑结构、电源特性以及负荷特性等因素。
在实际应用中,可以通过数字信号处理器(DSP)等设备实现PV/QF下垂控制的数字化和智能化。
同时,为了进一步提高系统的性能和稳定性,可以采取一系列优化策略,如引入模糊控制、神经网络等智能算法,以实现更精确的控制。
《微电网逆变器PV-QF下垂控制技术的研究》篇一微电网逆变器PV-QF下垂控制技术的研究一、引言随着可再生能源的快速发展和微电网技术的日益成熟,微电网逆变器作为微电网系统中的关键设备,其控制技术对于整个系统的稳定运行起着至关重要的作用。
PV/QF下垂控制技术作为微电网逆变器的一种重要控制策略,能够有效实现分布式电源的并网与孤岛运行模式的平滑切换,提高系统的可靠性和稳定性。
本文将针对微电网逆变器PV/QF下垂控制技术进行深入研究,分析其原理、特点及优势,并探讨其在实际应用中的问题与挑战。
二、PV/QF下垂控制技术原理PV/QF下垂控制技术是一种基于逆变器输出电压和频率的下垂控制策略。
在微电网系统中,当负载发生变化时,通过调整逆变器的输出电压和频率,使系统达到新的平衡状态。
PV代表功率-电压下垂特性,QF代表无功功率-频率下垂特性。
通过设定合适的下垂系数,可以实现系统功率的合理分配和电压、频率的稳定控制。
三、PV/QF下垂控制技术的特点及优势1. 特点:(1)自适应性强:PV/QF下垂控制技术能够根据系统负载的变化自动调整输出功率,实现系统的动态平衡。
(2)可靠性高:该技术能够实现在线切换和故障隔离,保证系统的稳定运行。
(3)灵活性强:PV/QF下垂控制技术适用于不同类型的分布式电源和负载,具有较好的扩展性和兼容性。
2. 优势:(1)提高系统供电可靠性:通过PV/QF下垂控制技术,可以实现分布式电源的并网与孤岛运行模式的平滑切换,提高系统供电的可靠性。
(2)优化资源配置:该技术能够根据系统负载的变化自动调整功率分配,实现资源的优化配置。
(3)降低运营成本:通过减少备用容量和降低维护成本,可以降低微电网系统的运营成本。
四、PV/QF下垂控制技术在微电网中的应用在微电网系统中,PV/QF下垂控制技术广泛应用于逆变器的控制策略中。
通过合理设置下垂系数,可以实现系统电压和频率的稳定控制。
同时,该技术还能够实现分布式电源的即插即用,提高系统的可维护性和可扩展性。
微电网中离网运行策略与控制方法随着电力需求的不断增长和可再生能源的快速发展,微电网作为一种新兴的能源系统呈现出巨大的潜力。
微电网能够提供电力供应的稳定性和可靠性,同时也能够实现对能源的更加高效的利用。
离网运行是微电网的一种重要运行方式,它提供了一种与主电网隔离的独立供电模式。
本文将探讨微电网中离网运行的策略与控制方法。
首先,离网运行的策略决定了微电网在不同情况下的运行模式。
微电网的离网运行可以分为主动离网和被动离网两种模式。
主动离网是指在主电网较为稳定时,微电网自主选择离网运行,以实现对能源的更加有效利用。
被动离网则是在主电网故障或断电时,微电网自动切换到离网运行模式,以保证电力供应的连续性。
离网运行的策略在设计时需要考虑到供电可靠性、经济性和环境友好性等多个方面的因素。
其次,离网运行的控制方法对于微电网的运行稳定性至关重要。
微电网的控制系统需要能够实时监测并调节各个子系统之间的能量平衡,确保电力的稳定供应。
在离网运行模式下,微电网需要通过控制电池储能系统和可再生能源发电系统之间的协调运行,以实现对电力负荷的平衡。
此外,还需要根据电力需求的变化,及时调整微电网的电源配置和运行策略,以提高供电效率和经济性。
另外,离网运行中的能量管理是微电网控制的关键环节。
能量管理在离网运行模式下主要包括能源的采集、存储和分配。
微电网通过使用太阳能光伏发电、风力发电等可再生能源,实现对能源的自主采集。
同时,通过电池储能系统等设备,对能量进行有效存储。
在离网运行模式下,能量的分配也是一项重要的任务,需要根据电力需求和能源状况,合理调配能量的使用和储存方式。
此外,智能化技术的应用也对离网运行的控制方法产生了深远的影响。
智能化技术可以实现对微电网的实时监测、数据分析和智能控制。
通过使用物联网技术和人工智能算法,微电网的运行状态可以被精确地监测和分析,从而实现对离网运行策略和控制方法的优化。
智能化技术的应用不仅可以提高微电网的运行稳定性和可靠性,还可以降低运行成本和环境影响。
《微电网运行策略及优化方法研究》篇一一、引言随着可再生能源的快速发展和智能电网技术的不断进步,微电网作为一种新型的能源供应模式,正逐渐成为电力系统的重要组成部分。
微电网能够有效地整合分布式能源资源,提高能源利用效率,减少能源损耗,并增强电网的可靠性和稳定性。
因此,对微电网的运行策略及优化方法进行研究,对于推动微电网的广泛应用和智能电网的建设具有重要意义。
二、微电网的基本构成与特点微电网主要由分布式电源、储能装置、负荷以及监控和控制系统等部分组成。
其中,分布式电源包括风能、太阳能、燃气轮机等可再生能源设备;储能装置则用于平衡微电网内部的能量供需;负荷则是微电网所服务的电力消费端;而监控和控制系统则负责整个微电网的协调运行和优化调度。
微电网具有以下特点:一是能够有效地整合和利用分布式能源资源;二是能够提高供电的可靠性和稳定性;三是能够减少能源损耗,提高能源利用效率;四是具有智能化的管理和控制系统。
三、微电网运行策略研究微电网的运行策略主要包括能量管理策略、优化调度策略和故障应对策略等。
1. 能量管理策略:能量管理策略是微电网运行的核心,其目的是在满足负荷需求的前提下,实现能量的优化分配。
这需要综合考虑微电网内部的能源供需情况、能源价格、储能装置的状态等因素,通过智能化的管理和控制系统进行决策。
2. 优化调度策略:优化调度策略主要是针对微电网内部的电源和负荷进行优化调度,以实现能源的高效利用和供电的可靠性。
这需要建立相应的数学模型和算法,通过计算和分析,得出最优的调度方案。
3. 故障应对策略:微电网在运行过程中可能会遇到各种故障和异常情况,因此需要建立完善的故障应对策略。
这包括故障检测、故障隔离、故障恢复等步骤,以保证微电网在故障发生后能够快速恢复供电。
四、微电网优化方法研究微电网的优化方法主要包括数学优化方法、人工智能方法等。
1. 数学优化方法:通过建立微电网的数学模型,运用线性规划、非线性规划、动态规划等数学优化方法,对微电网的能量管理、优化调度等问题进行求解,得出最优的解决方案。
基于VSG技术的混合微电网IC控制策略研究基于VSG技术的混合微电网IC控制策略研究混合微电网是指由多种能源源和负荷组成的电力系统,其特点是能够实现多种能源的互补利用,提高电力系统的可靠性和可持续性。
在混合微电网中,智能控制系统起着至关重要的作用。
本文将研究基于VSG技术的混合微电网IC(Intelligent Control)控制策略。
VSG技术是指虚拟同步发电机技术,它通过使用逆变器与电网的连接方式,将发电机模拟成与电网完全同步的设备。
VSG技术具有出色的功率输出控制能力和响应速度,能够模拟出和传统发电机几乎相同的电气特性。
在混合微电网中,VSG技术可以有效地实现多种能源的协调运行。
IC控制策略是指基于人工智能算法的微电网控制方法。
传统的控制方法往往依赖于规则和经验,难以适应复杂多变的混合微电网系统。
IC控制策略运用了机器学习、模糊逻辑控制和神经网络等人工智能技术,能够自动学习和优化控制策略,提高混合微电网的性能和效率。
在基于VSG技术的混合微电网IC控制策略中,需要考虑到混合微电网中多种能源的互补利用和协调运行。
首先,通过对混合微电网的负荷需求进行分析和预测,确定电力需求的波动和峰谷差,并制定相应的发电机调度策略。
其次,通过VSG技术实现多种能源的协调运行,根据电力需求的变化及时调整发电机的输出功率。
最后,通过IC控制策略中的人工智能算法,自动学习并优化控制策略,使混合微电网系统能够更好地适应外部环境和内部需求变化。
基于VSG技术的混合微电网IC控制策略具有很多优势。
首先,通过VSG技术实现发电机的虚拟同步,可以避免传统同步发电机的复杂控制和调度问题,提高发电机的响应速度和稳定性。
其次,通过IC控制策略中的人工智能算法,可以自动学习和优化控制策略,使混合微电网系统能够更好地适应外部环境和内部需求变化。
此外,基于VSG技术的混合微电网IC控制策略还可以提高混合微电网系统的供电可靠性和功率品质,减少对传统电网的依赖,提高能源利用效率。
低压直流微网系统的控制策略研究I. 引言随着微电网技术的发展,低压直流微网系统逐渐成为了新能源领域的热门研究课题。
在现有的电网环境中,低压直流微网系统可以为分布式能源发电设备(DERs)提供更加可靠的接入与管理方式,同时也可以实现电网的稳定性和安全性控制。
为了进一步提高低压直流微网系统的经济性与实用性,需要针对其控制策略进行深入研究。
本文旨在对低压直流微网系统的控制策略进行研究,并提出相应的优化方案,为低压直流微网的完善与升级提供科学的建议和技术支持。
II. 低压直流微网系统的基本情况低压直流微网系统是指一种新型分布式能源管理系统,其主要由多个直流发电单元、直流负载、直流电能存储装置和直流电网构成。
其中,直流发电单元可以是光伏电池板、风力涡轮机、微水力发电机等分布式能源设备;直流负载可以是直流照明设备、电动汽车充电设备等。
低压直流微网系统能够在不同的负荷条件下,从微网中选择出最佳的直流能源与直流负载配合,以提高能源的利用效率和经济性。
III. 低压直流微网系统的控制策略低压直流微网系统的控制策略主要包括:负荷预测与调度控制、电压控制、电流控制和功率控制。
1. 负荷预测与调度控制针对低压直流微网系统的多样化负荷情况,负荷预测和调度控制是确保微网系统正常运行的关键。
负荷预测可以通过多种方式完成,如基于历史负荷数据的统计方法、人工智能算法等。
与此同时,利用电能负荷管理方法往往能够使得低压直流微网系统的负荷匹配进一步优化,如使用负荷分析仪、智能可充电蓄电池等设备来维护系统的负荷平衡,达到实时优化调整的目的。
2. 电压控制低压直流微网系统中的发电单元和负载都需要保持合理的电压水平才能正常工作。
电压控制的主要目标是维持系统的电压稳定并保持其电气特性。
通常情况下,电压控制方法分为开环控制和闭环控制两种类型,其中闭环控制的可靠性较高。
目前,调节器和电压控制器等设备已经广泛应用于低压直流微网系统的电压控制之中。
3. 电流控制电流控制是低压直流微网系统中的一项重要控制策略。
智能微电网控制技术研究
智能微电网控制技术是一种利用现代信息与通信技术、先进的控制算法等手段,实现多种形式的能量协调与调度、高效能量利用与管理的技术。
它将分散的能源系统和负载终端有机的结合在一起,形成一个灵活、高效的能源管理系统,是实现智能、安全、可靠、可持续能源衔接和互补的核心技术之一。
微电网内部的能量流管理是控制策略的核心,研究如何实现微电网内部各种能源利用的协调与优化,以实现微电网的可靠运行,是智能微电网控制技术发展的必要措施。
二、微电网参数优化
微电网内部的各项参数如果能够得到优化,可以改善微电网的性能,提高微电网的能量利用效率和经济性。
因此微电网控制技术研究中,微电网参数优化是非常重要的一个方面。
智能微电网控制算法是智能微电网控制技术研究的另一重要方面。
智能微电网控制算法包括多种类型,如能量管理算法、优化调度算法、预测控制算法等。
这些算法的研究将有助于改善微电网的动态特性,优化微电网的能量协调与调度策略,提高微电网的可靠性和经济性。
四、微电网模型研究
为了研究微电网控制技术,需要建立微电网的数学模型。
微电网模型的研究是智能微电网控制技术研究的基础,只有建立准确的微电网模型,才能够进行微电网控制策略的优化和微电网控制算法的研究。
智能微电网控制技术研究一、智能微电网控制技术的基本理念智能微电网控制技术是指通过先进的信息通信技术和控制策略,对微网中的各种设备进行精密的监控和调节,实现微电网内外部之间的协同管理和优化控制,从而确保微电网系统在不断变化的环境和负荷条件下,能够稳定可靠地运行。
该技术的基本理念包括以下几个方面:1. 自主管理:智能微电网控制技术通过智能化的控制算法和策略,使得微电网内部的各种电力设备能够自主协调,实现电力资源的最优配置和调度。
2. 信息互联:智能微电网控制技术通过高效的信息通信技术,实现微电网内各个设备之间的信息共享和互联,以及与外部电网系统的协调联动。
4. 自适应优化:智能微电网控制技术能够根据外部环境和内部负荷的变化,自适应地调整微电网系统的运行策略和控制参数,以达到最优的系统效率和稳定性。
1. 智能化调度算法:智能微电网控制技术需要设计高效的调度算法,实现对微电网内部各种电力资源的智能管理和调度。
其中包括能源预测算法、负荷预测算法、分布式能源优化调度算法等。
4. 智能化设备控制技术:智能微电网控制技术需要设计智能化的设备控制技术,实现微电网内部各种电力设备的智能化监控和控制。
如智能化逆变器控制技术、分布式发电系统控制技术等。
5. 智能化运行管理系统:智能微电网控制技术需要设计智能化的运行管理系统,实现对微电网整体运行状态和负荷需求的实时监测和管理。
1. 大数据技术的应用:随着大数据技术的不断发展和普及,智能微电网控制技术将会借助大数据技术,实现对微电网系统运行状态和负荷需求的实时监测和预测,为系统调度和管理提供更为精准的数据支持。
2. 人工智能技术的应用:人工智能技术的飞速发展将为智能微电网控制技术注入新的活力,包括智能调度算法、智能优化算法、智能故障诊断等方面的应用。
3. 区块链技术的应用:区块链技术具有去中心化、不可篡改、安全可靠的特点,将在智能微电网控制技术中发挥重要作用,实现微电网内部各种电力资源的安全共享和交易。
电力市场典型微电网控制策略研究[摘要]通过对电力市场中电量市场、容量市场、辅助服务市场的市场改革办法及市场化手段等信息的重点分析,基于电力市场交易模式,从微电网自身的源-网-荷-储-车协调控制能力和多能源管控能力等技术优势出发,分别针对不同电力市场提出了微电网参与方式和控制模式,深入研究了以微电网作为运营主体的经营策略和商业运营模式。
[关键词]电力市场;微电网;电量市场;容量市场;辅助服务1电力市场改革背景和契机随着微电网技术与分布式能源技术的不断发展,欧美的资本市场已逐渐开始将目光投向微电网,这一极具市场前景的未来电网概念上。
在我国,随着电力市场改革的不断深化,电力市场有望实现全面市场化,微电网也必将出现新的发展动力与盈利模式[1]。
《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》以“管住中间、放开两头”为导向,随着电力市场改革稳步推进,将实现电力市场开放。
以期售电环节独立,督促形成独立的输配电价,从而完善存在多元化售电竞争主体的开放电力市场[2]。
在开放的电力市场中,微电网运营商(micro-girdoperator,mgo)通过兴建微电网,组合电源侧及负荷侧,优化能源消费方式,提供更加高效、多样化的能源服务,从而形成售电主体,参与电力市场批发与零售等多个相关环节[3]。
2微电网技术优势分析2.1加强微电网运营商主体。
微电网系统是一个集发、输、变、配、用于一体的电力系统。
微电网系统中电源种类多样,新能源占比高,系统配置灵活,设备可控性强,并且深入了解用户的用电习惯,在电力市场中具有很强的技术竞争力和经营优势。
电力市场改革的核心在于竞争,mgo组建的售电主体以提供优质可靠的能源电力保证为基础,通过充分开放的市场竞争,可为微电网内的电力用户提供更为优质、高效的能源电力供给方式,从而降低能源电力供给成本,提高能源电力利用效率,促进新能源消费渗透率的提高[4]。
2.2优化电源侧及储能控制方式。
微电网具备对电源系统和储能系统等能源电力发电设备的强大控制能力[5]。
微电网并离网控制策略研究及实现任洛卿,唐成虹,王劲松,黄琦南瑞集团公司(国网电力科学研究院), 江苏省南京市211106The Research and Implementation of Micro-grid's Grid-connected & Off-Grid ControlStrategyRen Luoqing, Tang Chenghong, Wang Jinsong, Huang QiNARI Group(SGEPRI), Nanjing, Jiangsu 210003ABSTRACT: This paper analyzes the network structure and operation modes of micro-grid and proposes a method of grid-connected & off-grid control strategy, which is based on fast fault detection and pattern recognition. Improved half-wave Fourier algorithm is used to carry out fast protection computation of the characteristic value so as to implement fast fault detection. The characteristic value is described by logical expressions and its real-time value is used to identify the current running mode and as the criterion to implement smooth switching control between the grid-connected mode and off-grid mode. So far, this method has been successfully applied in Luxi island micro-grid demonstration project.KEY WORD: micro-grid; fast fault detection; pattern recognition; coordinated control strategy摘要: 本文对微电网组成结构及运行模式进行分析研究,提出了故障快速检测和运行模式识别的微电网并离网控制策略方案。
微电网控制策略研究 Last revision on 21 December 2020 微电网控制策略研究 1. 分布式电源及其等效模型 1.1 分布式电源的定义 国际上关于分布式发电的定义较多,没有形成对分布式发电的统一定义,不仅不同国家和组织,甚至是同一国家的不同地区对分布式发电的理解和定义都不尽相同,以下是几种比较有代表性的:(1)国际能源署对分布式发电的定义为:服务于当地用户或当地电网的发电站,包括内燃机、小型或微型燃气轮机、燃料电池和光伏发电技术,以及能够进行能量控制及需求侧管理的能源综合利用系统;(2)美国《公共事业管理政策法》对分布式发电的定义为:小规模、分散布置在用户附近,可独立运行、也可以联网运行的发电系统;(3)丹麦对分布式发电的定义为:靠近用户,不连接到高压输电网,装机规模小于10MW的能源系统;(4)德国对分布式发电的定义为:位于用户附近,接入中低压配电网的电源。接入电压等级限制为20kV,主要包括光伏、风电和小水电;(5)法国对分布式发电的定义为:接入低压配电网,直接向用户供电的电源。接入电压等级限制为20kV,容量限制为10MW,主要是热电联产、小水电和柴油机。综合以上几种定义的共同点,可以认为分布式电源指的是以新能源发电为主,容量较小且靠近负荷中心的发电设备,如小型风力发电机和光伏电池等。 目前,微电网示范工程中的分布式电源主要包括柴油机、微型燃气轮机、小型水力发电机、小型风机、燃料电池和光伏电池,此外,还有少数的生物柴油机、液流电池、超级电容、飞轮储能等。 1.2 分布式电源的并网方式 虽然各种分布式电源都可以接入微电网为负荷供电,但由于它们自身的一下特点和微电网对电能质量及供电可靠性的要求,各类分布式电源的并网方式不尽相同。小型水力发电机、鼠笼型异步风机和柴油机等小型常规发电机输出稳定,可直接并网。光伏电池、燃料电池和直流风机等直流分布式电源输出直流电,通常需要经逆变器接入交流微电网,这种并网方式称为直—交式并网。微型燃气轮机和同步风力发电机输出幅值频率变化的交流电电气量,需要整流逆变后才能并网,这种并网方式称为交—直—交并网,对应的分布式电源统称交直交分布式电源。 为了保证分布式电源的灵活性和可靠性,在微电网设计中主要采用经逆变器接入的分布式电源,包括直流分布式电源和交直交分布式电源。另外,微电网设计中还加入了大量的储能装置,如蓄电池、超级电容和液流电池等,它们也需要经过双向逆变器与微电网连接。 本文把直流分布式电源和交直交分布式电源统称为逆变型分布式电源(Inverter Basic Distributed Generation,下文简称IBDG),并对其进行建模。
1.3 分布式电源建模 无论直流分布式电源,还是交直交分布式电源,为了使逆变器输入端电压满足要求(电压等级和电压稳定性要求),逆变器前端通常需要加入DC-DC变换器,因此逆变器前端可以看做直流稳压电源,IBDG也就可以看做直流稳压电源和逆变器的串联模型,如所示。IBDG等效模型中的PWM逆变器为电压型逆变器,下文对逆变器的分析均针对电压型逆变器。 图1 IBDG等效模型图
2. 逆变器常用的控制方法 根据上文,IBDG由直流环节经电压型逆变器并网,逆变器输出端的电压电流频率由逆变器的控制策略决定,电压的幅值由逆变器输入端直流电压和逆变器控制策略共同决定。因此,逆变器的控制策略在整个微电网控制中就显得尤为重要。常用的控制方法有PQ控制,VF控制和下垂控制。 2.1 PQ控制 PQ控制指的是逆变器输出的有功功率P和无功功率Q的大小可控,均可以根据设定值输出。 图2 PQ双环控制框图 PQ双环控制框图如所示。在逆变器与电网连接线上测量电流和电压,并
对测定得值进行dq变换,dq变换得到电压的d轴分量ud和q轴分量uq,电流
的d轴分量id和q轴分量iq。瞬时功率模块根据基于dq变换的瞬时功率计算方
法计算时候逆变器输出的有功功率P和无功功率Q,并将所得结果P和Q输出。功率外环控制模块根据有功功率的设定值Pref和无功功率的设定值Qref以及
逆变器输出的实时有功功率P和无功功率Q生成电流直轴分量参考值id_ref和交
轴分量参考值iq_ref并输出。电流内环控制模块根据id_ref,iq_ref,id和iq,生成脉
宽调制系数d轴分量Pmd和q轴分量Pmq。逆变驱动信号生成模块根据Pmd和
Pmq生成逆变器驱动信号驱动逆变器工作,使逆变器输出功率与设定值接近,从而实现了逆变器的PQ控制。
dd
K
sT
max
min
qK
+-P
Pref
△P
+-Q
Qref△Q
maxqq
K
sT
dKdq分量限幅id_ref
iq_ref
min
PI 控制
PI 控制id_r
iq_r
图3 PQ外环控制框图 PQ双环控制包括PQ外环控制和电流内环控制。PQ外环控制框图如所示,逆变器输出的实时有功功率P与参考值Pref作比较得到差值ΔP,实时有功
功率Q与参考值Qref作比较得到差值ΔQ,对ΔP和ΔQ分别进行PI控制输出电流
直轴分量参考值idref和交轴分量参考值iqref。本文中,考虑到实际中逆变器均有
限流环节,所以对参考电流进行了限幅控制。限幅控制通过中的dq分量限幅模块实现。 图4电流内环控制框图 电流内环控制如所示,id_ref和id差值通过比例积分控制输出脉宽调制系数
d轴分量Pmd,iq_ref和iq差值通过比例积分控制输出脉宽调制系数q轴分量Pmq。逆变驱动信号生成模块根据Pmd和Pmq以及PWM相关算法(本文选择SPWM算法)生成逆变器驱动信号驱动逆变器开关管导通和关断,控制逆变器工作。 PQ控制下的逆变器,只要有功功率的设定值Pref和无功功率的设定值Qref设置得当,不超过逆变器的容量和最大允许电流,则逆变器输出的有功功率有功功率P和无功功率Q跟随设定值,因而实现了PQ控制。 PQ控制方式通过将有功功率和无功功率解耦,对电流进行控制。在微电网并网运行模式下,微电网内的负荷波动、频率和电压扰动均由大电网承担,各分布式电源不参与微电网频率和电压的调节,直接采用电网频率和电压作为支撑。 综上,PQ控制的优势在于,可以根据需要动态调节有功功率的设定值Pref和无功功率的设定值Qref,将其应用到光伏发电和风力发电等发电量不稳定系统中,可以最大限度地提高新能源的利用率。其缺点在于,采用该种控制方式的分布式电源并不能维持系统的频率和电压。如果是一个独立运行的微网系统。则系统中必须有维持频率和电压的分布式电源。如果是与常规电网并网运行,则由常规电网维持电压和频率。
2.2 V-f控制 V-f控制即恒压恒频控制,指的是通过控制手段使逆变器输出端口电压的幅值U和频率f保持恒定。
V-f外环控制模块Urefid_reffref电流内环控制模块iq_refPmdPmq逆变驱动信号生成模块PWM逆变器
触发信号电网
dq变换
ia,ib,ic
瞬时功率计算模块
id
iq
ud
uqua,ub,u
c
idi
qP
U
电流测量
f锁相环
电压幅值计算模块
ua,ub,uc
ua,ub,uc
电压测量
图5 V-f双环控制框图 V-f控制通常采用双环控制,双环控制框图如所示。与上文中PQ双环控制一样,V-f双环控制以同样的方法得到id,iq和P。另外,V-f双环控制通过锁
相环测得系统频率f,通过电压幅值计算模块得到逆变器出口处线电压幅值U。V-f外环控模块根据电压幅值的设定值Uref、频率的设定值fref、逆变器输出的实时有功功率P、系统频率f和逆变器出口处线电压幅值U生成电流直轴分量参考值id_ref和交轴分量参考值iq_ref并输出。电流内环控制模和逆变驱动信号生
成模块功能与上文PQ双环控制一样,不再赘述。 11+qqKsT()
11+KsT()
1
1+ddKsT()+
-f
fref
△fPref
P-
+U
Uref
-
dq分量综合限幅
id_ref
iq_ref
△U
图6 V-f外环控制框图 V-f外环控制框图如所示,频率设定值fref与实时系统频率f差值f经PI控
制输出有功功率参考值Pref,Pref与逆变器输出有功功率P差值经比例积分控制
输出电流参考值直流分量,电压额定值Uref和逆变器端口电压U差值U经比例
积分控制输出电流参考值交流分量,电流参考值交直流分量经dq分量综合限幅模块进行幅值限制,输出id_ref和iq_ref。
V-f双环控制的内环控制也是电流控制,与PQ双环控制中的电流内环控制方法一样,因此不再赘述。 在微电网孤岛运行模式下,由V-f控制的IBDG调节微电网内的微电网频率和电压,维持微电网的频率和电压稳定。
2.3 下垂(Droop)控制 下垂(Droop)控制是指通过控制逆变器实现与传统电力系统的频率一次调整相类似的调节特性。目前针对逆变器主要采用的下垂控制方法与传统的同步发电机调节相似,采用有功—频率(P—f)和无功—电压(Q—V)的调节方式。