基于分布式发电的微网控制策略

这段时间主要是对以前下载有关微网控制策略的论文进行比较深入的研究，还有下载了几篇外文来看，下面是控制策略的相关内容的翻译，第一次看外文，对英文数据库的操作不熟悉，还有自己英文水平的限制，进度很慢，只看了三篇，而且翻译过来的内容还要根据自己对微网的了解进行错误地方的纠正。和中文相比，英文的控制策略讲得比较详细，所以看英文论文还是比较有帮助对控制策略更好的理解，目前我接触到的控制策略有恒功率等五种左右，所以我打算接下来一周看一个控制策略的相关的外文文献，再进行总结。基于分布式发电的微网的控制策略摘要：微电网是最近提出的由分布式发电结构的系统。它有两种不同的运行模式：并网模式和孤岛模式，当操作的两种模式之间的切换，多种电源会出现。如果发生这种情况，系统电压水平将在很宽的范围内波动，和系统的频率也将在不可接受的范围内波动。负载电源的电能质量将会受到严重的影响。为了尽量减少对负载供电的影响，在本文中我们采用了两种不同类型的控制策略：恒功率控制和恒定电压控制。将他们应用在微网不同的运行模式下，建立相应的仿真模型。结果证明，控制策略是有效的。关键词：分布式发电;控制策略;孤岛模式;并网模式1简介对于日益严重的环境问题和能源，化工和石油能源的需求不断增加，正在被可再生能源取代。另外，近年来出现几个大的电力系统事故，出现了大电网的结构性问题。与此同时，利用效率低的能源和电能质量问题升级。分布式发电系统，最近被广泛关注，其消耗的电力本地，节省了传输网络的投资和经营成本，提高供电可靠性，配合主要电网，改善其性能，还可以减少对环境的污染。但对于分布式发电具有不可控制和随机涨落的性质，它们不能被有效的利用。负荷容量的不断增大也严重影响了电力系统的稳定性。正如[1]电力系统故障发生时，必须从主电网中切断分布式电源，这阻碍了分布式电源的高效利用。在此基础上，研究人员提出了所谓微电网的分布式发电系统的新的组织结构，它是一个新的能源供应和管理技术，实现分布式能源的管理和提高利用效率。一个电力系统的可控源可以被视为一个微网。2微网的结构一个微网是一个完整的小型电力系统，由分布式电源，负载，控制单元和保护继电器单元组成。即使对微网的定义没有普遍接受的标准，某些特性的定义一般出现在现有的微型电网。一个微网是由相互关联的分布式能源能够提供足够的、持续的能源以满足微网内部大部分的负荷需求。此外，一个微网拥有独立的控制和有计划的孤岛需要用最少的服务中断[2]。例如，在CERTS微电网概念中，微电网必须能够与电网并行运作，也应该有能力孤立从而实现无缝切换，过度期间很少或没有中断微网内的负载扰动[3]。许多学者认为微电网有很多好处。例如，它可以最大限度地使用可再生能源，提高可靠性水平，为提高[4]当地负载电能质量。一个典型的微网配置如图1所示[5]。在本文中，我们将主要讨论微网在并入主电网和孤岛运行的的控制策略，再建立仿真模型进行验证。3结构和控制策略3.1微网的结构在论文中，我们将讨论一个微网的一个例子。一般来说，一个微网包含一个风力发电机组，一组一组光伏电池，微型燃气轮机，储能系统，交流/直流直流/交流转换器和多个等效荷载。当断路器KA关闭，微网将合并到主电网，断路器KA打开，微网则会从主电网和开关隔离，进入孤岛运行模式。正如图2中显示。分布式发电系统主要消耗的能量例如当地主要的风能、太阳能、沼气能源等。一些利用率高消耗柴油。他们产生主要的直流电源或高频电源，不能直接接入电网。首先，发电机必须连接到一个DC/AC转换器，转换输出的电源频率为50Hz，电压幅度应转换到1p.u.，在同一时间，微网的电压应该和主电网有统一的相位，然后连接到电网。转换器的主要设备实现不同的控制策略[6]。3.2并网运行的控制策略为了有效地利用能源，当微网连入电网时，分布式发电机最大限度地发挥其输出功率。如果不需要无功补偿，将设置发电机如下：有功输出功率等于额定功率，无功功率输出设置为零。电压水平和系统频率由公用电网支撑。与此同时，分布式发电机转换器采用恒定功率控制策略。下一步，我们将讨论的转换器的恒定输出功率控制策略[7]理论。在恒定的输出功率控制策略，有功功率P和无功功率Q，DC/AC转换器输出的值是不变的。在三个阶段中电力系统中，P和Q的瞬时值在下面的公式计算[8]。P=uAiA+uBiB+uCiC(1)Q=ubciA+uCAiB+uABiC(2)对P和Q解耦，三相电压和电流在目前的d-q同步坐标应转化成ABC坐标，这个过程是下面的公式所示。对于选择的同步d轴有一个相同的阶段，三相电压和电流可以采取同样的DQ同步坐标，结果显示在图3[9]。图3.D-Q矢量分解坐标在dq坐标P和Q的瞬时值在下面的公式计算。在对称的三相电压中，uq=0，u0=0，条件简化如下：因为Ud是一个恒定值，通过控制Id和Iq的值，就可以求得P和Q的值。如图4[10]显示恒定的输出功率控制示意图在上图中，P_def和Q_def是预定义的有功输出和无功输出，通过转换器输出，除以d轴电压，我们可以得到预定义的dq轴电流值。通过PI调节器和dq轴的实际电流值之间的比较，调节之间存在的误差，将在dq坐标再次转换为abc坐标，然后通过PWM励磁，以控制电流转换器输出，最后得到连续的P和Q值。3.3孤岛运行的控制策略如图1所示，当（PCC的断路器）断开时，微网进入孤岛运行模式。分布式发电机输出恒定有功功率和无功功率。如果输出的功率低于额定负载的电力系统频率和电压水平将下降，如果发电超过额定负载的电力系统频率和电压等级将会增加，以上两种情况将导致系统进入不稳定的状态。即使这时产生的功率等于负载额定功率。微网是因为缺乏惯性，负载波动仍然会导致系统不稳定。因此，在孤岛运行的分布式发电机必须采取相应的措施来调节系统频率和电压水平。所以当从公用电网断开时，把分布式发电机切换到恒定电压控制。如图5显示图5.恒定电压控制示意图当我们采用恒定的电压控制策略，通过电压互感器和相位锁相环，我们得到系统电压的幅度和相位，然后再进行d-q分解。通过三相电压分解的结果将是图2可知，当系统稳定运行时，d轴和A轴具有相同的相位。q轴的相位将超前d轴90度，三相电压的分解结果将是所以当我们采用恒定电压控制策略，q轴的值应设置为Uq=0，d轴的值应设置为Ud=1.q轴之间的预定义值和通过PI调节得到的实际值的误差后，在dq坐标将被转换为abc坐标，然后通过PWM励磁，从而控制输出电压。如果在微网拥有多个分布式发电机，光伏电池和风力发电机仍采用恒定的输出功率控制策略，由于初级能源：太阳能和风能，不能轻易控制。微型涡轮或柴油涡轮应切换到恒定的电压控制模式的有功功率和无功功率补偿，一般来说，分布式发电容量小于额定容量的负载，无论控制策略，孤岛微网不能保持长期的稳定运行。因此，当断开连接电网的静态开关使微网孤岛运行，要保证对重要的负荷提供电源。次要的负荷脱离电网，但保持一定的电源支持。B.微电网能源管理系统及其控制策略在微电网，能源管理的目标是，有效地控制各种的微源，以确保微网在不同的操作模式可满足对电能质量的要求，。它可以实现更低的系统运营成本，提高运营效率。微网有两个操作模式，包括并网和孤岛。根据微电网结构的设计，不同的能源管理策略已被设计为并网和孤岛模式，以确保稳定运行微电网。1）定量表达的微网操作条件为了实现能源控制策略的设计方案，目的是在能源管理控制的协调策略，经营条件的光伏电池，存储设备和微型涡轮定量处理和作出以下规定：一）光伏电池的照明条件的SL：照明定义为1，并没有任何的灯光是定义为0。即SL＝1orSL＝0。B）微型燃机：低操作和高操作条件：公式中：PG是实时的输出功率和额定功率的微型燃气轮机的百分比;Pr是实时的微型燃气轮机的输出功率;P是燃气轮机的额定输出功率;当PG30％，微型涡轮在低运作模式当PG70％，微型燃气轮机在高运作模式当PG90％，微型燃气轮机在全负载模式下。C）蓄电池的充电状态SOC：式中：SOC的实时输出的百分比，存储容量的能力和评级电池;Cr是正在使用的容量，是在负载时测得（A·H）C为蓄电池的额定容量当它被制作（A·H）蓄电池的充电状态如下几个条件：当SOC90％，电池已充满电;当SOC的50％，电池放电;当SOC10％，电池已没有放电容量，允许的情况下，应立即充电。条件2）网络模式控制策略一）经营目标在网络模式中，应确保为所有负载的正常供电。应使用可再生能源最大化的原则，最大限度地减少一次能源利用率。在低负荷期间，应将电池收取，并填补了低谷。2）控制策略在网络运行期间，微电网能量管理的协调方案光伏发电的MPPT模式;检测存储设备的充电状态，以确定是否充满电。当电池没有完全充电在低负载期间，它应该被充电，如果电池充满则停止充电。在并网运行模式，只能由储能装置进行无功功率调节，以维持功率平衡。微型燃气轮机停止在网络模式下运行，不输出功率。根据能源管理在电网连接模式下的控制策略，应确保负载正常供电，而微型涡轮机电源不输出功率。控制策略主要适用于光伏电池和蓄电池。控制策略如表1所示。表1能源管理在电网连接模式下的控制策略运行条件控制策略照明条件储能电池的容量光伏电池的运行状态储能装置（电池）10.1MPPT充电模式10.9MPPT停止充电00.1停止发电充电模式00.9停止供电停止充电3）孤岛模式控制策略一）经营目标当电压跌落，升高，不平衡和谐波等电能质量问题或定期维修发生，微电网过渡到孤岛的运作模式。此时，电压和频率将由内部微源的控制。微源采取VF控制参与的有功和无功调节维持系统电压和频率的稳定。能源管理系统往往使用V/F方式调整微源的典型工作模式和中断正常负载和其他措施，以确保微电网的稳定运行。B）微电网能量管理协调方案1）可中断负荷应该被切除，以确保敏感负载由微网，可靠的电力供应，并确保敏感负载的正常运行;2）据储能的运行状态，它可以管理电源开关和微型燃气轮机发电容量。作为储能装置所吸收的能量的一部分，取出微型燃气轮机的一部分。作为能源存储设备，输入电源的微型燃气轮机的一部分释放的能量;3）光伏仍然尽可能保持MPPT模式（在受限供电模式下工作）4）能源控制器检测负载功率需求和反应性改变。微型燃气轮机或储能装置，它可以采取有功和无功功率调节，保持微电网系统电压，频率稳定，并确保供电质量。跟据在孤岛模式下的能源管理控制策略，控制策略的原理图如表2所示表2能量管理在孤岛模式下的控制策略运行条件控制策略照明的条件电池的剩余容量微型燃气轮机的运行状态微型燃机光伏电池储能装置（电池）10.10.3低输出MPPT充电10.90.1低输出恒功率输出停止充电10.50.3低输出MPPT放电10.50.7低输出MPPT放电00.50.3低输出停止发电放电00.10.3低输出停止发电停止放电00.10.7高输出停止发电停止放电