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微网双模式运行的控制策略研究

张纯  
【摘要】:用电负荷不断增长、用户对电能质量与可靠性的要求不断提高、电网设备老化、能源利用效率存在瓶颈、环保问题日益突出,这些都已成为当今世界各国电力工业面临的严峻挑战。微网(Microgrid)作为一种整合利用分布式电源的有效形式,既能实现对可再生能源的充分利用,又能通过灵活的控制提高供电质量与可靠性,因而受到了广泛关注。运行控制是微网的关键技术之一,良好的控制策略是微网诸多技术经济优势得以发挥的前提。 本文围绕微网孤岛、并网两种模式的运行控制策略展开研究,在电源层面上将分布式发电DG(Distributed Generation)分为功率间歇型并网DG和功率可控型组网DG,并网DG执行最大功率跟踪控制,而组网DG则承担起形成微网电压、频率的任务,对微网的运行特性起主导作用。以直驱风力发电系统作为并网DG的典型代表,建立了系统的完整模型,对双PWM变换器的控制策略进行了深入研究,机侧变换器控制实现风机的最大功率跟踪,网侧变换器控制实现入网功率的有功无功(PQ)解耦。对于组网DG,本文用理想直流电压源对“原动机+储能元件”的组合进行等效,着重研究其并网逆变器的控制策略。组网DG的控制策略以下垂控制为基础,针对下垂控制无功均流性能的缺陷,本文提出补偿线路压降的无功-电压(Q-V)下垂控制方法,有效改善了孤岛运行时下垂控制的无功均流性能。并在下垂控制器的基础上设计了逆变器预同步控制单元,用于实现组网DG的平滑并联。针对微网并网运行的需要,本文在组网DG的下垂控制器中引入下垂额定点调整环以稳定其功率输出,实现PQ控制。通过该环节的投切实现组网DG在PQ控制与下垂控制之间的切换,控制上具有较强的连续性,这对于微网运行模式的平滑切换十分有利。 在系统级的运行控制层面上,采用微网分层控制体系,以组网DG的下垂控制和并网DG的PQ电流解耦控制作为底层控制,在此基础上利用微网管理器对DG和负载进行综合调控,并加入了频率恢复算法改善孤岛系统的频率质量。在分层控制体系下,微网能够实现多种运行方式,可以根据需要灵活选择,并能在孤岛与并网模式之间实现平滑切换,切换过程满足对重要负载的不间断供电。在微网通信失效的情况下,底层控制作为后备仍然能够维持微网的稳定运行。 最后,搭建了基于Matlab/Simulink的微网仿真平台,对微网孤岛、并网以及模式切换等多种运行工况进行了仿真实验,并对仿真结果进行了详细的分析,验证了所提出的微网架构和控制策略的有效性。


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