孤島運行模式下的低壓微電網控制策略

2018-02-26 10:56:06 分布式發電與微電網　點擊量：評論 (0)

并網運行模式下，微電網系統對微源的可靠性要求不高；孤島運行模式下，則需要依靠可靠的DG和儲能系統來保證微電網平穩運行。為此，本文以風...

并網運行模式下，微電網系統對微源的可靠性要求不高；孤島運行模式下，則需要依靠可靠的DG和儲能系統來保證微電網平穩運行。為此，本文以風光儲多種微源低壓微電網作為研究對象，采用基于主從控制的源荷平衡控制策略，確保在孤島運行模式下微電網功率保持平衡、電壓和頻率保持穩定。

通過MATLAB建立微電網模型，仿真結果驗證了低壓微電網在孤島運行模式下，采用該控制策略的可行性和有效性。

1.低壓微電網的系統組成

本文的研究對象是風光儲低壓微電網系統，該系統如圖1所示。

圖1低壓微電網系統圖

微電網系統由風機、光伏電源、儲能電池、變流器、負荷、配電網控制系統等組成。發電側包含風機、光伏電源、儲能電池等，通過變流器將微源的輸出轉換為滿足并網條件的電能；用電側根據負荷優先級的不同，分為重要負荷與可控負荷。

為了能與配電網友好融合，微電網包含三個層級的控制系統，即配網級的能量管理系統（EMS）、微電網級的微電網中央控制器（MicroGridCentralController，MGCC）單元級的微源和負荷的就地控制器，三者互為聯系協調配合，保障微電網穩定運行。

微源控制器包含在逆變器中，將微源的運行狀況實時地送往MGCC；負荷控制器為低壓測控裝置，一方面可將負荷用電情況送往MGCC，另一方面可根據MGCC的指令投切負荷；MGCC根據單元級控制系統上送的電氣信息對微電網進行統一協調控制，同時接收EMS下發的調控指令。

另一方面，微電網的運行與各微源特性、負荷特性密切相關，為了平抑DG的出力波動以及負荷的需求波動，對儲能系統進行有效的能量管理至關重要。同時，微電網的孤島運行亟需解決電壓和頻率的管理、微源和負荷的平衡等問題，因此，需要可靠的儲能系統充放電策略和源荷協調控制策略保證微電網的平穩運行。

2.孤島模式下低壓微電網的控制策略

2.1微源控制策略

光伏、風機、儲能電池等DG經過電能變換裝置接入微電網，其基本控制方法包括V/f（恒壓/恒頻）控制、PQ（恒功率）控制和Droop（下垂）控制等[9]。

恒壓/恒頻控制的微源輸出恒定的頻率和電壓，為微電網系統提供頻率和電壓的參考，孤島運行模式下的微電網常采用該控制方法；恒功率控制的微源依據給定的功率參考值輸出恒定的有功功率和無功功率；下垂控制的微源模擬發電機出口特性，電壓和頻率根據檢測到的有功功率和無功功率來調節，最終使各DG合理分配負荷。微電網處于不同的運行狀態時，可采取不同的控制策略。

微電網的運行控制除了發電側的DG控制，還包括系統級的多微源協同控制，其基本控制方法為主從控制、對等控制、分層控制模式。

微電網處于孤島狀態時，其中一個微源采取V/f控制（稱為主微源），為微電網系統提供電壓和頻率參考，其他微源采用恒功率控制（稱為從微源），該控制方法即為主從控制。

對等控制的微電網中各DG在控制上具有同等的地位，不存在主從之分，按照預先設定的功率調節方案根據本地信息自主控制。

分層控制一般設有MGCC，MGCC首先對微電網內的微源和負荷進行預測，然后擬定運行計劃，并根據采集的網內電氣量對運行計劃實時調整，保證微電網的穩定運行。

綜上所述，低壓微電網對經濟性、穩定性等要求較高，主從控制在通信的實時性、系統級別的統籌控制上有較大優勢，因而本文選擇以主從控制方式搭建微電網模型進行控制策略研究。

2.2儲能系統充放電策略

儲能系統是微電網的重要組成部分。光伏、風機等DG的輸出功率難以滿足微電網對供電質量以及供電可靠性的要求，為保證微電網正常運行，通常會配置一定容量的儲能電池作為補充。根據微電網規劃架構中儲能系統的需求，本文選擇鋰電池作為微電網儲能系統的主要研究對象。

對于鋰電池而言，不能無限制的充電或放電，完善電池充放電控制策略以減少充放電次數可有有效增加電池壽命[10]。本章提出一種針對鋰電池充放電的控制策略，以實現孤島運行下低壓微電網的穩定運行。

1）電池充放電切換問題分析

①當微電網系統電能過剩時，需要儲能系統吸收電能。當電池剩余電量（StateofCharge，SOC）較小時，由電池管理系統（BatteryManagementSystem，BMS）加大充電倍率，提高充電效率；當電池SOC較大時，BMS則減小充電倍率。

②當微電網系統電能不足時，需要儲能系統提供電能。當電池SOC較大時，由BMS加大放電倍率，快速向微電網補充電能；當電池SOC較小時，BMS則減小放電倍率。

2）孤島微電網中電池的充放電策略