孤島運(yùn)行模式下的低壓微電網(wǎng)控制策略

2018-02-26 10:56:06 分布式發(fā)電與微電網(wǎng) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

并網(wǎng)運(yùn)行模式下，微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)微源的可靠性要求不高；孤島運(yùn)行模式下，則需要依靠可靠的DG和儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)保證微電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行。為此，本文以風(fēng)

并網(wǎng)運(yùn)行模式下，微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)微源的可靠性要求不高；孤島運(yùn)行模式下，則需要依靠可靠的DG和儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)保證微電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行。為此，本文以風(fēng)光儲(chǔ)多種微源低壓微電網(wǎng)作為研究對(duì)象，采用基于主從控制的源荷平衡控制策略，確保在孤島運(yùn)行模式下微電網(wǎng)功率保持平衡、電壓和頻率保持穩(wěn)定。

通過(guò)MATLAB建立微電網(wǎng)模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了低壓微電網(wǎng)在孤島運(yùn)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(wǎng)的系統(tǒng)組成

本文的研究對(duì)象是風(fēng)光儲(chǔ)低壓微電網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)如圖1所示。

圖1低壓微電網(wǎng)系統(tǒng)圖

微電網(wǎng)系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、光伏電源、儲(chǔ)能電池、變流器、負(fù)荷、配電網(wǎng)控制系統(tǒng)等組成。發(fā)電側(cè)包含風(fēng)機(jī)、光伏電源、儲(chǔ)能電池等，通過(guò)變流器將微源的輸出轉(zhuǎn)換為滿足并網(wǎng)條件的電能；用電側(cè)根據(jù)負(fù)荷優(yōu)先級(jí)的不同，分為重要負(fù)荷與可控負(fù)荷。

為了能與配電網(wǎng)友好融合，微電網(wǎng)包含三個(gè)層級(jí)的控制系統(tǒng)，即配網(wǎng)級(jí)的能量管理系統(tǒng)（EMS）、微電網(wǎng)級(jí)的微電網(wǎng)中央控制器（MicroGridCentralController，MGCC）單元級(jí)的微源和負(fù)荷的就地控制器，三者互為聯(lián)系協(xié)調(diào)配合，保障微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

微源控制器包含在逆變器中，將微源的運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)地送往MGCC；負(fù)荷控制器為低壓測(cè)控裝置，一方面可將負(fù)荷用電情況送往MGCC，另一方面可根據(jù)MGCC的指令投切負(fù)荷；MGCC根據(jù)單元級(jí)控制系統(tǒng)上送的電氣信息對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，同時(shí)接收EMS下發(fā)的調(diào)控指令。

另一方面，微電網(wǎng)的運(yùn)行與各微源特性、負(fù)荷特性密切相關(guān)，為了平抑DG的出力波動(dòng)以及負(fù)荷的需求波動(dòng)，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行有效的能量管理至關(guān)重要。同時(shí)，微電網(wǎng)的孤島運(yùn)行亟需解決電壓和頻率的管理、微源和負(fù)荷的平衡等問(wèn)題，因此，需要可靠的儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電策略和源荷協(xié)調(diào)控制策略保證微電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

2.孤島模式下低壓微電網(wǎng)的控制策略

2.1微源控制策略

光伏、風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)能電池等DG經(jīng)過(guò)電能變換裝置接入微電網(wǎng)，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(wǎng)系統(tǒng)提供頻率和電壓的參考，孤島運(yùn)行模式下的微電網(wǎng)常采用該控制方法；恒功率控制的微源依據(jù)給定的功率參考值輸出恒定的有功功率和無(wú)功功率；下垂控制的微源模擬發(fā)電機(jī)出口特性，電壓和頻率根據(jù)檢測(cè)到的有功功率和無(wú)功功率來(lái)調(diào)節(jié)，最終使各DG合理分配負(fù)荷。微電網(wǎng)處于不同的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，可采取不同的控制策略。

微電網(wǎng)的運(yùn)行控制除了發(fā)電側(cè)的DG控制，還包括系統(tǒng)級(jí)的多微源協(xié)同控制，其基本控制方法為主從控制、對(duì)等控制、分層控制模式。

微電網(wǎng)處于孤島狀態(tài)時(shí)，其中一個(gè)微源采取V/f控制（稱(chēng)為主微源），為微電網(wǎng)系統(tǒng)提供電壓和頻率參考，其他微源采用恒功率控制（稱(chēng)為從微源），該控制方法即為主從控制。

對(duì)等控制的微電網(wǎng)中各DG在控制上具有同等的地位，不存在主從之分，按照預(yù)先設(shè)定的功率調(diào)節(jié)方案根據(jù)本地信息自主控制。

分層控制一般設(shè)有MGCC，MGCC首先對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)的微源和負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后擬定運(yùn)行計(jì)劃，并根據(jù)采集的網(wǎng)內(nèi)電氣量對(duì)運(yùn)行計(jì)劃實(shí)時(shí)調(diào)整，保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上所述，低壓微電網(wǎng)對(duì)經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等要求較高，主從控制在通信的實(shí)時(shí)性、系統(tǒng)級(jí)別的統(tǒng)籌控制上有較大優(yōu)勢(shì)，因而本文選擇以主從控制方式搭建微電網(wǎng)模型進(jìn)行控制策略研究。

2.2儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電策略

儲(chǔ)能系統(tǒng)是微電網(wǎng)的重要組成部分。光伏、風(fēng)機(jī)等DG的輸出功率難以滿足微電網(wǎng)對(duì)供電質(zhì)量以及供電可靠性的要求，為保證微電網(wǎng)正常運(yùn)行，通常會(huì)配置一定容量的儲(chǔ)能電池作為補(bǔ)充。根據(jù)微電網(wǎng)規(guī)劃架構(gòu)中儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求，本文選擇鋰電池作為微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要研究對(duì)象。

對(duì)于鋰電池而言，不能無(wú)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(shù)可有有效增加電池壽命[10]。本章提出一種針對(duì)鋰電池充放電的控制策略，以實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行下低壓微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1）電池充放電切換問(wèn)題分析

①當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)電能過(guò)剩時(shí)，需要儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收電能。當(dāng)電池剩余電量（StateofCharge，SOC）較小時(shí)，由電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，BMS）加大充電倍率，提高充電效率；當(dāng)電池SOC較大時(shí)，BMS則減小充電倍率。

②當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)電能不足時(shí)，需要儲(chǔ)能系統(tǒng)提供電能。當(dāng)電池SOC較大時(shí)，由BMS加大放電倍率，快速向微電網(wǎng)補(bǔ)充電能；當(dāng)電池SOC較小時(shí)，BMS則減小放電倍率。

2）孤島微電網(wǎng)中電池的充放電策略

圖2孤島模式儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電控制策略流程圖

儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電控制策略在風(fēng)光儲(chǔ)多微源低壓微電網(wǎng)控制中有著重要作用，極大改善了微電網(wǎng)的穩(wěn)定性與可靠性。

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