孤島運(yùn)行模式下的低壓微電網(wǎng)控制策略
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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