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孤岛运行模式下的低压微电网控制策略
 

通过MATLAB建立微电网模型,仿真结果验证了低压微电网在孤岛运行模式下,采用该控制策略的可行性和有效性。


1.低压微电网的系统组成


本文的研究对象是风光储低压微电网系统,该系统如图1所示。


图1低压微电网系统图




微电网系统由风机、光伏电源、储能电池、变流器、负荷、配电网控制系统等组成。发电侧包含风机、光伏电源、储能电池等,通过变流器将微源的输出转换为满足并网条件的电能;用电侧根据负荷优先级的不同,分为重要负荷与可控负荷。


为了能与配电网友好融合,微电网包含三个层级的控制系统,即配网级的能量管理系统(EMS)、微电网级的微电网中央控制器(MicroGridCentralController,MGCC)单元级的微源和负荷的就地控制器,三者互为联系协调配合,保障微电网稳定运行。


微源控制器包含在逆变器中,将微源的运行状况实时地送往MGCC;负荷控制器为低压测控装置,一方面可将负荷用电情况送往MGCC,另一方面可根据MGCC的指令投切负荷;MGCC根据单元级控制系统上送的电气信息对微电网进行统一协调控制,同时接收EMS下发的调控指令。


另一方面,微电网的运行与各微源特性、负荷特性密切相关,为了平抑DG的出力波动以及负荷的需求波动,对储能系统进行有效的能量管理至关重要。同时,微电网的孤岛运行亟需解决电压和频率的管理、微源和负荷的平衡等问题,因此,需要可靠的储能系统充放电策略和源荷协调控制策略保证微电网的平稳运行。


2.孤岛模式下低压微电网的控制策略


2.1微源控制策略


光伏、风机、储能电池等DG经过电能变换装置接入微电网,其基本控制方法包括V/f(恒压/恒频)控制、PQ(恒功率)控制和Droop(下垂)控制等[9]。


恒压/恒频控制的微源输出恒定的频率和电压,为微电网系统提供频率和电压的参考,孤岛运行模式下的微电网常采用该控制方法;恒功率控制的微源依据给定的功率参考值输出恒定的有功功率和无功功率;下垂控制的微源模拟发电机出口特性,电压和频率根据检测到的有功功率和无功功率来调节,最终使各DG合理分配负荷。微电网处于不同的运行状态时,可采取不同的控制策略。


微电网的运行控制除了发电侧的DG控制,还包括系统级的多微源协同控制,其基本控制方法为主从控制、对等控制、分层控制模式。


微电网处于孤岛状态时,其中一个微源采取V/f控制(称为主微源),为微电网系统提供电压和频率参考,其他微源采用恒功率控制(称为从微源),该控制方法即为主从控制。


对等控制的微电网中各DG在控制上具有同等的地位,不存在主从之分,按照预先设定的功率调节方案根据本地信息自主控制。


分层控制一般设有MGCC,MGCC首先对微电网内的微源和负荷进行预测,然后拟定运行计划,并根据采集的网内电气量对运行计划实时调整,保证微电网的稳定运行。


综上所述,低压微电网对经济性、稳定性等要求较高,主从控制在通信的实时性、系统级别的统筹控制上有较大优势,因而本文选择以主从控制方式搭建微电网模型进行控制策略研究。


2.2储能系统充放电策略


储能系统是微电网的重要组成部分。光伏、风机等DG的输出功率难以满足微电网对供电质量以及供电可靠性的要求,为保证微电网正常运行,通常会配置一定容量的储能电池作为补充。根据微电网规划架构中储能系统的需求,本文选择锂电池作为微电网储能系统的主要研究对象。


对于锂电池而言,不能无限制的充电或放电,完善电池充放电控制策略以减少充放电次数可有有效增加电池寿命[10]。本章提出一种针对锂电池充放电的控制策略,以实现孤岛运行下低压微电网的稳定运行。


1)电池充放电切换问题分析


①当微电网系统电能过剩时,需要储能系统吸收电能。当电池剩余电量(StateofCharge,SOC)较小时,由电池管理系统(BatteryManagementSystem,BMS)加大充电倍率,提高充电效率;当电池SOC较大时,BMS则减小充电倍率。


②当微电网系统电能不足时,需要储能系统提供电能。当电池SOC较大时,由BMS加大放电倍率,快速向微电网补充电能;当电池SOC较小时,BMS则减小放电倍率。

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