光储微电网运行特性及影响因素分析

建立了一个光伏发电微电网测试平台;系统以蓄电池为储能装置,并通过双向逆变器并入微电网,用以维持微电网的暂态功率平衡。当微电网联网运行时,以外电网电压和频率为参考,蓄电池双向逆变器、光伏并网逆变器采用定功率控制;孤岛运行时,双向逆变器的控制策略切换为定电压、定频率控制,用以提供微电网电压和频率参考。实验结果表明,该系统可以稳定地工作在联网模式和孤岛模式,光伏发电功率波动及负荷波动均不会影响微电网的稳态运行,蓄电池的荷电状态对微电网的稳态孤岛运行以及联网和孤岛之间的切换有重要影响。     

微电网孤网运行特性研究

微电网孤网模式下主控微源对电压和频率的控制能力对于微电网的稳定至关重要.基于 DIgSILENT 软件平台对微电网孤网运行模式下负荷的扰动、储能电池不同的额定功率对微电网电压/频率特性的影响进行研究.仿真结果表明,储能电池额定输出功率越大对电压和频率的调节作用越强,调节时间越短;负荷波动越大对电压影响越大,微电网越不稳定,在运行中应避免负荷的剧烈变化。     

基于蓄电池容量检测的孤岛微电网频率控制

频率恒定控制是孤岛型微电网控制的难点之一。储能装置可以增加微电网的发电惯性、补偿部分微源发电的间歇性与不可预测性,是微电网可靠运行的关键设备。提出了基于储能设备容量检测的微电网频率恒定控制策略,该策略以储能荷电状态及微电网内部的功率动态变化为参考,利用储能的短时过载特性,实时优化控制策略,从而保证频率恒定。利用PSCAD/EMTDC仿真软件对提出的控制方案进行仿真分析,验证了控制策略的合理性与有效性。     

微电网与公共电网即插即用技术研究

采用基于主控微源恒压恒频的组网控制策略,主控微源建立微电网的电压和频率,从微源以最大功率点跟踪运行.在微源组网基础上提出微电网的即插即用技术,通过对微电网中主控微源的并网过程和离网过程平滑切换控制,实现微电网与公共电网的能量交换,并保证微电网内敏感负荷上电压稳定.对微电网即插即用的各个实现过程进行了详细分析,并对即插即用过程进行了仿真和实验研究.结果表明微电网即插即用技术正确可行,对本地敏感负荷影响较小,易于硬件实现.     

微电网孤网运行特性研究

微电网孤网模式下主控微源对电压和频率的控制能力对于微电网的稳定至关重要。基于DIgSILENT软件平台对微电网孤网运行模式下负荷的扰动、储能电池不同的额定功率对微电网电压/频率特性的影响进行研究。仿真结果表明,储能电池额定输出功率越大对电压和频率的调节作用越强,调节时间越短;负荷波动越大对电压影响越大,微电网越不稳定,在运行中应避免负荷的剧烈变化。     

微电网中功率管理与潮流控制方法

本文以混合微电网为研究对象。在FFC控制方式下,当微源输出功率达到最大值时,微电网和大电网之间的馈线潮流以及孤岛时系统频率都将随着负载的变化而变化,不利于微电网的稳定运行。脱网时系统频率会产生偏差,大电网和微电网之间的馈线潮流越大,频率偏差就越大,甚至超出系统允许频率偏差范围。针对以上问题本文提出了一种功率优化控制策略,当FFC控制模式下的微源达到最大输出功率时,将UPC控制模式下的微源的功率给定值由额定输出功率状态切换到最大输出功率状态,减轻对FFC控制模式下微源的输出功率要求;而当负载减小到一定程度时,再将UPC控制模式下微源的功率给定值由最大输出功率状态切换回额定输出功率状态。仿真和实验验证了该控制策略的正确性和可行性。     

基于运行模式与运行指标综合评价的直流微电网优化配置

以低压直流微电网为对象,研究了其容量优化配置方法。针对直流微电网需要采用并网变换器与电网连接的特点,考虑并网变换器容量限制和上网电价等因素,以系统投资费用、运行和维护费用最低为运行目标,同时设置蓄电池荷电状态、负载失电率、系统能量过剩率以及可再生能源利用率等约束条件,利用粒子群优化算法对系统的最优配置进行求解。在分析直流微电网运行方案的基础上,提出基于系统离网运行、并网运行及离并网切换运行3种情形的优化配置方法。考察不同负载失电率和可再生能源利用率下的系统等年投资与维护费用变化趋势,同时利用优化配置结果对系统运行模式进行验证。最后对不同运行模式与不同运行指标下的优化配置结果进行对比和分析。     

基于复合储能的微电网运行方式切换控制策略

微电网是高效规模利用分布式电源的重要途径之一.针对微电网并网运行与孤岛运行方式之间的切换,提出一种含复合储能装置的微电网优化控制策略.在分析蓄电池及超级电容器特点的基础上,将功率密度高的超级电容器和能量密度大的蓄电池组成复合储能装置,用于由分布式电源组成的微电网作为主控电源,以实现微电网的平滑切换为目标.通过在线监测配电网侧与微电网侧电压、频率与相角差的变化,建立了含复合储能的微电网模型,采用多层次控制策略,实现微电网运行方式的自动无缝切换.利用PSCAD/EMTDC软件对系统进行了仿真研究,结果表明:在切换时间、频率、电压与相角差上,复合储能均小于蓄电池储能,所提优化切换控制策略及复合储能系统是有效和可行的.     

考虑蓄电池荷电状态的孤岛直流微网多源协调控制策略

为避免孤岛直流微网中蓄电池的深度充放电以延长其使用寿命,在充分考虑蓄电池荷电状态(SOC)的基础上,提出了一种包含一次分散控制和二次集中控制的孤岛直流微网多源协调控制策略。一次分散控制用于实现各微源考虑蓄电池SOC的自治协调运行,在该控制下,直流母线电压随SOC按分段下垂特性变化,当SOC接近限值时,直流母线电压会升高或降低,导致新能源发电单元降功率或负荷减载运行。二次集中控制对一次控制的下垂曲线进行了调整,用于消除一次控制在SOC接近上限时产生的稳态电压偏差,以满足特定情况下对直流母线电压的严格要求。最后,搭建了风储孤岛直流微网硬件在环仿真(HILS)实验系统,实验结果表明,所提多源协调控制策略可有效避免蓄电池的深度充放电并提升直流母线电压质量。     

孤岛运行模式下的低压微电网控制策略

根据分布式电源的分散性、间歇性等特点以及用电负荷的不同等级,需采用多种分布式电源之间的协同控制策略保障孤岛运行模式下的微电网安全稳定运行。本文采用了主从控制方式对多微源低压微电网进行控制,以提高微电网的供电可靠性。微电网孤岛运行下,源荷平衡策略首先保证重要负荷不断电运行;其次,在微源状态允许的情况下,尽量保证负荷少停电。使用Matlab建立仿真模型,通过对孤岛模式下投切负荷等情况进行仿真分析,验证了低压孤岛微电网下所设计控制策略的可靠性及有效性。     

基于主从控制策略的微网稳定性研究

考虑微网内微源容量的限制,提出微网主从控制策略,分析该控制策略的几种控制方式,介绍控制策略对微网稳定性的影响,并通过在PSCAD/EMTDC中搭建的仿真模型对该控制策略运行模式转换时的微网稳定性进行仿真分析,结果表明,基于下垂特性的电压频率控制方式可实现微网孤网运行时负荷在微源间的合理分配,且在孤网运行期间可提供有效的电压和频率支撑,微网稳定性良好。     

微电网运行模式切换下储能变流器双无源控制策略

在孤岛启动、孤岛负荷投切、非计划性离网等不利时刻,微电网母线电压频率的过大波动可能严重损害整个微电网的电气设备。被选作主逆变器的储能变流器,其控制性能对维持微电网电压频率稳定十分关键。因此,在严格证明储能变流器无源性的基础上,提出适用于微电网的双无源控制策略,以提高微电网安全稳定运行的能力。通过建立端口受控哈密尔顿模型、设立平衡点、求解能量匹配方程和阻尼参数校正,设计了基于孤岛电压环无源控制器和电流内环无源控制器的双无源控制策略。仿真结果验证了双无源控制可有效提高孤岛/并网运行模式切换下微电网电压频率的稳定性,更好保障微电网安全稳定运行。     

孤立海岛微电网供电模式下的柴油发电系统改造方案研究

为充分发挥柴油发电系统在孤立海岛微电网供电模式下的作用,并最大限度地降低孤立海岛微电网系统的建设费用,有必要对岛上传统老旧柴油发电系统的改造进行研究。针对传统老旧柴油发电系统在孤立海岛微电网供电模式下普遍存在的问题,提出了具体的改造方案,分别对柴油发电机控制器、调速器、调压器、自动化系统及通信网络等进行改造;并对改造后的柴油发电机与微电网之间的交互联系进行了分析。经改造后,柴油发电机能够实现与微电网控制中心的"四遥"功能,并通过与微电网中其它分布式电源以及储能系统的协调配合,参与孤立海岛微电网的整体运行控制,以保证微电网的稳定、可靠、经济运行。     

基于主控微源的内环参数切换控制策略

微网的主控微源从P/Q控制切换为u/f控制时,若采用相同的内环参数将造成系统电压和频率的失稳。为此,提出一种基于主控微源的内环参数切换控制策略。建立主控微源控制系统的通用模型,计及不同的预期控制性能分别基于二阶系统和三阶系统设计 P/Q 控制和 u/f控制的内环参数,当微网从并网切换为孤岛的同时切换内环PI控制器的参数。该控制策略不仅能够实现主控微源在微网运行模式切换后快速跟踪目标值,而且能够提升系统的稳定性和可靠性。最后通过算例对所提控制策略进行验证。     

Multiple roles coordinated control of battery storage units in a large‐scale island microgrid application

In order to build a large‐scale island microgrid with 100% penetration intermittent photovoltaic power generation as the only power source, a structure with multiple role battery energy storage systems (BESSs) is proposed in this paper based on the analysis of energy storage demand in the island microgrid and performance comparison of two types of batteries. The storage system in the proposed structure is composed of three types of functional BESSs. In detail, the master control units (MCUs) with LiFePO4 batteries are responsible for the voltage and frequency stability and instantaneous power balance, slave storage units (SSUs) with lead‐acid batteries are responsible for daily energy storage, and multi‐function units (MFUs) with LiFePO4 batteries are used for short‐time energy regulation. A hierarchical control structure is adopted in the system. At the local level, the converters of the MCUs are controlled as the voltage sources in paralleled mode as grid‐forming units, and those of SSUs and MFUs are controlled in the current source mode as grid‐feeding units. At the system level, a real‐time power balance coordinated control strategy is proposed, which has the capability of efficient and orderly operation of different types of BESSs. Simulation and practical operation analysis of the Qumalai 7.023 MW microgrid demonstrate the practicality and effectiveness of the research methods of the island microgrid. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

可靠性与经济性相协调的微电网能量优化

提出一种可靠性与经济性相协调的微电网能量优化方法,权衡停电损失和投资运行费用,得到微电网等年值费用最小时各类微电源的最佳运行容量和供电策略。考虑微电源出力特性、负荷随机需求、微电网与主网交换功率以及可靠性模型,基于序贯蒙特卡洛模拟法统计微电网停电损失;计及微电源运行工况和微电网运行年限,基于全生命周期计算微电网投资运行费用。算例针对自治模式下的微电网系统进行优化,分析结果表明,所述方法可为微电源优化配置提供建议,实现微电源动态经济运行,降低系统总费用。     

弱电网下变电站级微网运行模式平滑切换控制策略

弱电网下变电站级微网联络线距离长,系统容量大,并网/孤岛运行模式切换过程中电压波动剧烈易导致切换失败,为此提出一种运行模式平滑切换控制策略。一方面分析了柴油发电机组运行控制特性,对其电压输入回路进行了改进,使其适用于多并网点微网系统;另一方面在并网转孤岛切换中考虑联络线调压器调节特性,采用经电压闭锁的功率步长控制,有效减小了切换过程中的电压波动;采用自动同期与多次同期控制相结合的方式提高了孤岛转并网切换的及时性与成功率。该策略已应用于某微网项目中,成功实现了多次并网/孤岛平滑切换,验证了所提策略的有效性。     

使用电压-相角下垂控制的微电网控制策略设计

根据微电网的特点,对微电网2种运行模式采取的不同控制策略进行设计。微电网孤岛运行时,分布式发电单元采用电压源逆变器控制,使用电压—相角下垂控制实现按预定比例分配负荷功率,该下垂控制较电压—频率下垂控制可以提供更好的频率支撑。微电网并网运行时,分布式发电单元采用PQ控制,按照功率设定值输出功率。通过设计对应电压—相角下垂控制的同步控制器实现了微电网运行模式的无缝转换。利用MATLAB/Simulink对微电网运行模式转换和微电网孤岛运行时使用的2种下垂控制进行对比仿真分析,验证了电压—相角下垂控制策略的可行性和有效性。     

含超级电容混合储能系统直流微电网功率分配策略

针对直流微电网中微电源功率输出不稳定以及负荷波动导致直流母线电压偏移问题,提出一种含超级电容和蓄电池的混合储能系统充放电控制策略。该控制策略将储能系统分为5种工作模式,控制系统根据直流母线电压值选择混合储能系统的工作模式,实现蓄电池与超级电容在充电、放电及空闲模式间自由切换,从而维持直流母线电压稳定。通过Matlab/Simulink软件搭建系统模型,仿真结果表明,采用该控制策略可使直流母线电压保持在电压偏移允许范围内。     

基于三环反馈解耦控制策略的储能元件在风光互补微网系统中的应用

储能元件在风光互补发电系统组成的微网运行控制过程中具有重要地位,可以作为微网孤岛运行的组网电源,从而维持系统的电压和频率稳定。对于储能元件控制器,设计了一种包括功率环、逆变器滤波电容电压环以及滤波电感电流环的三环反馈解耦控制策略,分析了该策略在微网稳定运行和孤岛/联网模式无缝切换过程的作用。利用Matlab仿真了由储能元件、风电和光伏组成的微网系统并且建立了实验平台。仿真及实验结果表明,基于该控制策略的微网在孤岛运行、联网运行以及两者切换的过程中能够保持电压和频率稳定性,对微网内负荷供电可靠,并可实现微网