一种用于远礁海岛独立型预装式一体化微电网系统

正近日,国家知识产权局公布专利"一种用于远礁海岛独立型预装式一体化微电网系统",申请人为北京四方继保自动化股份有限公司。一种用于远礁海岛独立型预装式一体化微电网系统,包括预装式一体化微电网房、海岛风力发电系统、海岛光伏发电系统、柴油发电机、居民负荷、驻军负荷,预装式一体化微电网房、海岛风力发电系统、海岛光伏发电系统     

含多类型电源的离网型微电网经济运行策略

微电网作为综合能源系统的终端存在形式,可作为大电网供电的补充,特别是离网型微电网被认为是解决海岛和偏远地区供电的有效手段。针对含风、光、柴、储多类型电源的中等及以上规模离网型微电网,以柴油发电机(简称柴发)和储能的经济运行区间为约束,以减少运行成本为目标,提出了柴发作主电源和储能作主电源两种模式下微电网的经济运行策略,通过风、光、柴、储之间多能互补协调控制,实现了新能源的充分消纳和柴发/储能的经济运行。该策略实施后,既可通过主电源经济运行以降低单位度电油耗,也可利用新能源发电而减少燃油使用。该策略应用于离网型海岛微电网的实际运行结果表明,所提出的经济运行策略能够在苛刻工况下有效和准确地运行。     

含风/光/柴/蓄及海水淡化负荷的微电网容量优化配置

多种能源互补的微电网供电模式,是解决未来海岛供电问题的有效途径之一。根据海岛用水需求及海水淡化系统的特点,综合考虑系统运行的经济性及环境效益,提出了协调海水淡化负荷、蓄电池及柴油发电机运行的功率分配策略。在此基础上,提出了含风/光/柴/蓄及海水淡化负荷的微电网多目标容量优化配置模型,建立了含系统投资运行成本和可再生能源利用比例的目标函数,构造了考虑微网、储能及柴机运行特点的约束条件,并采用自适应多目标差分进化算法进行求解。最后,以某地区海岛微电网为实例,通过建模、求解及分析,结果验证了所提优化配置方法的有效性,为海岛微电网的规划设计提供了理论依据和技术支撑。     

融合配电自动化技术的海岛微电网控制策略研究及实现

微电网供电模式在海岛得到了快速发展,配电自动化技术可实现对配电线路的可观可控,将配电自动化与微电网控制策略进行融合具有天然的技术优势。为丰富海岛微电网的控制手段,分别针对配电自动化技术与微电网的运行模式切换和黑启动控制进行了融合研究,并分析了在海岛应用的技术实现方案。2种技术的结合,可以进一步确保海岛微电网系统更加稳定、可靠运行,为海岛微电网供电模式的推广应用开拓新的思路。     

基于多目标决策分析的智能微电网日前调度模型

微电网可通过降低配电网的峰值负荷为关键负荷供电,提高系统供电的可靠性。然而,微电网中除了可再生能源以外还有柴油发电机,柴油发电机会产生废弃物排放污染环境。因此在考虑微电网发电成本和对配电网峰值负荷降低的优点时,还需要考虑到其碳排放的情况,因而研究提出了基于多目标决策分析的智能微电网日前调度模型。在对光伏、柴油发电机、储能电池建立数学模型的基础上,以运营成本最低、峰值时段从配电网购电最少、碳排放最少建立多优化目标,并提出实现因子,利用目标达成规划法建立多目标优化模型。算例仿真验证了所提方法具有通用性,可以在微电网中推广。     

基于永磁同步风力发电机的风-柴油互补发电系统

在孤立电网中,例如风一柴油互补发电系统,相对高的风电穿透功率能够在很大程度上降低燃料消耗,节约运行成本,但是,风力发电机输出的随机功率扰动给系统带来电压和频率的变化,会对系统稳定性造成相当大的影响.建立了多极永磁同步风力发电机与柴油同步发电机的数学模型,用PSCAD/EMTDC对永磁同步风力发电机与柴油发电机供电的风-柴油互补发电系统进行了仿真和分析.仿真和分析结果表明:基于多极永磁间步风力发电机的风-柴油互补发电系统可以依靠柴油发电机的调节系统实现较高的风电穿透功率和良好的动态性能.     

基于下垂控制的微电网并网转孤网的研究

针对微电网系统中分布式电源发电的随机性和间歇性,为了平抑分布式电源的功率波动,本文提出一种微电网能量管理系统,研究基于下垂控制的微电网并网转孤网的控制策略.该系统可以检测微电网系统内功率缺额,将锂电池储能变流器设置为下垂模式并智能跟随负荷变化,从而建立微电网过渡临时主电源.锂电池作为过渡临时主电源控制混合储能系统带动微电网内所有负荷,断开公共耦合点开关,起动柴油发电机,柴油发电机自动跟随锂电池储能变流器电压、频率后转为VF模式,由柴油发电机作为主电源带动微网内所有负荷.微电网能量管理系统切锂电池储能变流器为PQ运行模式,稳定实现微电网计划并转孤控制.     

孤岛模式下的微电网频率的协调控制研究

针对由可再生能源发电系统、常规柴油发电机组和蓄电池储能系统组成的微电网,提出了一种适合微电网在孤岛模式运行时的频率协调控制策略。该策略将系统频率的动态调节过程分为动态支持、下垂控制和无差调频3个层次,对各微电源进行分层协调控制。在该控制策略下,当可再生能源发电功率或负荷大幅波动后,首先蓄电池快速地向系统提供动态支持,分担了柴油发电机的电磁功率,从而抑制了频率初期下降或上升的幅值;扰动初期过后,系统稳态频率先后在微电源的下垂控制和无差调频的作用下完成将一次调频和二次调频的任务。利用DIgSILENT/Power Factory仿真软件研究了微电网在有功扰动下的动态运行特性,仿真结果表明了所提出的控制策略可以在微电源有功出力或者负荷需求变化时,有效地协调控制柴油发电机和蓄电池的有功功率输出,提高了微电网在孤岛模式下的频率性能。     

光柴储微电网系统建模及运行特性分析*

光柴储微电网作为一种既可并网运行又可孤岛运行的多能源互补电力系统,其运行特性受光伏发电出力波动、负荷扰动、切换时的暂态冲击等因素的影响较大。搭建了一个包含光柴储三种能源结构的微电网系统,基于不同发电单元的输出功率特性,对光伏发电单元、柴油发电机单元、储能系统分别采取MPPT控制、下垂控制、PQ控制方式,对系统由并网转孤岛、孤岛下负载突变两种运行模式进行了仿真验证。仿真结果表明,光伏发电单元参与动态功率调节能有效减小运行模式突变情况下的频率波动,提高系统的稳定性,改善系统的电能质量;该系统能最大限度利用光伏发电生产的电能,减少对柴油发电机的使用,有助于保护生态环境。     

基于模式切换的逆变器与发电机并联控制策略

随着新能源技术的发展,偏远山区、海岛等独立电力系统越来越多地采用新能源发电设备与柴油发电机混合供电方式。针对这类系统中新能源逆变器单独供电、与柴油发电机并联供电的功能需求,以逆变器单独供电时采用电压源控制、与柴油发电机并联时采用电流源控制为基础,提出基于逆变器控制模式切换和柴油发电机准同期并联相结合的控制策略,解决逆变器与柴油发电机并联过程的控制问题,电磁暂态时域仿真和1∶1样机物理实验验证了该控制策略的有效性。     

基于先导节点选取下优化下垂控制的孤岛运行微电网负荷功率分配方法

针对传统孤岛运行微电网存在运行不平稳的问题,提出基于先导节点选取下优化下垂控制的孤岛运行微电网负荷功率分配方法。首先通过导纳矩阵对电源端的电阻进行控制,给出各端口的电流及电压,得到先导节点选取矩阵相关的适应度函数,确定孤岛微电网先导节点。在此基础上,对直流电压与输出功率均值和传统下垂控制方法导致的电压跌落进行补偿,优化负荷功率的分配精度。实验结果表明,该方法可使母线电压恢复至平稳运行状态。     

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。     

考虑可中断负荷的微网能量优化

建立能量模型协调优化微网可靠性与经济性对系统经济效益的提高至关重要.考虑在并网模式和孤岛模式下都将可中断负荷纳入微网能量管理,优化各分布式电源DG(distributed generation)出力,并网时还包括微网与主网交换功率,使微网投资运行费用和补偿停电损失费用之和最小.该模型不但考虑了微型燃气轮机热(冷)电联供的发电特性,而且将热(冷)能供给优化转化为电能供给优化统一求解,回避冷热价格对模型求解影响,简化微网综合供能模型.以一个微网系统算例验证了模型和算法的有效性,计算结果表明该方法不但能确保微网负荷的可靠、经济供电,也有利于主网整体经济供电能力的提高.     

一种新型模块化交直流混合微电网拓扑优化设计及研究

微电网是促进分布式电源与可再生能源大规模接入电网的有效手段。针对微电网模块化接入及与大电网友好互动的设计运行需求,提出一种利用背靠背变流器对交直流混合微电网进行模块化封装组网拓扑,并研究了该拓扑多目标、多状态运行控制策略。通过合理设计蓄电池-超级电容器混合储能系统结构及在微电网中接入位置,蓄电池和超级电容器可发挥各自优势为微电网多模态运行提供快速功率/能量支撑。仿真分析表明,所提出的模块化微电网组网拓扑及其运行控制方式是切实可行的,不仅使得并网/孤岛双模式无缝切换成为微电网自然属性,同时还可实现微电网整体有功/无功精确调度,使得微电网成为多特性电源/负荷模块与大电网进行“友好”功率交互。     

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。     

微电网负荷优化分配

微电网因其发电形式多样、供电方式灵活而成为大电网的有益补充,但微电网的很多基础运行问题都与传统大电网有所不同,需要专门加以研究.研究了微电网的负荷优化分配问题,即在满足系统运行约束条件下优化微电网中微电源的出力,使系统总发电成本最小.分析建立了含有太阳能光伏发电、小型燃气轮机和储能装置的微电网负荷优化分配问题的数学模型,介绍了基于粒子群优化算法的数值求解方法,并通过算例验证了文中所提出方法的有效性.     

基于储能运行策略的孤岛型微网可靠性分析

作为孤岛型微网的重要组成部分,储能系统的运行策略直接影响着微网的供电可靠性。首先建立了孤岛型微网的发电电源和储能的评估模型;其次,建立了负荷切除原则和储能运行策略;最后,采用改进的时序蒙特卡罗法,对孤岛型微网进行可靠性评估,并在改进RBTS BUS6系统上进行仿真计算,结果表明,该方法能有效地计算分析孤岛型微网的供电可靠性。     

信息物理融合的孤岛微网有功协同控制方法

智能电网背景下的孤岛微网是典型的信息物理系统(CPS),在面对通信安全威胁、需求侧主动参与控制、分布式电源"即插即用"等新问题时,需要拓展传统的信息物理融合思维,开发不完全依赖于中央控制器的协同技术。基于此,提出了含有以频率为触发信号的需求侧单元、可再生能源发电、柴油发电及电池储能单元的孤岛微网有功控制模型。提出了一种完全分布式的协同控制方法使系统能以经济最优的方式实现频率的快速恢复,分为一致项、频率反馈和反馈系数设定这3个部分。其中一致项控制各发电单元遵循等微增率准则运行,频率反馈控制系统频率的快速恢复,计及了全局感知信息和误差校对信息的反馈系数,提高了系统的控制性能。仿真算例验证了所述模型与方法的有效性与可靠性。     

微网运行控制策略的研究

主要研究了微网运行的3种控制方法。根据功率型电源发电功率受环境影响的特点,在并网时对其采用P-Q控制;对主控型电源,在孤岛运行时对其采用V-f控制;同时对同种多个并联电源采用Droop下垂控制。综合3种方法建立一个比较理想的控制策略来实现最终的控制效果,并建立简单微网模型,在Matlab/Simulink环境下进行微网并网、孤岛状态转换、负荷切投等不同工况的仿真,验证控制策略的有效性。     

基于100%绿色能源供电目标的海岛微电网群容量优化配置

针对常规化石燃料机组在解决海岛供能时带来的环境污染问题,该文以100%的可再生能源发电满足海岛负荷需求为目标,探讨基于100%绿色能源供电的海岛微电网群优化配置问题。首先,构建由不同功能类型的微电网组成的海岛微电网群,并制定其100%可再生能源供电的运行规则和相应的协调控制策略;然后,根据蓄电池、抽水蓄能电站的运行特性提出以储能装置运行成本最小化为目标的运行成本动态优化策略,以使总成本最小化;最后,通过NSGA-Ⅱ算法求解不同场景下的容量优化配置模型,并分析可再生能源发电和负荷波动的不确定性对优化配置结果的影响。算例结果表明,所提的海岛微电网群优化配置模型能够在满足经济可靠性的要求下,实现100%绿色能源供电的目标,为发展"生态友好型"海岛微电网提供工程参考。