微电网光伏发电系统控制与稳定性研究

在分析光伏电池原理及最大功率跟踪基础上,分析了含光伏发电系统的微电网模型。对光伏系统控制采用的是两级式控制,前级Boost DC/DC实现光伏阵列最大功率跟踪控制以稳定直流母线电压,并可升高电压以满足后级逆变器需要。后级为DC/AC逆变器,对逆变器采用V/f控制策略,此控制策略用以保证微电网的频率电压的稳定性。在Matlab/Simulink平台搭建含光伏发电系统的微电网仿真模型,分别对在并网运行时改变光照和在孤岛运行时改变负荷进行仿真,验证控制策略能够保证光伏发电系统的稳定运行。     

直流微电网运行控制策略

以光伏发电、储能装置、网侧变换器、直流负荷构成的直流微电网为研究对象,考虑孤岛和并网2种运行方式,设计系统4种工作模式,研究该微电网的运行控制策略。提出锂电池自适应调节下垂系数的控制策略,优化不同条件下电池的输出功率,提高电池和系统运行效率;光伏变换器采用变步长电导增量法进行最大功率跟踪;网侧变换器采用基于前馈解耦的电压电流环控制。该系统整合光伏发电和储能控制技术,能够在2种运行方式和4种工作模式间平滑切换,可以维持直流母线电压恒定,实现能量最优利用和系统稳定工作。实验结果验证了上述控制策略的可行性。     

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。     

光储微电网联络线功率控制策略的仿真研究

在低压并网运行的小容量光伏发电系统的基础上增加锂电池储能装置,结合本地负荷形成光储微电网。光伏发电逆变单元采用V_dc/Q控制,储能装置通过双向变流器连接至400 V母线,并网运行时采用PQ控制,其有功功率基准值由联络线功率控制模块调节。通过对微电网并网运行模式下负荷突变时的运行特性分析,验证了微电网联络线功率控制策略的正确性和有效性。     

分散自律架构下微电网功率管理与协调控制

以包含光储单元的微电网为研究对象,首先总结分析了微电网在并网和孤岛模式下光储系统中光伏与储能的逆变器控制策略;然后提出了微电网在并网及孤岛模式下的功率管理策略,在并网模式下通过调节储能来维持公共连接点(PCC)处交换功率的恒定,在孤岛模式下通过分析微电网的多分段P/f特性曲线,针对不同运行场景基于本地信息对网内功率实施分散自律管理及控制。针对储能充电的场景,提出一种基于储能充电功率修正的管理控制策略,该策略通过改变光伏DC端口的参考电压使其偏离最大功率运行点,从而达到减发电的目的以满足储能荷电状态及最大充电功率的限制。最后基于仿真和实验对所提控制策略进行验证。     

光伏发电系统运行模式无缝切换控制策略

传统独立光伏发电采用电压型控制,并网光伏发电采用电流型控制,无法实现运行模式的无缝切换。为此,提出光伏发电系统在2种运行模式下都采用电压型控制,避免控制策略切换所引起的冲击。针对光伏发电系统的特点,分别设计了光伏逆变器在孤岛运行、并网运行及模式切换时的下垂控制策略。将下垂控制进行改进,通过动态平移下垂曲线,使光伏逆变器并网运行时能够始终输出最大有功功率,抑制不同情况下的功率偏移,同时维持直流母线电压稳定,孤岛运行时能够跟踪电网运行状态,减小并网瞬间的冲击。仿真结果和实验结果均验证了所提控制策略的有效性,光伏逆变器在孤岛模式及并网模式都能够满足稳态运行要求,模式切换暂态过程平滑无冲击。     

基于孤岛模式光储直流微电网的协调控制策略

针对由光伏电池、储能电池和负载组成的孤岛模式下的直流微电网中,光伏发电单元因为自身易受外界环境影响会出现微电网功率不平衡,而传统的微电网协调控制策略使得储能电池电能质量波动较大,导致其协调控制模式切换的频率较高,为此提出采用非对称模糊控制策略跟踪最大功率点,充分利用光能,同时将直流微电网母线电压进行分段式协调控制,使得系统间协同效率较高。最终通过Matlab/Simulink建模仿真,验证所提协调控制策略的可行性与有效性。     

含储能装置的微电网并网/孤岛运行仿真研究

针对孤岛运行时风力发电、光伏电池等分布式电源输出不稳定问题,提出了一种基于f/P,V/Q下垂控制分布式电源和储能装置相结合的控制策略,建立了包含恒速风力发电机、光伏发电系统和储能蓄电池的风能与光伏混合微电网模型。通过对微电网在并网和孤岛两种模式中的运行特性进行仿真分析,验证了该控制方式的可行性。     

风储交流微电网自动功率平衡控制策略

风储交流微电网主要包含风力发电设备、储能系统和交流负荷。在风储微电网中,需要建立发电、储能和负荷间的协同功率调控机制,以确保风能得以高效利用;同时尽可能避免储能系统发生过度充电与放电。为此,提出了一种适用于风储交流微电网在离网运行模式下的自动功率平衡控制策略。在负荷轻载下,通过储能系统主动改变微电网频率,由风机主动降功率,放弃部分风能,使得电池不易过度充电;在负荷重载下,微电网频率主动上升,主动切除部分负荷,使得电池不易过度放电。暂态数值仿真说明了该控制策略可实现交流微电网的功率自动平衡,同时有效避免了储能系统的过度充电与放电。     

参与微电网频率调节的光伏发电系统模糊自适应功率控制

针对光伏在微电网中渗透率不断提高导致系统惯量和频率响应能力不足的问题，提出一种模糊自适应功率控制策略。首先，每相邻两组光伏阵列分别通过前级Buck-Boost型DC/DC变换器并联后再通过DC/AC逆变器接入微电网，其中一组光伏阵列运行在最大功率点追踪模式，并为另一台运行在模糊自适应功率追踪模式的DC/DC变换器提供最大功率参考；其次，考虑到光伏发电运行中负荷变动、辐照度波动等多种因素导致的系统频率波动，设计了模糊自适应控制器，以相邻光伏阵列提供的最大功率参考和当前系统频率为输入，决策输出功率储备因子，并结合最大功率参考生成光伏输出功率指令，实现光伏发电输出功率的自适应调节。最后，光伏阵列运行在模糊自适应功率追踪模式具有上下灵活调节的功率储备，通过自适应增加或减少功率储备实现微电网频率的双向调节。该控制策略减少了最大功率点估计器使用、无需详细的光伏模型且易于实现，基于IEEE 13节点测试系统的仿真结果验证了所提控制策略能够有效抑制微电网频率的波动。     

基于冷热电三联供系统的微电网建模及仿真

建立了内部包含冷热电三联供、储能以及光伏发电等多种分布式电源的微电网数学模型,提出了考虑经济性的运行控制策略,并采用DIgSILENT软件进行了仿真分析。在此基础上,研究了微电网并网转孤岛运行和光伏系统出力大幅变化时分布式电源功率、微电网电压和频率的变化情况,分析了运行模式转变对微电网稳定运行的影响,验证了模型与控制策略的有效性。     

风光储互补微电网系统的建模及仿真分析

利用PSCAD建立了一个含有风力发电机、光伏阵列、蓄电池及负荷的微电网模型。其中并网运行时,微电网中的风机和光伏电池采用P/Q控制模式或最大功率跟踪模式;孤网运行时,系统采用主从控制模式,蓄电池作为主控单元,采用V/f控制方式。利用建立的模型,对微电网两种运行模式及切换时的过渡状态进行了仿真分析。仿真结果验证了所建立的模型及控制策略的可行性和有效性。     

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。     

孤岛运行方式下微电网有功功率优化策略研究

微电网有联网运行和孤岛运行2种运行方式,孤岛运行时风力发电、光伏电池等分布式电源出力不稳定。为此,以收益最大为优化目标,计及可中断负荷和后备电源的作用,建立有功功率优化控制的数学模型。通过算例仿真,验证了所提模型在微电网孤岛运行下有功功率优化控制的有效性。     

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。     

蓄电池SOC限值下的微电网协调控制策略研究

微电网在孤岛模式中,由光伏阵列和储能电池并联构成的光伏逆变器作为V-f模式主控单元调节系统电压频率稳定,当光伏阵列输出功率不能满足系统需求且储能电池达到SOC限值时,逆变器不能保证系统稳定。针对此问题,本文在含光伏系统最大功率跟踪和储能电池充放电特性的系统中,提出了一种改进的V-f模式和P-Q模式控制算法,采用P-Q模式下的微燃机作为后备V-f模式调节单元,通过与光伏逆变器控制模式的切换解决了系统稳定性问题,同时在光伏阵列输出功率过剩的情况下提高了可再生能源的利用率。通过PSCAD/EMTDC软件仿真验证了其控制策略的有效性。     

光伏发电系统多模式接入直流微电网及控制方法

对接入直流微电网的光伏发电系统提出三种工作模式,即最大功率点跟踪控制模式、恒压模式和恒功率模式。在最大功率点跟踪控制模式时,采用一种变步长的扰动观察法实现最大功率点跟踪。在恒压模式时,采用PI控制实现恒压控制。在恒功率模式时,采用PI控制实现恒功率控制。当判断出不能实现恒压或恒功率控制时,切换到最大功率点跟踪控制模式,并通知能量管理器,能量管理器通过储能装置调度或负荷调度来镇定直流母线电压。从而使光伏发电系统对能量管理器来说是一个受限的可控源,有助于直流微电网的稳定运行。对所提出的多种工作模式及控制方法进行了仿真,结果表明,所提方法能使光伏发电系统运行于多种工作模式,并能实现相应的控制目标及模式切换,使光伏发电系统变为一个受限的可控源。     

基于对等控制策略的微电网运行

为减小微电网对通信系统的依赖性,实现分布式电源和负荷的即插即用,结合微电网不同运行模式,研究了微电网对等控制策略。在对等控制策略中,分布式电源采用下垂控制,调节分布式电源的输出电压和频率;下垂控制器中的P-f和Q-U具有线性的下垂特性。建立了对等控制策略下的微电网运行模型,分析了并网和孤岛运行模式之间切换、孤岛模式下切/增负荷及孤岛模式下切/增微电源三种运行状况下的微电网运行特性,基于Matlab/Simulink仿真结果,研究了微电网母线电压、DG频率和功率的变化规律,验证了控制策略的正确性和可行性。     

直流微电网电压等级的选择及其稳定控制策略研究

针对直流微电网电压等级的选择与确定,在已有直流标准和直流工程电压等级基础上,考虑微电网容量和供电半径,进行运行损耗计算,从而选择最优的直流母线电压等级。针对直流微电网电压稳定控制,并网运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定,AC/DC逆变器控制直流微电网并网功率。孤岛运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定。在PSCAD/EMTDC中搭建直流微电网仿真模型,进行不同运行模式下的电压稳定控制策略仿真验证。结果表明,所采用的电压稳定控制策略,在光伏发电功率和负荷功率波动的情况下,能很好地控制直流微电网电压稳定。     

微电网联网/孤岛模式下光伏发电系统控制仿真

针对传统光伏发电系统接入电网的不可控及其输出扰动对电网的动态影响,利用PSCAD平台建立基于微电网的光伏发电系统模型。在联网/孤岛模式下,分别研究了基于功率外环-电流内环的双闭环数字PQ控制方法。研究结果表明,采用该控制方法能够保证光伏逆变器的输出稳定在中央控制器发出的功率指令值,且直流侧电压输出稳定,实现了光伏发电系统在微电网联网/孤岛模式运行的可控性及良好的动态调节性。