微型燃气轮机发电系统孤岛及并网运行的建模与控制策略

微型燃气轮机是目前世界上新能源利用的一个主要方向,特别是在微网中得到了广泛重视,其发电系统控制对于微网并网及孤岛的稳定运行至关重要。本文采用模块化建模方法,基于Matlab/Simulink建立了微型燃气轮机发电系统(MTGS)的机电一体化仿真模型,包括微型燃气轮机本体,永磁同步发电机、整流器和逆变器四个部分。并着重研究了MTGS系统孤岛及并网运行的相关控制策略,前者采用了输出电压控制以维持负荷输出电压,后者采用了PQ解耦的双闭环控制,并提出了输出电压解耦控制与电流滞环控制相结合的新型控制策略来调节MTGS的输出功率。仿真的结果表明该策略的可行性。     

含多个微源的微电网并网/孤网运行仿真研究

以内蒙古北方地区的MW级分布式热、电、冷三联供系统集成技术与示范工程项目为契机,研究了含有多个微型燃气轮机的微电网并网／孤网运行特性。由于微电网中许多微源如微型燃气轮机、风机等输出的电压、电流并不满足并网和负荷的要求,因此需要通过整流、逆变装置加以控制,使输出变为工频的电压和电流。研究采用双PWM技术设计微型燃气轮机的整流、逆变控制系统;构建了由多个微型燃气轮机、负荷以及配网组成的仿真模型。仿真结果表明：PWM换流器能有效地改善微型燃气轮机的输出特性,减少注入微电网的谐波从而改善徽电网电能质量：微源之间能够较好地协调,无论在并网或者孤网运行时都能满足系统电压、频率以及负荷要求．     

微网系统稳定运行及模式平滑切换研究

提出了一种基于对等结构的控制策略,实现微网系统在并网和孤岛两种模式下的稳定运行和平滑切换。稳定运行时的多环控制策略包含电压-相角下垂控制、虚拟阻抗控制和电压电流双环控制,可按逆变器额定容量之比精确分配负荷功率,保持系统电压幅值、频率的稳定。并网时采用基于双二阶广义积分器及锁频环的电压同步策略,使微网的电压幅值、相角快速向主网同步,从而平滑并网。解列时设计了功率同步策略,通过降低微网与主网间的交互功率,抑制切换时的功率冲击。仿真结果表明,所提控制策略能够保证微网系统的稳定运行,同时在过渡模式下,减小网络冲击,稳定系统频率,实现模式平滑切换。     

甘南电网孤网运行电压及其频率控制研究

水电群由于故障并网断路器跳闸后与主网裂解形成孤网时,孤网区域内负荷功率极低导致系统功率大量过剩,从而引起频率和电压的大幅变化。针对甘南孤网运行出现的问题,根据甘南电网实际运行情况制定出合理的切机方案从而抑制孤网高频,并通过投切电抗器和发电机进相运行来控制电压变化。利用PSASP对控制方案进行了仿真验证,结果表明,在合理的控制策略下甘南电网可以维持孤网运行时的稳定。     

含多种分布式电源的微网动态仿真

通过算例仿真研究了不同分布式电源配置方案下低压微网从并网模式向孤网模式转换的动态运行特性,获得了分布式电源的功率、微网电压和频率的变化规律。如果选择微型燃气轮机作为微网的功率支撑手段,在微网从并网向孤网过渡过程中,系统频率波动较大,且部分分布式电源有可能在低频保护动作下与电网隔离,不利于微网的稳定运行;增加储能设备后,储能设备对于微网的稳定运行可发挥重要的作用。采用下垂控制策略的蓄电池在微网孤岛运行时可以快速为系统提供有功、无功支撑,有效抑制了由于燃气轮机动态响应速度慢引起的电压和频率偏差。     

微型燃气轮机微网控制策略

为实现微型燃气轮机"以热定电"的特点,在联网运行时对每台燃气轮机采用PV控制。为实现微型燃气轮机的即插即用,孤岛运行时采用基于P/f和Q/V下垂特性的对等控制,在负荷变化时仅利用各台微型燃气轮机本地信息进行协调控制分配负荷,并满足负荷对电压和频率的要求。为了保证直流侧储能设备的运行安全,在有功下垂控制中,增加了功率输出限制环节。通过对微网孤岛运行模式和联网运行模式之间切换、孤岛模式下增减负荷达到燃气轮机出力极限的仿真和分析,证明了燃气轮机微网在联网与孤岛运行方式下控制方法的可行性和限制功率输出环节的有效性。     

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。     

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。     

微电网中并列运行逆变器控制策略研究

考虑到微网内分布式电源的多样化和分散性,提出一种PQ控制与基于下垂特性的电压电流控制相结合的控制策略。PQ控制可以实现间歇性微源的最大能源利用率,基于下垂特性的电压电流控制在微网运行模式或结构发生变化时,可以很好地实现负荷功率共享,以维持微网频率和电压的稳定。此控制策略既可以在并网模式下运行,也可以在孤岛模式下运行。 并在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了微电网仿真模型,验证了此控制策略的正确性和有效性。     

基于改进功率环的微电网对等控制策略研究

基于传统下垂控制方法存在的不足,同时考虑减小微电网依赖于通信系统,使负荷和分布式电源能够即插即用,提出一种基于改进功率环的微电网对等控制策略。传统的下垂控制方法会造成系统频率和交流母线电压的偏差,针对该问题,引入电压补偿环节和频率补偿环节,构建改进的功率环反馈控制器。利用该控制策略对由2台同容量分布式电源构成的微电网进行仿真分析,并和采用传统下垂控制方法所得结果进行比较,此外,在并网/孤网切换模式和负荷投切模式下,分析该控制策略下的微电网运行特性,仿真结果表明了基于改进功率环的微电网对等控制策略能够有效降低系统频率和交流母线电压的偏差。