微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行分析與控制.pdf

1、由于分布式電源(Distributed Generation，DG)具有:發(fā)電方式靈活、清潔環(huán)保、投資小、供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，DG受到越來多的關(guān)注。DG接入電網(wǎng)以后，電網(wǎng)除了承擔(dān)原來的電能分配任務(wù)以外，還具有發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能等功能，增加了電力系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)、繼電保護(hù)設(shè)備的設(shè)計(jì)以及電能質(zhì)量管理等問題的難度。微電網(wǎng)的出現(xiàn)，很好地解決了以上問題。微電網(wǎng)是由負(fù)荷和DG共同構(gòu)成的小型系統(tǒng)。相對(duì)于主電網(wǎng)而言，微電網(wǎng)可以表現(xiàn)為一個(gè)可控單元，滿

2、足微電網(wǎng)內(nèi)的用戶對(duì)供電可靠性及供電質(zhì)量的特殊要求。
　　本文以微電網(wǎng)中基于可再生能源的DG的并網(wǎng)容量最大化作為規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)，確定微電網(wǎng)中各個(gè)DG的裝機(jī)容量。在分析了DG并網(wǎng)對(duì)微電網(wǎng)造成的影響以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，形成了規(guī)劃模型的電壓約束、潮流約束以及DG的出力約束。最終建立了微電網(wǎng)的規(guī)劃模型，并采用遺傳算法和牛頓-拉夫遜法求解模型。以國際能源基金會(huì)項(xiàng)目中的微電網(wǎng)作為算例證明了該研究模型的可行性與正確性。
　　為充分利用

3、DG設(shè)備，微電網(wǎng)內(nèi)的DG多運(yùn)行于最大功率點(diǎn)。受氣候、溫度、自然環(huán)境等因素的影響， DG的出力均存在一定的波動(dòng)。在合理規(guī)劃微電網(wǎng)內(nèi)DG的基礎(chǔ)上，需要在微電網(wǎng)內(nèi)加裝控制設(shè)備，提高微電網(wǎng)的可控性和穩(wěn)定性。因此，本文開發(fā)了基于儲(chǔ)能裝置的微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器，保證微電網(wǎng)在并網(wǎng)、孤島兩種模式下的穩(wěn)定運(yùn)行以及在兩種運(yùn)行模式間的靈活切換。DG并網(wǎng)運(yùn)行的控制算法經(jīng)過長期的發(fā)展和改進(jìn)后，在實(shí)際工程中的應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟。在微電網(wǎng)內(nèi)加裝微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器后，DG無需

4、改變?cè)瓉磲槍?duì)并網(wǎng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)，在微電網(wǎng)孤島情況下仍可繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
　　本文分析計(jì)算了微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器主電路中直流電壓和電容的取值、開關(guān)器件的選擇、濾波器的設(shè)計(jì)，并介紹了微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器二次系統(tǒng)。針對(duì)微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的運(yùn)行方式，研究了其運(yùn)行特性和控制目標(biāo)并建立了對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器必須具有較強(qiáng)的抗干擾及電壓控制能力、在電網(wǎng)出現(xiàn)擾動(dòng)后有較快地動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。由于三相PWM換流器模型是一個(gè)典型的非線性多輸入多輸出系統(tǒng)，模型

5、中含有狀態(tài)變量和控制變量的乘積，并且狀態(tài)變量間存在耦合，常規(guī)控制策略難以滿足輸出零穩(wěn)態(tài)誤差、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、輸入電流畸變小等要求。此外，由于小信號(hào)的假設(shè)，常規(guī)線性和非線性控制策略，無法適用于大信號(hào)工作條件。當(dāng)出現(xiàn)大的瞬態(tài)變化時(shí)，換流器的行為無法充分地反映出來。
　　作為一種在設(shè)計(jì)選擇中具有高度靈活性的控制方法，滑?？刂芐MC(Sliding-mode control，SMC)比其他非線性控制方法更易于實(shí)現(xiàn)?；？刂频闹饕獌?yōu)點(diǎn)是可以保

6、證系統(tǒng)在參數(shù)不確定、存在外界干擾情況下的穩(wěn)定性和魯棒性。因此，本文為微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器提出了基于自適應(yīng)全局滑?？刂频目刂葡到y(tǒng)，保證微電網(wǎng)在并網(wǎng)、孤島以及切換運(yùn)行過程中的穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)特性。系統(tǒng)采用PWM控制方法，解決了滑?？刂崎_關(guān)頻率不固定的問題。
　　孤島模式下運(yùn)行的微電網(wǎng)是一個(gè)弱系統(tǒng)，短路容量較小，容易受諧波、不平衡等電能質(zhì)量問題的影響。此外，對(duì)于多控制系統(tǒng)，很難通過到達(dá)條件確定各個(gè)變結(jié)構(gòu)控制。因此，本文在積分滑模面的基礎(chǔ)上加入了諧

7、振項(xiàng)，同時(shí)利用了滑?？刂频目焖夙憫?yīng)性、強(qiáng)魯棒性以及PR(proportion resonant，PR)控制能夠抑制諧波的優(yōu)點(diǎn)，從而減小了由參數(shù)不準(zhǔn)確和諧波引起的控制誤差。并且，采用指數(shù)趨近律簡化了設(shè)計(jì)過程，提高了控制系統(tǒng)在實(shí)際工程中推廣的可行性。
　　仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器控制系統(tǒng)的有效性和正確性以及微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器可抑制DG的出力波動(dòng)、保證微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率可控;為孤島運(yùn)行