微网综合控制理念研究

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1、微网综合控制理念研究第一章绪论1.1微网提出的背景能源不但是人类发展的重要物质基础，更是人类现代文明发展的核心动力，对人类社会所涉足的各个领域都产生了深刻的影响。自改革开放以来，我国经济飞速稳定的发展致使我国的能源消耗也迅猛增长，使我国跃居为世界第二大能源生产国和消费国，使我国能源资源的供求矛盾不断激化，催生了以解决上述矛盾为目的的构想的诞生分布式发电（DistributedGeneration，DG)⑴。DG就是在用户附近分散布置一些相对小型的发电装置，其规模不大，发电功率仅为几千瓦至数百兆瓦，风能、水能、太阳能、潮沙能等可再生能源和如热电联产、燃料电池等非可再生能源，均

2、可作为分布式发电的能源[2]。采用分布式发电具有众多优点：可以满足分散的电力需求；由于利用的是风电等清洁能源，因此可以减轻环境污染，对能源的利用更加充分；分布式发电还可以与大电网形成互为备用的关系，从而能够使线路损耗降低、电能质量得到改善以及供电可靠性的提高等分布式发电也不是全无劣势的，由于分布式电源的分散性，各自单独并网运行时不仅会对用户或电网产生冲击,而且还会影响系统的保护、电能质量等方面。因此:[EEE1547规定，当电力系统发生故障时首先切除分布式电源。为了能够最大限度的合理有效地解决分布式电源与大电网之间的矛盾，微网（Microgrid)这一新概念应运而生[7]。

3、1.2微网基本概念微电源（即分布式电源）、控制系统、储能装置以及负荷是微网的基本组成部分。其中微电源大多数都是通过电力电子装置与电网进行连接。1.2.1微网的结构微网附近负荷的特殊电能需求均可由其提供，基本结构如图1.1所示。图中A、B、C为三条馈线，它们共同组成了一个放射状的微型电网，与配电网通过静态幵关连接。因此可以通过对静态开关灵活地控制，实现微网孤岛、并网两种运行模式的平滑切换。如图，馈线A、B上接有重要负荷和可调节负荷，需保证在孤岛和并网运行时这两条线路不断电，因此可以配置多种形式的微电源，为负荷提供不同类型且充足的能量；馈线C中所包含的普通负荷或非敏感性负荷，该

4、线路中可以不配置微电源，直接由馈线A、B的微电源或大电网供电。当微网内部负荷变化时，微网中潮流控制器根据本地频率信息来调节微电源的输出功率，使得整个微网系统的功率达到平衡。对微网的综合控制与分析可以由能量管理器来实现。1.3微网控制运行于第一种状态即孤岛状态时，与传统电网利用调节无功功率来维持电压和利用大惯性的发电机来维持频率不同，由于微网系统的小惯性、较差的过载能力、负载功率的多变性以及可再生能源的间歇性导致微网电压和频率的控制难度增加。低压系统中电压与有功功率和无功功率均有关，因此，需要对有功和无功同时控制来达到电压控制的目的[25]。运行于第二种状态，即与大电网并网运

5、行状态时，微网通常需要满足配电网的接口要求；为了提高大电网的静态稳定和暂态稳定，有时也需要微网参与大电网的电压和频率调节[26]。当微网运行于第三种状态，即两种模式之间切换的暂态时，最主要的问题是维持微网的稳定。当微网从并网状态切换到孤岛状态时，合理的设计微网结构以及采取适当的控制方法，有助于提高微网系统的稳定性；当微网由孤岛状态重新并入到大屯网中时，为了抑制微网并网时出现的冲击电流，需要考虑其与主电网的同步问题，确保微网由孤岛状态平滑地过渡到并网状态[27]。第二章下垂控制及特性分析微网中，各微电源之间通过公共交流母线相互连接。根据自身的输出功率，每个微电源对其电压频率、

6、幅值、相位采取合理的控制方法进行调节，从而实现功率的共享。基于下垂特性的控制方案是目前常用的控制方法。在微网系统中，微电源根据各自输出功率，经下垂控制得到其输出电压幅值、频率的参考值，然后通过调节输出电压幅值和频率来合理分配系统的有功和无功功率。具体表现为：（1)在输出阻抗主要为感性的微网系统中，若微电源输出有功功率小，通过频率下垂特性增加其输出频率，从而增大其有功功率输出；若微电源输出有功功率大，通过频率下垂特性减少其输出频率，从而减小其有功功率输出。输出无功功率小的微电源，通过幅值下垂特性增加其电压幅值，从而增大其输出无功功率；输出无功功率大的微电源，通过幅值下垂特性减

7、少其电压幅值，从而减小其输出无功功率。即输出功率相对较多的单元会根据电压一频率下垂特性减少其输出，输出功率较少的单元则相应的增加其输出，直到系统的环流达到最小时这种自我调节过程才结束。(2)输出阻抗呈阻性的系统，其自我调节过程正好与输出阻抗呈感性的系统相反，因为该系统中无功功率与频率相关，有功功率与电压幅值相关。本章首先通过功率传输特性引入下垂特性，建立了下垂控制系统的小信号模型，由该小信号模型分别分析了电压频率、电压幅值下垂参数和低通滤波器的截止频率对于系统稳定性的影响，同时还提出了这三个参数的选择依据，结果表明