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1、第33卷第2期Vol.33No.22009年1月25日Jan.25,2009超级电容器在微型电网中的应用鲁鸿毅,何奔腾(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027)摘要:总发电容量小于总负荷需求的微型电网(微网),因外部故障而进入孤岛运行时,为了保护重要负荷必须切除次要负荷。如果外部故障为瞬时性故障,则在短时间内微网又会因瞬时故障消失而重合到主网并重启次要负荷,从供电稳定性和经济性的角度来看对次要负荷不利。因此,提出在外部故障后,用超级电容器向孤岛运行的微网提供短时功率缺额,维持所有负荷并等待重合于主网。文中用理论和仿真证明了此方法的合理性。关键词:微型电网;超级电容
2、器;重要负荷;次要负荷中图分类号:TM61;TM76;TM727.20引言矩238N·m,额定转速1480r/min,其他参数为MATLAB提供的典型参数;电阻性负荷10kW,电为了保证某些重要负荷在系统外部故障时的正机负荷占总负荷比例为78.7%。常供电,出现了一种分布式电源与负荷单独构成小型电力系统的运行方式。分布式电源与负荷构成的小系统称为微型电网(微网)。微网的电压等级在400V以下,即为配电网电压等级。外部无故障时,微网与主网(配电网)连接,这种运行状态称为联网运行;外部故障时,微网与主网解列,这种运行方式称为孤岛运行。当微网中的总发电容量小于总负荷需求时,对于
3、长期的外部故障,孤岛运行时应将次要负荷切除,但是对于几秒就能恢复的瞬时故障,切负图1系统简化模型荷显然代价过高,故需要一个元件在联网运行时储Fig.1SketchmapofMicroGrid存能量,在微网进入孤岛运行的初期向微网注入功率,保持电压的基本稳定直至与主网重合。飞轮、电4)次要负荷。1台异步鼠笼式电动机,额定状池和超级电容器都是理想的储能元件,本文着重讨态运行时P=16.6kW,Q=13.6kvar,最大负载转论超级电容器在微网中的应用。矩98N·m,额定转速1460r/min,其他参数为1微网建模MATLAB提供的典型参数;电阻性负荷6.5kW,电机负荷占总负
4、荷比例为70%。本文在MATLAB软件中的Simulink环境下5)分布式电源模块。现有的分布式电源有光伏建立模型,系统简化模型见图1。当KA闭合时,微[123]电池、燃料电池、风力发电机、微型燃气轮机等,网处于联网运行状态;当微网外部故障时,KA打机端电压或为直流电压,或为高频电压,不能直接接开,微网进入孤岛运行。元件参数说明如下。于电网,而要经过逆变器,或者整流器+逆变器等功1)主网。电压等级30kV,短路容量率变换器件,使电压幅值、频率和相位与电网相匹配100MVA,X/R=7。后再并入电网,同时可利用功率变换器件的可控性2)变压器。额定容量100kVA,d11,Y
5、n接法,来实现不同的控制方式。分布式电源模块简化图见电压比30kV/400V,R=0.97Ω,X=35Ω。图2。微网中分布式电源模块的控制方式主要有23)重要负荷。1台异步鼠笼式电动机,额定状种:定功率控制和定电压控制。在定功率控制方式态运行时P=39.7kW,Q=38.8kvar,最大负载转下,分布式电源向系统注入预定数值的有功和无功功率,原理图见图3;在定电压控制方式下,逆变器收稿日期:2008209202;修回日期:2008210224。利用反馈电压以调节交流侧电压来保证电压的稳—87—©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronic
6、PublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2009,33(2)定,原理图见图4。以下各图中,TV为电压互感器,TA为电流互感器,PLL为锁相环。图5超级电容器模块图2分布式电源模块Fig.5Super2capacitormoduleFig.2Sketchmapofdistributedgenerationmodule2微网联网运行控制当图1中的开关KA闭合时,微网即处于联网运行状态,系统的电压和频率由主网进行调节,分布式电源模块在定功率控制模式下,向系统恒定输出有功功率28kW,无功功率20kvar,即设定P
7、def=28kW,Qdef=20kvar,且在不超过发电机额定容量的前提下,有功功率和无功功率的数值可以任意调节。联网运行仿真中,KA保持闭合,0.5s时KG1和KG2闭合,即分布式电源模块并入电网。仿真结果见图6。可以看出,电机的启动和分布式电源的图3恒定输出功率控制原理Fig.3Schematicdiagramofinvariablepower并网都对电网造成了扰动,前者在0.5s内达到稳outputcontrol定,后者在0.2s内达到稳定。稳定后分布电源模块按设定值向系统注入有功功率和无功功率,主网输出功率随之降低,系
