孤島運行模式下的低壓微電網(wǎng)控制策略
發(fā)布時間：2020-07-22 16:54
通過MATLAB建立微電網(wǎng)模型，仿真結(jié)果驗證了低壓微電網(wǎng)在孤島運行模式下，采用該控制策略的可行性和有效性。
1.低壓微電網(wǎng)的系統(tǒng)組成
本文的研究對象是風(fēng)光儲低壓微電網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)如圖1所示。
圖1低壓微電網(wǎng)系統(tǒng)圖
微電網(wǎng)系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、光伏電源、儲能電池、變流器、負(fù)荷、配電網(wǎng)控制系統(tǒng)等組成。發(fā)電側(cè)包含風(fēng)機(jī)、光伏電源、儲能電池等，通過變流器將微源的輸出轉(zhuǎn)換為滿足并網(wǎng)條件的電能；用電側(cè)根據(jù)負(fù)荷優(yōu)先級的不同，分為重要負(fù)荷與可控負(fù)荷。
為了能與配電網(wǎng)友好融合，微電網(wǎng)包含三個層級的控制系統(tǒng)，即配網(wǎng)級的能量管理系統(tǒng)（EMS）、微電網(wǎng)級的微電網(wǎng)中央控制器（MicroGridCentralController，MGCC）單元級的微源和負(fù)荷的就地控制器，三者互為聯(lián)系協(xié)調(diào)配合，保障微電網(wǎng)穩(wěn)定運行。
微源控制器包含在逆變器中，將微源的運行狀況實時地送往MGCC；負(fù)荷控制器為低壓測控裝置，一方面可將負(fù)荷用電情況送往MGCC，另一方面可根據(jù)MGCC的指令投切負(fù)荷；MGCC根據(jù)單元級控制系統(tǒng)上送的電氣信息對微電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，同時接收EMS下發(fā)的調(diào)控指令。
另一方面，微電網(wǎng)的運行與各微源特性、負(fù)荷特性密切相關(guān)，為了平抑DG的出力波動以及負(fù)荷的需求波動，對儲能系統(tǒng)進(jìn)行有效的能量管理至關(guān)重要。同時，微電網(wǎng)的孤島運行亟需解決電壓和頻率的管理、微源和負(fù)荷的平衡等問題，因此，需要可靠的儲能系統(tǒng)充放電策略和源荷協(xié)調(diào)控制策略保證微電網(wǎng)的平穩(wěn)運行。
2.孤島模式下低壓微電網(wǎng)的控制策略
2.1微源控制策略
光伏、風(fēng)機(jī)、儲能電池等DG經(jīng)過電能變換裝置接入微電網(wǎng)，其基本控制方法包括V/f（恒壓/恒頻）控制、PQ（恒功率）控制和Droop（下垂）控制等[9]。
恒壓/恒頻控制的微源輸出恒定的頻率和電壓，為微電網(wǎng)系統(tǒng)提供頻率和電壓的參考，孤島運行模式下的微電網(wǎng)常采用該控制方法；恒功率控制的微源依據(jù)給定的功率參考值輸出恒定的有功功率和無功功率；下垂控制的微源模擬發(fā)電機(jī)出口特性，電壓和頻率根據(jù)檢測到的有功功率和無功功率來調(diào)節(jié)，最終使各DG合理分配負(fù)荷。微電網(wǎng)處于不同的運行狀態(tài)時，可采取不同的控制策略。
微電網(wǎng)的運行控制除了發(fā)電側(cè)的DG控制，還包括系統(tǒng)級的多微源協(xié)同控制，其基本控制方法為主從控制、對等控制、分層控制模式。
微電網(wǎng)處于孤島狀態(tài)時，其中一個微源采取V/f控制（稱為主微源），為微電網(wǎng)系統(tǒng)提供電壓和頻率參考，其他微源采用恒功率控制（稱為從微源），該控制方法即為主從控制。
對等控制的微電網(wǎng)中各DG在控制上具有同等的地位，不存在主從之分，按照預(yù)先設(shè)定的功率調(diào)節(jié)方案根據(jù)本地信息自主控制。
分層控制一般設(shè)有MGCC，MGCC首先對微電網(wǎng)內(nèi)的微源和負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，然后擬定運行計劃，并根據(jù)采集的網(wǎng)內(nèi)電氣量對運行計劃實時調(diào)整，保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。
綜上所述，低壓微電網(wǎng)對經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等要求較高，主從控制在通信的實時性、系統(tǒng)級別的統(tǒng)籌控制上有較大優(yōu)勢，因而本文選擇以主從控制方式搭建微電網(wǎng)模型進(jìn)行控制策略研究。
2.2儲能系統(tǒng)充放電策略
儲能系統(tǒng)是微電網(wǎng)的重要組成部分。光伏、風(fēng)機(jī)等DG的輸出功率難以滿足微電網(wǎng)對供電質(zhì)量以及供電可靠性的要求，為保證微電網(wǎng)正常運行，通常會配置一定容量的儲能電池作為補(bǔ)充。根據(jù)微電網(wǎng)規(guī)劃架構(gòu)中儲能系統(tǒng)的需求，本文選擇鋰電池作為微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的主要研究對象。
對于鋰電池而言，不能無限制的充電或放電，完善電池充放電控制策略以減少充放電次數(shù)可有有效增加電池壽命[10]。本章提出一種針對鋰電池充放電的控制策略，以實現(xiàn)孤島運行下低壓微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。
1）電池充放電切換問題分析
①當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)電能過剩時，需要儲能系統(tǒng)吸收電能。當(dāng)電池剩余電量（StateofCharge，SOC）較小時，由電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，BMS）加大充電倍率，提高充電效率；當(dāng)電池SOC較大時，BMS則減小充電倍率。
②當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)電能不足時，需要儲能系統(tǒng)提供電能。當(dāng)電池SOC較大時，由BMS加大放電倍率，快速向微電網(wǎng)補(bǔ)充電能；當(dāng)電池SOC較小時，BMS則減小放電倍率。
