微电网储能系统建模与分析
微电网控制简介课件
02
微电网中的电力电子技术
电力电子器件及其特性
电力电子器件
包括二极管、晶体管、晶闸管、绝缘 栅双极型晶体管（IGBT）等，用于 实现电能的变换和控制。
储能系统
包括电池储能系统、超级电容储能系统、飞轮储能系统等，可实现电能的储存和 释放。
管理策略
通过对储能系统的充放电管理，实现微电网的稳定运行和优化控制，提高能源利 用效率。
03
微电网的优化控制方法
基于传统控制理论的优化方法
比例-积分-微分（PID）控制
PID控制是一种最常用的传统控制方法，通过调整比例、积分和微分三个参数，使系统输出达到期望的稳态值。 在微电网中，PID控制可用于频率和电压的稳定控制。
某高校校园微电网系统实际运行数据分析
案例3
某地储能与微电网联合调度实际运行数据分 析
案例4
某地基于需求响应的微电网调度实际运行数 据分析
THANKS
感谢观看
微电网的应用场景
微电网可以应用于居民小区、工业园区、商 业中心等场景。它可以作为分布式能源的重 要组成，提供电力和热力的供应，同时也可 以作为储能系统，实现能源的存储和利用，
提高能源的利用效率。
微电网的发展前景与挑战
要点一
微电网的发展前景
随着能源结构的转型和电力市场的开放，微电网的发展前 景非常广阔。它可以促进分布式能源的发展，提高能源的 利用效率，减少环境污染，同时也可以为用户提供更加灵 活和多样化的能源服务。
微电网的特点
微电网具有高供电可靠性、环保 性、经济性等优点，可实现新能 源的高效利用，同时具备自治运 行和并网运行两种模式。
区域电网的建模及仿真分析实验报告
区域电网的建模及仿真分析实验报告随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，在过去的几十年里，电力系统已经发展为集中发电，远距离输电的大型互联网络系统。
但是随着电网规模的不断增大，超大规模电力系统的弊端也日益凸显：成本高、运行难度大，以火电为主的能源结构给环保带来了巨大的压力。
同时，随着用电负荷的不断增加，受端电网对外来电力的依赖程度也不断提高，超大规模电力系统渐渐难以适应用户越来越高的可靠性要求以及多样化的供电需求。
针对这一系列问题与挑战，微电网的概念在本世纪初被提出。
作为新的技术领域，微电网在各国的发展呈现不同特色，我国对微电网的定义为：微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。
既可以与配电网运行（并网运行），也可以与配电网断开独立运行。
为了能满足多种电能质量要求、提高供电可靠性等多方面的需要，微电网的技术研究主要有微电网控制、微电网保护、微电网接入标准、微电源等多方向。
然而，由于微电网的结构灵活、组成成分多样化的特点，传统通过搭建小功率实物系统的方式从其安全性、经济性与科研的灵活性上都受到了很大的考验，而随着仿真建模软件技术与多核CPU、FPGA硬件技术的发展，使用仿真的方式搭建微电网并对其进行研究测试的方式得到了日益广泛的应用。
储能微电网解决方案PPT课件
平抑功率波动和电能质量治
运营 方式
理模式
备用电源模式
根据用户需求特殊定制
储能·智能微电网能解决的问题
➢实施峰谷电价模式，生产型企业 峰段能耗成本增高； ➢区域性配网缺陷，峰段供电不足； ➢区域性电能质量差，影响精密设 备相关产业
工业 园区
火电 厂
➢风力、光伏发电装机量增大，调峰 调频需求增大 ➢供暖期供暖，难以兼顾调峰调频与 供暖 ➢调峰调频增大机组损耗及能源损耗 ➢节能减排需求，调峰调频能力下降
本地监控
云数据
并网关口
风电变流器 （选择接入）
光伏逆变器 （选择接入）
储能逆变器
风机
光伏阵列
储能电池
负荷
交流 直流 通讯
储能·智能微电网应用——火电厂调峰调频
公共电网
调度中心
能量管理系统
本地监控
云数据
储能逆变器
储能电池 （功率型）
储能电池 （能量型）
储能逆变器
火电厂
交流 直流 通讯
储能·智能微电网应用——区域电网调峰调频
储能·智能微电网推广政策
《有序放开配电网业务管 理办法》
第七条符合条件的市场主体依据规划向地方政府能源管理部门申请作为增 量配电网项目的业主。地方政府能源管理部门应当通过招标等市场化机制 公开、公平、公正优选确定项目业主，明确项目建设内容、工期、供电范
围并签订协议。 第十条电网企业按照电网接入管理的有关规定以及电网运行安全的要求，向项目业主无歧视开放电网，提供便捷、及时、
高效的并网服务。
第十四条符合准入条件的项目业主，可以只拥有投资收益权，配电网运营权可委托电网企业或符合条件的售电公司，自
主签订委托协议。
新能源电力系统建模与分析研究
新能源电力系统建模与分析研究近年来，随着全球能源危机的日益严峻，新能源电力系统的研究与应用得到了广泛关注。
新能源电力系统是指利用太阳能、风能、水能等可再生资源进行发电和供能的系统。
相比传统的化石燃料发电，新能源电力系统具有环保、经济、可持续等诸多优点，已经成为世界各国能源发展的重要方向。
因此，对于新能源电力系统进行建模与分析研究，具有重要的理论和实际意义。
一、新能源电力系统的建模新能源电力系统的建模是指将系统中各种能源输入、转换和输出过程用数学模型进行描述，以便进行分析和优化。
新能源电力系统中主要包括：太阳能光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统以及储能系统等几大部分。
为了建立有效的数学模型，需要考虑以下关键因素：1. 各种能源输入的变化规律：新能源电力系统的输入来自于太阳能、风能等可再生资源。
然而，这些能源的输入变化具有多样性且不可预测，因此需要采用概率分布模型或时序模型来描述。
2. 不同发电设备和储能设备的特性：新能源电力系统中包含多种发电设备和储能设备，这些设备的特性包括容量、效率、成本以及寿命等，需要进行详细的描述和分析。
3. 电力系统的运行机制: 新能源电力系统中，各种设备相互之间的协调和调控具有重要的意义。
选用的优化策略和调度算法将对系统的运行效率、稳定性、可靠性产生重要影响。
建立好数学模型是新能源电力系统分析与优化的前提和基础。
基于数学模型，我们可以进一步开展优化和分析研究。
二、新能源电力系统的分析与优化新能源电力系统的分析与优化是指通过数学模型和相关算法，进行系统的性能评估、优化策略制定和实施方案调度等，以提高系统效率和可靠性。
1. 性能评估：新能源电力系统中包含多个部分和环节，需要通过各种评价指标进行性能评估。
例如，电力系统的供电可靠性、效率、经济性、环境友好程度等，都需要从不同角度进行评估和分析。
2. 优化策略制定：新能源电力系统中的多种设备之间相互配合和协作，需要制定有效的优化策略。
风电并网中新型储能系统建模分析
Ｑ 趼 Ｑ ‘ｅｒ ￣ｐ＇８ ｍ ＝ ｒ ＂ ｃ ’ ｝ ／ ／叼 ７ ｌ 式 中 ： 一 为 氢氧联 合循 环最 大设 计装机 容 量 ； ９ Ｑ 为 风 电装 机容 量 ；。 电解 槽 效率 ； 。 压缩 机 效 率 ； 叼为 叼为
叼 为管 道效 率 ； 为储 氢罐储 存效 率 。
直存 ｛ 置 ０ 氧联 合心 ０ 囊 ≮他辅 助 装 置 等 。 系 藏 ０ 在 。 氢 罐 里 氢 气 压 力 一 直 处能 波 动状 态 ， ｉ。 氢 。 循环 ≯ 电系统 和其砖 ３ 、 ０ 发 ◆。 — 撼 囊 曩 。 故储 。 ≮ ０ 新 于 源
图 ２风 电 场 日运 行 曲 线
２ 储 氢 一 氧联 合循 环 储 能 系统 氢
储 氢 一 氧 联 合 循 环 联 合 储 能 系 统 充 分 利 用 氢 了水 电解 与 氢 气 燃 烧 循 环 使 用 性 好 、清 洁无 污 染 的 特 点 ，是 在 氢 氧 联 合 循 环 发 电 系统 的基 础 上 提
６ — ． ８ ７１
【 祝磊． ６ ］ 基于小波包 和 Ｌ — Ｖ 的变压器励磁涌流 与短路 ＳＳＭ 电流识别方法［ ． Ｊ 陕西电力 ，０ ９ ３ （ １ ：５ ５ ． 】 ２０ ，７ １ ）５ — ８ 【］ 王宁 ， ７ 李林 川 ， 贾清泉 ， 应用原子分解的电能质量扰动 等． 信号分类方法［＿ Ｊ 中国电机工程学报 ，０ １３ （ ）５— ８ ］ ２ １ ，１４ ：１５ ． 【］ 李勋 ， ８ 龚庆武 ， 贾晶晶． 采用原子分解能量熵的低频振荡
出来 的 一 种 新 型 储 能 系 统 。 图 １是 联 合 储 能 系统
的 流程 图 。
３２ 氢 氧联 合循 环 ．
文 中采 用 给水 加 热 并 一 次 再 热 的氢 氧联 合 循 环 发 电系 统 。 系统设 置 ２个 燃 烧 室 ， 温度 相 同均 且
微电网系统
微电网系统目录1.微电网系统概述1.1 微电网系统微电网系统是一种新型网络结构，是由分布式电源、负载、储能系统和控制装置构成的系统单元。
微电网系统是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。
微电网系统是相对传统大电网系统的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过开关连接至常规大电网。
微电网系统中的核心装备即分布式电源以及储能系统，包括光伏并网逆变器、风力并网逆变器、柴油机、PCS以及BMS等。
1.1.1 光伏并网逆变器①光伏并网逆变器的发展概况光伏并网逆变器的发展源来已久，如今已经发展的十分成熟，其作用在于将PV组件产生的直流电转换为与电网同频同相的交流电，在传统的光伏发电系统有着广泛的应用。
近年来，随着微电网系统的快速发展，并网逆变器又被赋予了一种新的定义：分布式光伏电源。
它可以作为微电网系统的主电源，成为整个微网系统最核心的技术之一，又由于其电源性质的特殊性（电流源），它又可作为微网系统的补充电源。
②光伏并网逆变器的类型划分并网逆变器的拓扑结构纷繁复杂，一般分为半桥、全桥、两电平、多电平，以及单级式、双级式等类型，按照控制方式亦可分为SPWM控制型、SVPWM 控制型、CSPWM控制型等，按照电气隔离类型又可分为隔离型与非隔离型。
③三相光伏并网逆变器运行原理介绍图1三相并网逆变器控制框图图1所示为单级式非隔离三相并网逆变器的主电路拓扑及控制算法，本文所搭建的三相三电平并网逆变器的主电路及控制拓扑结构图如图1所示，由MPPT算法计算出最大功率点时的PV电压，然后控制系统使PV组件的电压维持在该电压处以保证系统能够输出最大功率（电压外环）。
并网电流经过dq 坐标变换后转变为Id与Iq分量，图1中Iq*即为有功功率轴的电流给定值，Id*即为无功功率轴的电流给定值，改变Iq*与Id*的值即可改变逆变器的输出有功功率与无功功率，而Iq*由电压外环产生，Id*由人为给定。
微电网建模及并网控制仿真
・
分布 式电源 ・
低压 电器 （０２ ． ） ２ １Ｎｏ８
微 电 网 建 模 及 并 网控 制 仿 真
李 明慧 李 国庆 ’ 王 鹤 白杨森 张 ， ， ， ，
（ ．东北 电力 大学 ， １ 吉林 吉林 ３ 华北 水利 水 电学 院 ， 南 郑 州 ． 河
摘
洋。
１２ １ ３ ０ ２；
运行分析 。 关 键 词 ： 电 网 ； 太 阳 能 电 池 ； 伏 逆 变器 ；电池 储 能 系统 ；最 优 控 制 微 硅 光 中 图分 类 号 ： Ｍ ６ ９ 文 献 标 志码 ： Ｔ １ Ｂ 文章 编 号 ： ０ １５ ３ （０ ２ ０ － ２ －５ １０ — １ ２ １ ）８０ ７０ ５ ０
规划 运行 、 稳定 性分 析 、 制保 护等各 项技术 研究 控 的基 础 。 目前 的仿 真工 具 缺 乏微 电 网模 型 ， 且微
析表达 式 ， 能较好 地 描 述 太 阳能 电池 一 般 工 作 状 态下 的 ， ． 性， 特 已被 广 泛 应 用 于 太 阳能 电 池 的 理论分 析 中 。在 特 定 的太 阳光 强 和 温 度 下 ， 应 对 的 ， 和 Ｐ 特性 如 图 ２ 所 示 。其 中 ， 为 － — ’ ， 短路 电流 ， 。 Ｕ 为开 路 电压 ， Ⅲ为最 大 功 率 点 电 ， 流， 为最 大功 率 点 电压 ， 为 最 大 功 率 。在 Ｐ 左侧 为近 似恒 流源段 ， 右侧 为近 似恒 压源 段 。
２ 郑 州新 力 电力有 限公 司 ， 南 开封 ． 河
４０８ ； ５ ０ １
４０ １ ） ５ ０ １
要： 针对现有仿真工具难 以准确仿 真微 电网及含 微 电网配 电网的现状 ， 研究
电化学储能中的计算、建模与仿真
电化学储能中的计算、建模与仿真电化学储能是一种重要的能源存储技术，在科学研究和工程应用中都有广泛的应用。
计算、建模与仿真是电化学储能技术研究中必不可少的工具，可以帮助研究人员更好地理解、分析和优化储能系统的性能。
本文将介绍电化学储能中的计算、建模与仿真方法。
计算方法。
计算方法是指使用数值方法求解基于物理模型的方程组。
在电化学储能中，最常用的计算方法是有限元方法和有限差分方法。
有限元方法将存储系统分成小的有限元，通过求解每个元的电势和电流密度来得到整个系统的电势和电流分布。
有限差分方法则将空间离散化成有限的网格，通过计算每个网格点的电势差和电流密度来求解电化学反应过程。
这种计算方法的优点是可以比较精确地描述存储系统的复杂结构及其电化学反应过程。
建模方法。
建模方法是指将实际储能系统的结构及其电化学反应过程用数学模型描述出来。
在电化学储能中，常用的建模方法包括电化学动力学模型、热传导模型、材料力学模型等。
电化学动力学模型可以用来描述电化学反应的动力学过程和溶液中的离子扩散过程。
热传导模型可以用来描述储能系统中的热传导过程。
材料力学模型可以用来描述储能系统中材料的变形和损伤过程。
这种建模方法的优点是可以用简化的方式描述储能系统的复杂物理过程。
仿真方法。
仿真方法是在计算和建模的基础上，通过计算机模拟储能系统的行为来预测其性能。
电化学储能中，常用的仿真方法包括电化学储能器件的性能模拟、电池组的效率模拟等。
通过仿真，可以有效地评估储能系统的性能，并为优化设计提供参考。
综上所述，计算、建模与仿真是电化学储能技术研究中不可或缺的方法，可以帮助研究人员更好地理解电化学反应机理和储能系统的性能特征，为实现高效、可靠、安全的储能系统提供重要的支撑。
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D-527微电网储能系统建模与分析陈琳浩1，张保会2西安交通大学电气工程学院Email: chen.3@ ，BHZhang@摘 要：微电网存在着并网和孤网两种运行方式。
本文对微电网的控制原理进行了分析，讨论了双馈式风力发电机变流器的控制策略；并根据蓄电池和超级电容器的特点给出了储能系统的控制策略；还利用仿真软件建立了包含双馈式风力发电机、蓄电池和超级电容器储能装置的微电网模型；进行了并网和孤岛两种运行模式下的仿真，验证了所提出的储能系统控制策略的可行性和有效性。
关键词：微电网；储能系统；蓄电池；超级电容器Modeling and Analysis of Micro-grid Energy StorageSystemChen Linhao 1, ZhangBaohui 2 College of Electrical Engineering of Xi'an Jiaotong University Email : chen.3@ ，BHZhang@Abstract: Micro-grid exists two kinds of operation mode: interconnection and isloated network operation. Inthis paper, the control principles of micro-grid are analyzed, and discussed the control strategy of doubly-fed wind turbine type converter; and according to the characteristics of the battery and super capacitor energy storage system control strategy is given. Using simulation software set up also contain doubly-fed wind generator, storage battery and super capacitor energy storage device of micro grid model; The interconnection and the islands of the simulation of two kinds of operation mode, verified the feasibility and effectiveness. Keywords: micro-grid; energy storage system; storage battery; super-capacitor1 引言随着分布式能源的应用越来越广泛，电源功率的随机性和波动性对配电网产生了不利的影响，人们提出了微电网的概念，而微电网的运行离不开储能系统的支撑。
参考文献[1-4]指出储能装置的主要功能：负荷调节作用，实现峰值转移；维持系统动态稳定，减小功率波动；提高调度能力，使分布式发电单元作为调度机组单元运行；提高分布式电源的输出可控性，平滑分布式电源的输出波动，降低对电网的冲击；当微电网脱离大电网独立运行时，能够及时吸收或补充必要的功率，维持微电网短时间孤岛运行。
文献[5-7]介绍了双馈式风力发电机的基本原理和励磁方式。
文献[8-9]介绍了仿真软件DIgSILENT 中电力元件的模型结构和建模仿真过程。
本文讨论由双馈式风力发电机，蓄电池和超级电容器储能装置组成的微电网的控制策略和建模仿真结果。
2 双馈式风力发电机的基本原理风能转换设备是整个风力发电单元的始端，是风能与机械能转化核心环节。
双馈式风力发电机的功率调节控制方式主要有两类：定桨距失速控制和桨距角控制。
为避免复杂的建模与计算，忽略动态迟滞效应，常用的解析风力机模型为：30.5(,)t P P Av C ρβλ=112.51(,)0.22(1160.45)P C e λβλλβ−=−− 311(1(0.08)0.0035(1))λλββ−=+−+ 式中：P t 为气动功率；v 为有效风速；β为桨距角；λ为叶尖速比。
风力发电机转子侧变流器通常采用定子磁场矢量定向控制，选择定子磁链向量为d 轴方向参考。
定子侧有功功率通过转子电流分量i rd 控制，而定子侧的无功功率可以通过转子电流的励磁分量i rq 控制，实现解耦控制。
网侧变流器通过电压定向控制维持变流器组直流母线电压稳定和变流器交流侧无功控制，实现解耦控制[2]。
此项工作得到国家重点基础研究发展计划（973计划）资助，项目批准号：2009CB219700。
D-5273 储能装置的控制策略储能装置是微电网的重要组成部分，电能通过Boost 电路和DC/AC 变流器输送到电网，反之电网中的电能也可以通过DC/AC 变流器和Buck 电路传递给储能装置。
3.1 储能装置的PQ 控制模型当微电网运行在并网模式下，储能装置需要根据需要调节微电网与大电网之间的交换功率，工作在PQ 控制模式下。
与双馈式风力发电机转子侧和网侧变流器都是DC/AC 变流器不同，蓄电池和超级电容器需要Buck-Boost 电路和DC/AC 变流器电路进行解耦控制。
这种情况下DC/AC 变流器相当于DFIG 网侧变流器，使用网侧电压矢量控制，可以实现直流电压和无功功率的解耦控制。
Buck-Boost 电路的参考有功功率决定了蓄电池侧电流i ref 的大小。
图1 蓄电池储能装置PQ 控制系统结构图3.2 储能装置的V/f 控制模型当微电网运行在孤网模式时，没有了与大电网的联系，需要特定的电源为微电网系统提供电压和频率支撑，相当于电力系统中的平衡节点。
为了保证微电网在并网、孤网模式切换时能够平稳过渡，使用公共连接点断开前的电压幅值和频率作为V/f 控制的参考值，通过PI 环节决定i dref 和i qref 的大小。
4 仿真与结果利用DIgSILENT 的电力电子元件模块及多类型图2 微电网结构变流器控制模型构建了如图2所示的包含双馈式异步发电机，蓄电池和超级电容器的微电网模型。
4.1微电网并网运行微电网并网时，控制策略的目的是为了使其作为功率可调的整体运行单元。
设定发电机发出的有功功率随风速波动，无功功率与尽量满足与负荷一致为0.25MW 。
考虑到风速的波动性，始终保持噪声分量，并在15秒到30秒之间加入了1m/s 的斜坡风速，如图3。
图3 风速大小的波形4.1.1 超级电容器的作用超级电容器主要调节发电机和超级电容器并联母线的出口功率平稳。
将输出功率设定为发电机额定值附近，有功功率2MW ，无功功率0.25MW 。
下面各图分别为发电机发出的有功、无功功率，以及超级电容器的补充功率。
可以看出超级电容器的补偿功率波动曲线与发电机发出的功率波动情况吻和，满足补偿后的输出功率稳定在设定值附近。
图4 发电机发出的有功功率图5 超级电容器发出的有功功率D-527图 6 发电机发出的无功功率图7 超级电容器的无功功率4.1.2 蓄电池的作用蓄电池控制微电网与大电网交换功率。
考虑到负荷变化，设置负荷有功在10s 时减小20kW ，35s 时增加20kW ，如图8所示。
交换有功0-5s 时为10kW ，5-20s 为0kW ，20-45s 为-20kW ，45s 到50s 为10kW ，如图9所示。
图8 负荷有功变化曲线图9 交换功率要求图10 蓄电池的输出有功功率负荷无功在15s 时增大5kVar ，40s 时减小kVar ，如图11所示。
交换无功要求为0。
蓄电池的输出无功变化如图12所示。
图11 负荷的无功功率变化图12 蓄电池的输出无功功率4.2 微电网孤岛运行孤岛运行：10s-40s 之间孤岛运行 负荷有功变化：15s 时增加20kW ，30s 时减少20kW ；负荷无功变化：20s 时设定增加5kVar ，35s 时减少5kVar ，如图13和图14所示。
图13 复合的有功功率变化图14负荷的无功功率的变化图15和图16为交流母线上的频率和电压波形，可以看出微电网的频率和电压稳定。
图15交流母线的频率图16 交流母线的电压5 总结根据仿真得到的波形和数据说明了微电网并网和孤网运行的可行性，主要结论如下：（1）蓄电池和超级电容器的本质特性就是储能元件，可以存储系统中过剩的能量，方便分布式电源按照最大功率追踪原则的方式运行，尽可能地提高可再生能源的利用率，从而减少了对化石燃料的消耗，节约了能源。
（2）微电网并网运行时，蓄电池和超级电容器组成的储能装置能够保证微电网作为一个功率可调的单元，在短时间内可以像火力发电机组一样调节功率，提高系统的可靠性。
（3）储能装置能够使得微电网出口侧的功率恒定，减小了分布式电源侧和负荷侧的波动对大电网产生影响，提高了大电网的功率调节能力。
（4）储能装置能够作为主电源，在微电网孤岛模式下吸收或提供必要的能量，维持微电网功率的平衡，电压和频率的稳定，使其独立运行。
致谢此项工作得到国家重点基础研究发展计划（973计划）资助，项目批准号：2009CB219700，特此感谢。
参考文献[1]Jauch C. Stability and control of wind farms in power systems[J].2006.[2]朱昱．储能系统主电路设计及其运行控制的研究[D]．东北电力大学，2012．[3]彭思敏，曹云峰，蔡旭．大型蓄电池储能系统接入微电网方式及控制策略[J]．电力系统自动化，2011，(16)：38-43．[4]黄晓东，郝木凯，陆志刚，陈柔伊，董旭柱，饶宏．微网系统中电池储能系统应用技术研究[J]．可再生能源，2012，(01)：38-41．[5]卞松江. 变速恒频风力发电关键技术研究[D]. 浙江大学，2003.[6]伍小杰，柴建云，王祥珩. 变速恒频双馈风力发电系统交流励磁综述[J]. 电力系统自动化，2004，(23)：92-96.[7]马奎安. 超级电容器储能系统中双向DC/DC变流器设计[D].浙江大学，2010.[8]Jauch C, Sørensen P, Bak Jensen B. Simulation model of atransient fault controller for an active-stall wind turbine[J]. WindEngineering, 2005, 29(1): 33-48.[9]Hansen A D, Jauch C, Sørensen P E, et al. Dynamic wind turbinemodels in power system simulation tool DIgSILENT[M]. 2004.D-527。