孤岛下的微电网研究(文集)
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微电网技术的研究
微电网中的应用，超级电容器在微电网中的应用，孤岛模式 下的微电网，低压微电网中的功率传输特性，微电网控制策略
中国学术期刊文辑（2013）
目
录
一、孤岛模式下的微电网 孤岛模式下的微电网低频减载策略分析 1 国外微电网的研究概况及其在我国的应用前景 孤岛运行的微电网三相不平衡潮流计算方法研究 孤岛运行方式下微电网有功功率优化策略研究 二、微电网检测技术研究 光伏并网逆变器的自适应微电网检测技术 21 含储能装置的直流微电网控制系统研究 26 16 7 11
；修回日期 ： 。 收稿日期 ： ２ ０ １ ０ １ ０ ２ １ ２ ０ １ １ ０ １ ２ ５ － － － － ） 。 国家自然科学基金资助项目 （ ５ ０ ９ ０ ７ ０ ０ ８，间差距过大 。 文献 ［ 采用多代理系统控制架构 ， ７ 当微电网出现紧急 情 况 时 ， 通过各代理的信息交互 采取相应的动作 ， 以 保 证 微 电 网 的 频 率 稳 定。但 文 ］ 献［ 都没有提出定量准确计算有功缺额的方法 。 ６ ７ － ］ 文献 ［ 提出基于频率变化率和转动惯量估算有 ８ １ ２ － 功缺额的方法 ， 在紧 急 情 况 下 可 以 实 施 较 准 确 的 低 频减载策略以恢复 系 统 频 率 ， 但上述研究都是针对 大电网进行的 。 针对 孤 岛 运 行 模 式 下 的 微 电 网 ， 本文提出了通 过试验方法获取系 统 等 效 转 动 惯 量 的 方 法 ， 并进一 步提出了根据频率变化率和等效转动惯量估算有功 缺额的方法和相应的定量低频减载策略 。
１ 微电网的动态仿真模型
微电网中包含各种分布式电源 ， 例如风电机组 、 光伏发电系统 、 微型燃气轮机发电系统 、 燃料电池发 电系统和储能设 备 。 这 些 分 布 式 电 源 特 性 不 一 ， 由 局部逆变控制并网 ， 共同支撑微电网的运行 。 本文构建的典型微电网系统如图 １ 所示 。
图 １ 微电网结构 Ｆ ｉ ． １ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ａ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｒ ｉ ｄ ｇ ｇ
孤岛模式下的微电网低频减载策略分析
２ ２ ２ ，顾 伟１， ，吴 志１， 沈 臣１，
（ ） １．东南大学电气工程学院 ，江苏省南京市 ２ １ ０ ０ ９ ６； ２．伺服控制技术教育部工程研究中心 ，江苏省南京市 ２ １ ０ ０ ９ ６
摘要 ：文中提出了一种微电网在孤岛 模 式 下 的 低 频 减 载 策 略 。 总 结 了 各 种 分 布 式 电 源 的 特 性 ， 建 立了由双馈风电机组 、 光伏发电系统 、 燃料电池发电系统 、 微型燃气轮机发电系统 、 蓄电池及局部控 制器组成的微电网的动态仿真模型 。 探讨了孤岛模式下微电 网 的 频 率 控 制 架 构 ， 以及系统频率变 化率 、 等效转动惯量与有功缺额之间的关系 ， 并据此提出了估算微电网扰动后有功缺额的方法和相 应的低频减载策略 。 基于所构建的微电网 ， 论证了以试验方式获取微电网等效转动惯量的可行性 。 时域仿真结果表明 ， 所提出的低频减载策略可以快速 、 可靠地恢复微电网的频率稳定性 。 关键词 ：微电网 ；孤岛模式 ；频率控制 ；低频减载 ；等效转动惯量
该微 电 网 系 统 包 含 ２ ７ ５ｋ ＶＡ 的 风 电 机 组 、 、 ３ １ ０ｋＷ 的 光 伏 阵 列 ２ ０ ０ ｋＷ 的 燃 料 电 池 堆 、 ５ ０ｋＷ·ｈ 的蓄电池 、 ４ ０ ０ｋ ＶＡ 的 微 型 燃 气 轮 机 和 ３ ０ ０ｋ ＶＡ 的 同 步 调 相 机 以 及 负 载 。 微 电 网 额 定 电 ／ 压为 ３ ８ ０Ｖ。 在 ＭＡＴ Ｌ Ａ Ｂ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 中建立该微电 进行各种仿真研究 。 网仿真模型 ， １． １ 双馈风电机组 双馈感应发电机 （ 的定子直接馈入电网 ， Ｄ Ｆ Ｉ Ｇ） 转子通过变频器馈 入 电 网 ， 可在较大转速范围内运 行， 与电网之间实现能量的双向传输 。 双馈风电机 组 主 要 由 叶 片 、 轮 毂、 齿 轮 箱、 联轴 器等传动装置和 Ｄ Ｆ Ｉ Ｇ 及控制系统组成 。 双馈风电 机组通过叶片捕获 风 能 ， 将风能转换为作用在轮毂
含电动汽车换电站的微电网孤岛运行优化 31 含分布式发电的微电网能量管理多目标优化 37 含逆变器的微电网动态相量模型 42
含多微源的微电网控制策略设计_ 50 三、微电网控制策略 含非线性及不平衡负荷的微电网控制策略_ 含多种分布式电源的微电网控制策略 63 含小型冷热电联产的微电网系统经济运行 68 含有储能单元的微电网运行控制技术 73 含有微电网的配电网规划方法_戴上 80 57
０ 引言
随着地球资源的日渐衰竭以及人们对环境问题 可再生能 源 的 接 入 越 来 越 受 到 世 界 各 国 的 的关注 ， 普遍重视 。 微电网是一种在能量供应系统中增加可 再生能源 和 分 布 式 能 源 渗 透 率 的 新 兴 能 量 传 输 模 式， 其组成部分包括不同种类的分布式电源 （ 例如微 风 电 机 组、 光 伏 发 电 系 统、 燃 型燃气轮机发电 系 统 、 、 料电池发电系统 、 储能设备 等） 各种电负荷和（ 或） 热负荷的用户终 端 以 及 相 关 的 监 控 、 保 护 装 置。 微 电网与大电网之间 通 过 公 共 连 接 点 进 行 能 量 交 换 ， ］ １ ２ － 。 双方互为备用 ， 提高了供电的可靠性 ［ 频率稳定对于微电网的稳定运行具有重要意 ］ ３ ５ － 。 在与大电网相连的并网运行模式下 ， 义［ 微电网 的频率受大电网控 制 ， 分布式电源按指定目标发出 一定的有功和无功 ； 当与大电网断开进入孤岛运行 模式时 ， 微电网 的 频 率 需 由 自 身 控 制 。 由 于 此 时 微 电网是个独立的小系统 ， 等效转动惯量很小 ， 少量的 功率波动将引起显 著 的 频 率 偏 移 ， 且各分布式电源 采用小规模分散接入方式 ， 波动性 、 随机性较传统大 微电网必须 电网的集中接入 方 式 明 显 得 多 。 因 此 ， 配置一定比例的储 能 单 元 ， 以维护系统频率的稳定 ， 当 性 但这并不能完全解决微电网的频率稳定问题 ， 微电网出现较大程 度 的 有 功 缺 额 时 ， 低频减载仍是 必不可少的控制手段 。 关于低频减载 ， 文献［ 提 出 一 种 基 于 比 例—积 ６］ 分 — 微分 （ 的 控 制 算 法， 并 分 别 采 用 粗 调 轮、 细 Ｐ Ｉ Ｄ） 。 调轮和紧急启动轮的微电网低频减载策略 此策略 尽量细化被切负荷 的 量 ， 避免实际被切量与应切量
微电网中的应用，超级电容器在微电网中的应用，孤岛模式 下的微电网，低压微电网中的功率传输特性，微电网控制策略
中国学术期刊文辑（2013）
目
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一、孤岛模式下的微电网 孤岛模式下的微电网低频减载策略分析 1 国外微电网的研究概况及其在我国的应用前景 孤岛运行的微电网三相不平衡潮流计算方法研究 孤岛运行方式下微电网有功功率优化策略研究 二、微电网检测技术研究 光伏并网逆变器的自适应微电网检测技术 21 含储能装置的直流微电网控制系统研究 26 16 7 11
；修回日期 ： 。 收稿日期 ： ２ ０ １ ０ １ ０ ２ １ ２ ０ １ １ ０ １ ２ ５ － － － － ） 。 国家自然科学基金资助项目 （ ５ ０ ９ ０ ７ ０ ０ ８，间差距过大 。 文献 ［ 采用多代理系统控制架构 ， ７ 当微电网出现紧急 情 况 时 ， 通过各代理的信息交互 采取相应的动作 ， 以 保 证 微 电 网 的 频 率 稳 定。但 文 ］ 献［ 都没有提出定量准确计算有功缺额的方法 。 ６ ７ － ］ 文献 ［ 提出基于频率变化率和转动惯量估算有 ８ １ ２ － 功缺额的方法 ， 在紧 急 情 况 下 可 以 实 施 较 准 确 的 低 频减载策略以恢复 系 统 频 率 ， 但上述研究都是针对 大电网进行的 。 针对 孤 岛 运 行 模 式 下 的 微 电 网 ， 本文提出了通 过试验方法获取系 统 等 效 转 动 惯 量 的 方 法 ， 并进一 步提出了根据频率变化率和等效转动惯量估算有功 缺额的方法和相应的定量低频减载策略 。
１ 微电网的动态仿真模型
微电网中包含各种分布式电源 ， 例如风电机组 、 光伏发电系统 、 微型燃气轮机发电系统 、 燃料电池发 电系统和储能设 备 。 这 些 分 布 式 电 源 特 性 不 一 ， 由 局部逆变控制并网 ， 共同支撑微电网的运行 。 本文构建的典型微电网系统如图 １ 所示 。
图 １ 微电网结构 Ｆ ｉ ． １ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ａ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｒ ｉ ｄ ｇ ｇ
孤岛模式下的微电网低频减载策略分析
２ ２ ２ ，顾 伟１， ，吴 志１， 沈 臣１，
（ ） １．东南大学电气工程学院 ，江苏省南京市 ２ １ ０ ０ ９ ６； ２．伺服控制技术教育部工程研究中心 ，江苏省南京市 ２ １ ０ ０ ９ ６
摘要 ：文中提出了一种微电网在孤岛 模 式 下 的 低 频 减 载 策 略 。 总 结 了 各 种 分 布 式 电 源 的 特 性 ， 建 立了由双馈风电机组 、 光伏发电系统 、 燃料电池发电系统 、 微型燃气轮机发电系统 、 蓄电池及局部控 制器组成的微电网的动态仿真模型 。 探讨了孤岛模式下微电 网 的 频 率 控 制 架 构 ， 以及系统频率变 化率 、 等效转动惯量与有功缺额之间的关系 ， 并据此提出了估算微电网扰动后有功缺额的方法和相 应的低频减载策略 。 基于所构建的微电网 ， 论证了以试验方式获取微电网等效转动惯量的可行性 。 时域仿真结果表明 ， 所提出的低频减载策略可以快速 、 可靠地恢复微电网的频率稳定性 。 关键词 ：微电网 ；孤岛模式 ；频率控制 ；低频减载 ；等效转动惯量
该微 电 网 系 统 包 含 ２ ７ ５ｋ ＶＡ 的 风 电 机 组 、 、 ３ １ ０ｋＷ 的 光 伏 阵 列 ２ ０ ０ ｋＷ 的 燃 料 电 池 堆 、 ５ ０ｋＷ·ｈ 的蓄电池 、 ４ ０ ０ｋ ＶＡ 的 微 型 燃 气 轮 机 和 ３ ０ ０ｋ ＶＡ 的 同 步 调 相 机 以 及 负 载 。 微 电 网 额 定 电 ／ 压为 ３ ８ ０Ｖ。 在 ＭＡＴ Ｌ Ａ Ｂ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 中建立该微电 进行各种仿真研究 。 网仿真模型 ， １． １ 双馈风电机组 双馈感应发电机 （ 的定子直接馈入电网 ， Ｄ Ｆ Ｉ Ｇ） 转子通过变频器馈 入 电 网 ， 可在较大转速范围内运 行， 与电网之间实现能量的双向传输 。 双馈风电机 组 主 要 由 叶 片 、 轮 毂、 齿 轮 箱、 联轴 器等传动装置和 Ｄ Ｆ Ｉ Ｇ 及控制系统组成 。 双馈风电 机组通过叶片捕获 风 能 ， 将风能转换为作用在轮毂
含电动汽车换电站的微电网孤岛运行优化 31 含分布式发电的微电网能量管理多目标优化 37 含逆变器的微电网动态相量模型 42
含多微源的微电网控制策略设计_ 50 三、微电网控制策略 含非线性及不平衡负荷的微电网控制策略_ 含多种分布式电源的微电网控制策略 63 含小型冷热电联产的微电网系统经济运行 68 含有储能单元的微电网运行控制技术 73 含有微电网的配电网规划方法_戴上 80 57
０ 引言
随着地球资源的日渐衰竭以及人们对环境问题 可再生能 源 的 接 入 越 来 越 受 到 世 界 各 国 的 的关注 ， 普遍重视 。 微电网是一种在能量供应系统中增加可 再生能源 和 分 布 式 能 源 渗 透 率 的 新 兴 能 量 传 输 模 式， 其组成部分包括不同种类的分布式电源 （ 例如微 风 电 机 组、 光 伏 发 电 系 统、 燃 型燃气轮机发电 系 统 、 、 料电池发电系统 、 储能设备 等） 各种电负荷和（ 或） 热负荷的用户终 端 以 及 相 关 的 监 控 、 保 护 装 置。 微 电网与大电网之间 通 过 公 共 连 接 点 进 行 能 量 交 换 ， ］ １ ２ － 。 双方互为备用 ， 提高了供电的可靠性 ［ 频率稳定对于微电网的稳定运行具有重要意 ］ ３ ５ － 。 在与大电网相连的并网运行模式下 ， 义［ 微电网 的频率受大电网控 制 ， 分布式电源按指定目标发出 一定的有功和无功 ； 当与大电网断开进入孤岛运行 模式时 ， 微电网 的 频 率 需 由 自 身 控 制 。 由 于 此 时 微 电网是个独立的小系统 ， 等效转动惯量很小 ， 少量的 功率波动将引起显 著 的 频 率 偏 移 ， 且各分布式电源 采用小规模分散接入方式 ， 波动性 、 随机性较传统大 微电网必须 电网的集中接入 方 式 明 显 得 多 。 因 此 ， 配置一定比例的储 能 单 元 ， 以维护系统频率的稳定 ， 当 性 但这并不能完全解决微电网的频率稳定问题 ， 微电网出现较大程 度 的 有 功 缺 额 时 ， 低频减载仍是 必不可少的控制手段 。 关于低频减载 ， 文献［ 提 出 一 种 基 于 比 例—积 ６］ 分 — 微分 （ 的 控 制 算 法， 并 分 别 采 用 粗 调 轮、 细 Ｐ Ｉ Ｄ） 。 调轮和紧急启动轮的微电网低频减载策略 此策略 尽量细化被切负荷 的 量 ， 避免实际被切量与应切量