微電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略-副本

XX大學(xué)本科學(xué)位論文題目：微電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略摘 要本文主要通過(guò)進(jìn)行了理論研究仿真平臺(tái)搭研究微電網(wǎng)綜合協(xié)調(diào)控制策略本文設(shè)計(jì)了PQ控制器、基于下垂特性的V/f控制器，并對(duì)逆變器輸出濾波器進(jìn)PI控制器的缺乏，利用模型預(yù)測(cè)控制方法設(shè)計(jì)了微網(wǎng)中分布式微電源逆變器的模型預(yù)測(cè)控制策略和基于下垂特性的V/f并在TA/Simulink中建立了仿真模型，對(duì)單個(gè)微電源分別采用PI控制和MPC控制時(shí)的不同場(chǎng)景進(jìn)行了分析，證明了MPC控制器的效果。最后建立了微電網(wǎng)的模型用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組光伏以及蓄電池三種微電源的模代替直流電壓源，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制策略，在TA/Simulink中，搭建了整個(gè)系統(tǒng)的模型分別在風(fēng)機(jī)和光伏陣列出口處配置蓄電池用于平抑并網(wǎng)功率并關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；綜合協(xié)調(diào)控制；風(fēng)光儲(chǔ)；逆變器；模型預(yù)測(cè)控制onControlofMicro-gridAbstractmainlystudiesthemicro-gridcontrolbytheoreticallysimulationlaidtheforin-depthstudyofmicro-grid.thisaPQaV/fbasedoncharacteristictheoutputfilterhasPItheModelControlstrategywasusedtothePQmodelstrategyV/fmodelpredictivestrategyonhrateistics,ndthesimulationmodelwsstablishedinTA/Simulink.Thn,bysimulatingamicro-sourceusingPIcontrollerMPCcontrollerinbyandtheofMPCproved.strategythemodelofwithmultiplebuilt,thesimulatingunder3themodecuttingoraddingloadinislandamicro-sourceinislandmode,itisthattheMPCinthisthesisasoundcontroltheboththefrequencytheofthetheofthemodelwasbuilt,usedawindaphotovoltaicastoragebatterytoDCsources,withtheofThewholemodelofthewsthenbuiltinTLA/Simulink,inwhichastoraebttrywsplacdrspetivlyintheofwindpowerandtheexportofPVarrayforstabilizingpowervoltagefrequencysupportinislandmode.ThesimulationthefeasibilityofthecontrolMicro-grid；Integratedcontrol；Wind-Solar-Storage；目 錄摘 要................................................................................................................................I................................................................................................................................II第一章緒論.........................................................................................................................1選題背景及意義....................................................................................................1微電網(wǎng)開(kāi)展現(xiàn)狀....................................................................................................2微電網(wǎng)的控制........................................................................................................4論文工作的主要內(nèi)容...........................................................................................7第二章微電源并網(wǎng)及控制模型.........................................................................................8微電源并網(wǎng)模型及參數(shù)確定................................................................................82.1.1三相電壓型逆變器的數(shù)學(xué)模型..................................................................82.1.2PQ計(jì)算 102.1.3濾波器的設(shè)計(jì) 微電源的PI控制策略 2.2.1PQ控制器 2.2.2基于下垂特性的V/f控制器 12本章小結(jié)...............................................................................................................17第三章微電源的模型預(yù)測(cè)控制.......................................................................................18模型預(yù)測(cè)控制機(jī)理..............................................................................................18微電源的模型預(yù)測(cè)算法......................................................................................193.2.1PQ模型預(yù)測(cè)控制器 193.2.2基于下垂特性的V/f模型預(yù)測(cè)控制器 23系統(tǒng)建模與仿真...................................................................................................23基于的控制系統(tǒng)建模 233.3.2仿真結(jié)果分析............................................................................................25本章小結(jié)...............................................................................................................28IV第四章微電源組網(wǎng)運(yùn)行控制策略...................................................................................294.1微電網(wǎng)主電路模型和仿真參數(shù)..........................................................................294.2微電源組網(wǎng)運(yùn)行仿真分析..................................................................................314.2.1微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換的仿真.....................................................................31微電網(wǎng)孤島模式下增/切增負(fù)荷的仿真....................................................324.2.3微電網(wǎng)孤島模式下切除微電源的仿真.....................................................334.3本章小結(jié)......................................................................................................................34第五章結(jié)論......................................................................................................................47參考文獻(xiàn).............................................................................................................................48致 謝.............................................................................................................................52第一章緒論微電網(wǎng)成為近年來(lái)越來(lái)越多被研究的發(fā)電形式，它主要包含風(fēng)能，光能燃料電池和其他形式的可再生清潔能源它不僅能保護(hù)環(huán)境還可以節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)能源的多元化利用。目前已被廣泛研究的大規(guī)模發(fā)電遠(yuǎn)距離傳輸和大電網(wǎng)并聯(lián)的電力形態(tài)存在其固有的缺點(diǎn)：高本錢(qián)，難維護(hù)，并越來(lái)越難滿足使用者的需要[1,2]。而分布式能源可以解決這些問(wèn)題他可以提高電能質(zhì)量增加電能供給的靈活性和可擴(kuò)展性增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性優(yōu)化配電系統(tǒng)增加旋轉(zhuǎn)備用容量減小輸配電的本錢(qián)這些都是CETS網(wǎng)是一種負(fù)荷和微電源的集合其中微電源為系統(tǒng)同時(shí)提供電力和熱力微電源中的大多數(shù)必須是電力電子型的并能提供所要求的靈活性以確保能以一個(gè)集成系統(tǒng)運(yùn)行其控制的靈活性使微電網(wǎng)能作為大電力系統(tǒng)的一個(gè)受控單元以適應(yīng)當(dāng)?shù)刎?fù)荷對(duì)可靠性和平安性的要求[5]。圖of圖條饋線和C及1體輻射結(jié)構(gòu)，饋線通過(guò)主分隔裝置與配電系統(tǒng)相連，微電網(wǎng)通過(guò)PCC與外部大電網(wǎng)相連，通過(guò)控制PCC點(diǎn)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)中還包括光伏發(fā)電、風(fēng)能、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)等微電源形式，其中一些接在熱力負(fù)荷附近，目前已經(jīng)有相當(dāng)多的國(guó)家在研究“微網(wǎng)。其中以歐盟、美國(guó)和日本最為先進(jìn)，他們的研究目標(biāo)如表1.2所示。第一章表goalofEU.,20051300萬(wàn)歐元，兩次均包括希臘、法國(guó)、葡萄牙的電力公司和、SMA、、等著名公司，以及Porto、theuniversityKassel等大學(xué)和團(tuán)體，并建立了微電網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)重點(diǎn)研究了如何將各種分散的小電源連接成一個(gè)微電網(wǎng)并連接配電網(wǎng)多個(gè)微電網(wǎng)連接到配電網(wǎng)的控制策略協(xié)調(diào)管理方案系統(tǒng)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)調(diào)度措施，以及微電網(wǎng)對(duì)大電網(wǎng)的影響等內(nèi)容。美國(guó)擁有微電網(wǎng)的權(quán)威研究機(jī)構(gòu)在威斯康辛麥迪遜分校、俄亥俄州Columbus的技術(shù)中心建立了微網(wǎng)平臺(tái)。此外美國(guó)還擁有美國(guó)電力管理部門(mén)與通用電氣建立的微網(wǎng)平臺(tái)加州能源認(rèn)證資助的商用微網(wǎng)源部提出了微型電網(wǎng)研究開(kāi)展的路線圖，如圖1.2所示。3圖1.2ofbyofEnergyof微網(wǎng)的控制有多種方式一種是模擬傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的分層控制方案它是將微網(wǎng)控制分為分布式電源原動(dòng)機(jī)控制分布式電源接口控制和微網(wǎng)及多微網(wǎng)上層管理系統(tǒng)的時(shí)候微網(wǎng)對(duì)大電可以即插即用微網(wǎng)中的不同類(lèi)型的分布式電源對(duì)微網(wǎng)具有即4第一章插即用的功能?？傮w來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)控制的主要目標(biāo)為：1.調(diào)節(jié)微網(wǎng)內(nèi)的功率潮流，實(shí)現(xiàn)功率解耦控制；2.調(diào)節(jié)微電源出口電壓，保證局部電壓穩(wěn)定;3.孤島模式下，提供電壓頻率參考，實(shí)現(xiàn)微電源快速響應(yīng)和功率分擔(dān)；4.平滑自主實(shí)現(xiàn)與主網(wǎng)別離、并聯(lián)或二者過(guò)渡。目前微電網(wǎng)控制策略已有許多研究，但仍然有一些缺乏之處需要改良：首先目前采用的控制算法在模式轉(zhuǎn)換時(shí)多存在沖擊大調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題其本文主要研究了微電網(wǎng)綜合控制策略的理論仿真平臺(tái)為后續(xù)微電網(wǎng)的深入研究奠定了根底。PQ特性的V/f控制器的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)逆變器輸出濾波器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。第三章，針對(duì)PI控制器的缺乏，利用模型預(yù)測(cè)控制方法，設(shè)計(jì)了微網(wǎng)中分布式微電源逆變器的PQ控制策略和基于下垂特性的V/f控制策略，并在TA/Simulink中建立了仿真模型，對(duì)單個(gè)微電源分別采用PI控制和MPC控制時(shí)的不同場(chǎng)景進(jìn)行了分析，證明了MPC第四章，建立了微電源組網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)模型，通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行模式的切換、3種情況下的運(yùn)行特性進(jìn)行仿真分析經(jīng)過(guò)仿真分析本文設(shè)計(jì)的微電源模型預(yù)測(cè)控制器在以上三種情況時(shí)都能很好地進(jìn)系統(tǒng)的功率控制實(shí)現(xiàn)負(fù)荷功率共享同時(shí)微電網(wǎng)電壓和頻率變化在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，證明了控制策略的有效性。第二章微電源并網(wǎng)及控制模型2.1三相電壓型逆變器的數(shù)學(xué)模型三相電壓型并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.1所示。饋線圖of三相并網(wǎng)逆變器通過(guò)濾波電感Lf、電容Cf、線路阻抗Zln和饋線相連，三相負(fù)載接于濾波電路出口和傳輸線路之間，其阻抗為Zld，三相電流為。為變流器三相出口電壓，、、為變流器的三相輸入電流，UUUc為濾波電路出口電壓〔即三相負(fù)載Zd電壓，ca、cb、cc為濾波電容電流；U、U、U為饋線的三相電壓。根據(jù)基爾霍夫電壓和電流定律，可以寫(xiě)出以下方程8第二章在實(shí)際仿真中需要建立用開(kāi)關(guān)函數(shù)表示的逆變器數(shù)學(xué)模型令SA、SB、SC為SiiA,B,C

那么變流器出口電壓可以表示為：坐標(biāo)系〕下的數(shù)學(xué)模型。將d軸選為與電網(wǎng)電壓矢量同向由三相靜止坐標(biāo)系到dq坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為9式中，ω為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的角頻率。同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型為電網(wǎng)電壓矢量定向的dq坐標(biāo)系下由逆變器輸入到電網(wǎng)的有功和無(wú)功功率計(jì)gudduqqudidui ui uig dq qd dq

〔〕單獨(dú)調(diào)節(jié)其輸入電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率，即PQ解耦控制。經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后，變流器系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。1LfUd 11Lfsωω1LfUq1Lf sIq

1 1C1Cfωω1Cf1 1Cfs圖ofunder10第二章濾波器的設(shè)計(jì)濾波器的設(shè)計(jì)對(duì)于采用SPWM計(jì)的一般原那么如式〔〕所示。fnfcfs/fc1/(2πLfCf)

〔〕式中：fc為濾波器的諧振頻率；fn為調(diào)制波頻率；fs為SPWM的傳遞函數(shù)如式〔〕所示。G(

1/f

jωLf1/fRfω2

〔〕 0 (jω)2jω

ω2其中，1/

0 0R CffLfCf,ξ=2 L 。f因此，可以根據(jù)式〔〕～〔〕設(shè)計(jì)濾波器參數(shù)，同時(shí)需要保證濾波電感上的壓降不能超過(guò)系統(tǒng)電壓的3％。控制器為了保證可再生能源的最大利用，通常對(duì)可再生能源采用PQ分布式電源在并網(wǎng)時(shí)也可采取PQ控制。逆變器采用PQ控制策略時(shí)，無(wú)論負(fù)荷、電壓、頻率是否變化，微電源都能保證恒定功率輸出。在微電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，分布式電源均可采取PQ下垂特性控制來(lái)進(jìn)行頻率和電壓的支撐。PQ逆變器PQ所示。從圖中可以看出，d軸和q由得到給定電流與檢測(cè)電流的差值經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器并進(jìn)行電流前饋補(bǔ)償后，得到電壓調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)SPWM通過(guò)三相鎖相環(huán)PLL檢測(cè)得到。基于下垂特性的V/f控制器下垂特性基輸電線路的功率傳輸特性這里首先對(duì)輸電線路功率傳輸特性進(jìn)行介紹。圖微電網(wǎng)的簡(jiǎn)化模型直流電壓源dc由逆變器轉(zhuǎn)化為三相交流電通過(guò)線路阻抗Z2.5為逆變器輸出為交流母線的電壓幅值，δ為逆變電源輸出電壓矢量與交流母線電壓矢量的相角差。12第二章圖PowerexchagebusU圖逆變電源輸出的復(fù)功率的表達(dá)式

〔〕可以看出低壓輸電系統(tǒng)有功功率的傳輸主要決定于電壓幅值無(wú)功功率的傳輸決定于高壓輸電系統(tǒng)的線路參數(shù)可以忽略，Z=X，θ90

，假設(shè)功率角δ很小，那么sinδδ，cosδ1，公式可變形為：主要決定于電壓幅值U。模擬傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的下垂特性來(lái)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)中微電源的無(wú)線并聯(lián)控制稱微電源逆變器下垂控制實(shí)質(zhì)為各逆變單元檢測(cè)自身輸出功率通過(guò)下垂特性得到輸出電壓頻率和幅值的指令值然后各自反相微調(diào)其輸出電壓幅值和頻率到達(dá)系統(tǒng)有功和無(wú)功功率的合理分配。各逆變電源的輸出電壓頻率和幅值均按下式變化：〔〕其中，P為微電源運(yùn)行在額定頻率下的輸出功率，U為微電源輸出無(wú)功功率為n 00時(shí)的電壓幅值，m、n分別為有功和無(wú)功下垂特性系數(shù)，fn為電網(wǎng)的額定頻率。下垂特性如下列圖、圖。14第二章ffnfminn xP圖P/f基于下垂特性的V/f控制，根據(jù)微電網(wǎng)控制的要求，靈活選擇與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)相類(lèi)似的下垂特性曲線進(jìn)行控制將系統(tǒng)的不平衡功率動(dòng)態(tài)的分配給各機(jī)組承擔(dān)，消除無(wú)功電流環(huán)流的目的。其具有簡(jiǎn)單、可靠、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。逆變器微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行時(shí)由于失去了電網(wǎng)支撐此時(shí)主控型微電源需要轉(zhuǎn)換控制策略采基于下垂特性的V/f控制方法以分擔(dān)并網(wǎng)時(shí)由大電網(wǎng)向微電網(wǎng)傳輸?shù)墓β?，同時(shí)提供微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率參考。其控制器包括兩個(gè)局部：1〕功率控制由于頻率信號(hào)便于測(cè)量所以這里采用頻率控制代替相角控制其設(shè)計(jì)的功率控制器結(jié)構(gòu)如圖2.9所示。在圖2.9P和無(wú)功功率Q須滿足件。功率控制器的輸出將作為電壓電流雙環(huán)控制的參考電壓和角頻率。為了改善三相輸出電能需對(duì)電壓和電流進(jìn)行精確動(dòng)態(tài)的控制目前有許多控制策略，最典型的就是電壓電流雙環(huán)控制。其控制器結(jié)構(gòu)如圖2.10所示。of16第二章2.3本章首先給出一種通用的微電源逆變器模型并對(duì)PQ計(jì)算理論和逆變器輸出濾波器進(jìn)行了設(shè)計(jì)針對(duì)微電源的不同類(lèi)型以及微電網(wǎng)的兩種典型運(yùn)行模式將微電源分為主控型和功率源型兩類(lèi)主控性微電源逆變器采用基于下垂特性的V/f控制功率源型微電源采用PQ控制，并分別給出了兩種控制策略的根本原理和控制器設(shè)計(jì)。17第三章微電源的模型預(yù)測(cè)控制章利用模型預(yù)測(cè)控制方法設(shè)計(jì)了微網(wǎng)中分布式微電源逆變器的控制策略在每一個(gè)采樣周內(nèi)通過(guò)事先建立的預(yù)測(cè)模型對(duì)可選擇的控制變量進(jìn)行評(píng)估使價(jià)值函數(shù)最小控制變量將被選擇在下一個(gè)采樣周期應(yīng)用該控制策略由于省去了電流線性控制器和PWM行實(shí)現(xiàn)。3.1電力電子變換器的控制取決于如何選擇適宜的門(mén)極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)S(t)模型預(yù)測(cè)x(t)在tk時(shí)刻的值為)，并設(shè)能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制變量存在n種可能，且nn)x(t)和預(yù)測(cè)函數(shù)f到在tk)fx(tk,n。預(yù)測(cè)函數(shù)f不限形式只要能實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)功能可以應(yīng)用于模型預(yù)測(cè)控制策略中通常是根據(jù)系統(tǒng)的xx(t)SS

(tk)

(tk2)(tk) S2SSS3 2S3

k2)Sx*(t)Sntk

(tk)Sn(tkn)tk

(tk2)(tkn)ttk2圖18第三章為了確定在某一時(shí)刻最正確的控制行為通常定義一個(gè)價(jià)值函數(shù)fg，fg是參考變量(t)和預(yù)測(cè)的狀態(tài)變量x

)gf

x*x

)ik

i g ikik(t)與預(yù)測(cè)狀態(tài)變量ik

)差的二次方，即* 2gixt)itk1)。在某一時(shí)刻，系統(tǒng)的n個(gè)控制變量值導(dǎo)致n個(gè)不同的價(jià)值函數(shù)值gi使價(jià)值函數(shù)gi最小的控制變量值將在下一個(gè)采樣周期被應(yīng)用從圖可以看出在tk時(shí)刻控制變值3使價(jià)值函數(shù)gi最小所以tk時(shí)刻3被選擇在tk1時(shí)刻，控制變量值S2使價(jià)值函數(shù)gi最小所以tk1時(shí)刻控制行為S2將被選擇控制系統(tǒng)將以3.2PQ模型預(yù)測(cè)控制器根據(jù)基爾霍夫定律，可以建立逆變器的三相電壓電流方程為： Uia UldaLdi

fdtb

ib

ldbc

Uic

Uldc (3.1)為了方便控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將其轉(zhuǎn)化為兩相αβ坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)整理得到：

d

1

1

(3.2)iβ

L

L對(duì)上式進(jìn)行離散化，得到1(k(k)sβ β Ti(ki(ksβ β 式中，Ts為采樣周期。由上式可得

1(k)L (k) L (k)

1(k)L (k)L (k)

(3.3)19(k (k) T(k)Uldα(k) s

(3.4)iβ(k) iβ(k)

L(k)Uldβ(k)在用開(kāi)關(guān)函數(shù)表示的逆變器模型中，

2Udc[Sa3

1(S2

bSc]

(3.5)UU 2 (SUU

S)iβ

2 b c三相并網(wǎng)逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)的組合存在8種，在使用SPWM出口產(chǎn)生7個(gè)不同的電壓矢量。這7個(gè)不同的電壓矢量如圖4所示。βu3 u2uS30)u4 S4

S20)0) αS00)S7S5

S6u6

u0,7圖of為了進(jìn)行PQ解耦控制，將模型轉(zhuǎn)化為兩相坐標(biāo)系下的模型為：(k)

(k (k)(k)

iβ(k) (3.6)(k)

(3.7)(k)其中，ω為電網(wǎng)角頻率。

(k)三相并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電壓矢量定向的坐標(biāo)系下有功功率P和無(wú)功功率Q可以表示為：20第三章PUlddUlqqUlddQUlqdUldqUldq

(3.8)考慮到孤島運(yùn)行時(shí)饋線電壓會(huì)發(fā)生波動(dòng)需要對(duì)饋線電壓進(jìn)行預(yù)測(cè)本文采用拉格朗日外推法進(jìn)行電壓的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)公式如下：Ud(k)Ud(k)Ud(k)Ud(k)

(3.9)由此可得：

P(k)Uld(kd(k)Q(k)Uld(kq(k)

其價(jià)值函數(shù)g表示為g[*(k)(k2*(k)(k2

其中，*(k,*(k)為k1時(shí)刻有功功率和無(wú)功功率的給定值?；谀Ｐ皖A(yù)測(cè)PQ控制原理圖如圖3.3所示。逆變器 饋線等效 DG

Ui

ZUldabck)SBk)SB(k)SC優(yōu)化函數(shù)求解

ωSA(

(k)

UlddqP

dq 計(jì)算Q預(yù)測(cè)模型計(jì)算Q預(yù)測(cè)模型dk)qk)

Uldd

(k)(k)(k)圖PQPQon其控制算法流程如圖3.4所示。21(kiβ(k)(kUldβ(k)For7UiS(i)Udc(k (k) TUiα(k)Uldα(k) s iβ(k1) iβ(k)

LUiβ(k)Uldβ(k)(k1)

sin(k (k

sint

iβ(k1)Uldd(k)Uldα(k)Uldβ(k)sinUd(k)Ud(k)Ud(k)Ud(k)P(k)Uldd(kd(k)Q(k)Uldd(kq(k)ig[P*(kP(k(kQ(ki否i=7?是ttk

否ttk是S(tk)圖PQofPQon22第三章基于下垂特性的V/f模型預(yù)測(cè)控制器基于下垂特性的V/f模型預(yù)測(cè)控制原理如圖所示。電流預(yù)測(cè)模型與PQ模型預(yù)測(cè)控制器一樣，電壓控制器，功率控制器與基于PI控制的V/f控制一樣。逆變器U等效 iUDG

饋線UldabcZS(k)

電流預(yù)測(cè)i電流預(yù)測(cè)i(k價(jià)值函數(shù)最小值

Uldabc計(jì)算U* P 計(jì)算ldabc電壓控制器

功率控制器

圖ofon3.3基于的控制系統(tǒng)建模單個(gè)微電源的PQ控制仿真模型如圖所示。圖中進(jìn)行了子系統(tǒng)的封裝，PQ為控制策略子系統(tǒng)，abc2dq為坐標(biāo)變換子系統(tǒng)，PLL為鎖相環(huán)模塊，P&Q為有功功率和無(wú)功功率檢測(cè)模塊，有功功率和無(wú)功功率的給定用兩個(gè)信號(hào)生成器實(shí)現(xiàn)，微電源逆變后經(jīng)濾波電路，帶負(fù)載與電網(wǎng)連接。23Discrete,s=2e-005

800

g+ A A

B Ba-

A A

Three-PhaseSourceC Cbc

B B a A C C b Bc CABCCLfABCCABCIabcABCIabcAaBbcABCABCLoad1

GroupGroup1

w

abc2dqcontrol圖PQ3.6ofPQofDiscrete,s=5e-006powergui+800

[sign]gA AB B a

Scope2[iabc]AA

AB a

[ildabc]A a- CC b B B C b B bc C C c C cAa BCAaAa BCAa BCA AB BA AB BC Cbcbc

Gain

f

ABCABC Load1 ABCABC

Load2droopcontrolP

Pref

[ildabc]

I P_QI P_Q[Q][sign]

Sign

Qw

Qref[Q][idq]

[idq]

Out1Out2

[iabc]圖ofonof24第三章單個(gè)微電源基于下垂特性的V/f控制系統(tǒng)整體仿真模型如圖所示。圖中V/fdoopontrol為控制策略子系統(tǒng)b2dq為坐標(biāo)變換子系統(tǒng)PL為鎖相環(huán)檢測(cè)模塊，PQmsure為有功功率和無(wú)功功率檢測(cè)模塊有功功率和無(wú)功功率的基準(zhǔn)值實(shí)現(xiàn)確定，微電源逆變后經(jīng)濾波電路，帶負(fù)載與電網(wǎng)連接。仿真結(jié)果分析為了驗(yàn)證控制策略的正確性和有效性，利用TA/Simulink搭建了微網(wǎng)分布式電源逆變器PI控制和模型預(yù)測(cè)控制的仿真平臺(tái)，并對(duì)兩種控制策略的效果進(jìn)行了比照。仿真實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)參數(shù)為：微電源額定功率N10kW，UcV，電網(wǎng)電壓Uf380VfnzL.6HC150μFRPQ控制器參數(shù)Kp，Ki，系統(tǒng)采樣周期。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景1當(dāng)微網(wǎng)中系統(tǒng)容量出現(xiàn)缺額時(shí)如果此時(shí)分布式電源仍有額外容量可以將多余容量送入系統(tǒng)中以補(bǔ)充系統(tǒng)缺額維持微電網(wǎng)能量穩(wěn)定此時(shí)需要G重新調(diào)整出力，觀察給定出力調(diào)整后能否及時(shí)到達(dá)目標(biāo)水平。設(shè)定G有功功率給定ref原先為6kW時(shí)重新調(diào)整為10kW后又調(diào)回Qref始終為零。under254實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景2

當(dāng)系統(tǒng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)可以充分利用G的無(wú)功功率調(diào)節(jié)能力為微電網(wǎng)提供無(wú)功支撐維持系統(tǒng)電壓水平此時(shí)需要調(diào)整微電網(wǎng)無(wú)功出力觀察給定無(wú)功出力調(diào)整后運(yùn)行情況。設(shè)定G給定原先為ref8kWQref0時(shí)重新調(diào)整為ref8kWQref,時(shí)重新調(diào)回ref8kW，Qref0。10-2 PIMPC-30 圖under26第三章12 PI10 MPC640 圖由圖，圖中可以看出相對(duì)于PI控制，MPC響應(yīng)速度較快這對(duì)于微網(wǎng)迅速進(jìn)行能量調(diào)節(jié)同時(shí)抑制短時(shí)不平衡波動(dòng)時(shí)很有作用的。由圖這些仿真結(jié)果驗(yàn)證了MPCMPC利用TA/Simulik搭建了微網(wǎng)分布式電源逆變器PI控制和模型預(yù)測(cè)控制的仿真平臺(tái)并對(duì)兩種控制策略的效果進(jìn)行了比照仿真實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)參數(shù)為微電源參數(shù)：n28.9k(微電源運(yùn)行在額定頻率下的輸出功率)，xW，

fn；PI控制器參數(shù)：KP，KI

K5

L，C1500μF，R，負(fù)荷l參數(shù)：d1W，d1r；系統(tǒng)采樣周期ss。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景1單個(gè)微電源帶負(fù)荷獨(dú)立運(yùn)行，微電源逆變器采用基于下垂控制的V/f控制方式，ts時(shí)突加負(fù)荷2(d1W，d1r，t時(shí)又將該負(fù)荷切掉，仿真結(jié)果如圖。27underaddor由圖3.12可以看出相對(duì)于PI快，這也是MPCMPC3.4本章利模型預(yù)測(cè)控制方法設(shè)計(jì)了微網(wǎng)中分布式微電源逆變器的PQ控制策略和基于下垂特性的V/f控制策略，并在TA/Simulink中建立仿真模型，對(duì)單個(gè)微電源分別采用PI控制和MPCMPC控制器的效果。28第四章微電源組網(wǎng)運(yùn)行控制策略為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的模型預(yù)測(cè)控制策略的有效性需要檢驗(yàn)微電網(wǎng)在不同的工況下的運(yùn)行情本文選取的微電網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景分別為微電網(wǎng)孤島模式下增加或減少負(fù)荷；微電運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換微電網(wǎng)孤島模式時(shí)某微電源由于故障退出系統(tǒng)在這三種運(yùn)行情景，通過(guò)在MTA/Simulink中進(jìn)行仿，驗(yàn)證微電源控制策略的有效性。本文在TA/Simulink環(huán)境下建立微電網(wǎng)組網(wǎng)運(yùn)行的模型，主電路模型如圖所示。圖中，微電網(wǎng)由32個(gè)負(fù)荷組成，通過(guò)線路和開(kāi)關(guān)連接到配電網(wǎng)中假設(shè)3個(gè)微電源均為直流源或經(jīng)整流后的直流源在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，293個(gè)微電源為PQ控制使其輸出功率恒定在孤島運(yùn)行時(shí)主電源1采用基于下垂特性的V/f模型預(yù)測(cè)控制控制，以控制母線電壓恒定，功率源型微電源和PQ1荷2為普通負(fù)荷，必要時(shí)可以切除。本例中，仿真系統(tǒng)的主要參數(shù)如下表所示：表微電源有功功率參考(kW)000表1121表of系統(tǒng)參數(shù) 符號(hào) 數(shù)值U 380

Udcfn

80050線路參數(shù)(R/X 濾波電阻(

1500下垂系數(shù) 1/a 1/b s)

10030第四章4.2微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換的仿真為了驗(yàn)證運(yùn)行模式切換時(shí)控制策略的效果，假定的場(chǎng)景為：微電網(wǎng)前并網(wǎng)與電網(wǎng)斷開(kāi)，1s時(shí)重聯(lián)電網(wǎng)，對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果如圖4.2所示。22/kW 1/kW0 1 500 1 33/kW00 1 t/s

5/210210/10-1210210/10-10 1 t/sa)b)V/2UV/2UU/V

0 1 t/s

ff/Hz 0 1 c)d)U1L/U1L/V01 1L1L/A01 t/s1圖of31和輸出的有和無(wú)功功率均不變說(shuō)明PQ控制能夠到達(dá)理想的效果0.1s到1s時(shí)微電網(wǎng)采用基于下垂特性的V/f模型預(yù)測(cè)控制，可以看出，其輸出的有功和無(wú)功功率有所增加說(shuō)明基于下垂特性的V/f模型預(yù)測(cè)控制能夠控制微電源根據(jù)下垂系數(shù)和容量分擔(dān)原來(lái)由外電網(wǎng)向微電網(wǎng)系統(tǒng)提供的功率。從圖〔、圖〔d可以看母線的電壓幅值在斷網(wǎng)后有一定增加系統(tǒng)的頻率在電網(wǎng)斷開(kāi)后上升而重新并網(wǎng)后電壓幅值和頻率均能自動(dòng)與外電網(wǎng)一致說(shuō)明其滿足下垂特性原理整個(gè)過(guò)程中電壓幅值和頻率的變化始終在允許的范圍內(nèi)能夠滿足敏感負(fù)荷1的電壓質(zhì)量1的電壓和電流在整個(gè)過(guò)程中都保持穩(wěn)定，說(shuō)微電網(wǎng)孤島模式下增/切增負(fù)荷的仿真時(shí)切掉普通負(fù)荷時(shí)重新給負(fù)荷2如圖所示。00Wkk/22/W 15033/W0

0 1 0 1 0 1 t/s

5//210/2100 1 t/sV/2UV/2UU/V

a)b)ff0 1 t/s

0 1 t/sc)d)圖ofload32第四章算例分析由圖4〔〔b可以看出電網(wǎng)孤島模式下切除負(fù)荷時(shí)又重新增大功率輸出，說(shuō)明采用基于下垂特性的V/f控制時(shí)系統(tǒng)內(nèi)增/切負(fù)荷主微源都能根據(jù)其下垂系數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)其功率輸出，到達(dá)系統(tǒng)功率平衡。從圖〔，圖〔d〕可以看出，在負(fù)荷變化時(shí)，母線的電壓幅值隨著DG1輸出無(wú)功功率的變化而變化微電網(wǎng)頻率隨著1輸出有功下垂特性是通過(guò)調(diào)整頻率的方法調(diào)節(jié)有功功率的輸V下垂特性是通過(guò)調(diào)節(jié)母線的電壓來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功功率輸出整個(gè)過(guò)程微電網(wǎng)孤島模式下切除微電源的仿真場(chǎng)景為：微電網(wǎng)0.5s切掉發(fā)電單元4.4所示。微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，0.5s時(shí)斷開(kāi)DG2，對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果如圖所示。22/W 1/W0 1500 133/W00 1t/sa)V/2UV/2UU/V

0 1t/sb)33ff

0 1圖under算例分析：圖中〔a〕和〔b〕說(shuō)明，切掉發(fā)電單元時(shí)，DG1動(dòng)根據(jù)下垂系數(shù)按比例調(diào)節(jié)各自的輸出功率，到達(dá)系統(tǒng)功率平衡。圖〔c〕說(shuō)明，微電網(wǎng)系統(tǒng)在發(fā)電單元變化時(shí)，均能提供良好的電壓和頻率支撐。以上三種算例說(shuō)明采用基于下垂特性的V/f模型預(yù)測(cè)控制時(shí)1在微電網(wǎng)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換孤島模式下負(fù)荷改變和孤島模式下微電源功率變化時(shí)都能很好地調(diào)整功率為系提供頻率和電壓支撐并且頻率變化在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)從電壓仿真曲線中可以看出，電壓始終能滿足微電網(wǎng)中電壓敏感負(fù)荷電能質(zhì)量的需求。采用PQ模型預(yù)測(cè)控制的2和3能夠保持自身功率恒定輸出并且在控制指令改變時(shí)迅速調(diào)整自身出力。4.3為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的模型預(yù)測(cè)控制策略的有效性需要檢驗(yàn)微電網(wǎng)在不同的工況下的運(yùn)行情況本文選取的微電網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景分別為微電網(wǎng)孤島模式下增加或減少負(fù)荷；微電網(wǎng)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換微電網(wǎng)孤島模式時(shí)某微電源由于故障退出系統(tǒng)在這三種運(yùn)行情景，通過(guò)在TA/Simulink中進(jìn)行仿，驗(yàn)證微電源控制策略的有效性。本章建立了微電源組網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)模型選取三種運(yùn)行場(chǎng)景微電網(wǎng)運(yùn)行模式的切換、孤島模式下切/增負(fù)荷、孤島模式下某一微電源，在這三種運(yùn)行場(chǎng)景下分別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿，通過(guò)TA/Simulink得到仿真結(jié)果，經(jīng)過(guò)分析，本文所設(shè)計(jì)的微電源模型預(yù)測(cè)控制策略在以上三種運(yùn)行場(chǎng)景下都能很好地調(diào)整功率為系統(tǒng)提供頻率和電壓支撐并且頻率和電壓變化在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)驗(yàn)證了控制策略的有效性和正確性。34第五章結(jié)論本文在分析微電網(wǎng)現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)的根底上研究了微電網(wǎng)的綜合協(xié)調(diào)控制通過(guò)理論分和建模仿真對(duì)提出的控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證本文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下：1.本文設(shè)計(jì)了PQ控制器基于下垂