微電網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制策略-副本

XX大學本科學位論文題目：微電網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制策略摘 要本文主要通過進行了理論研究仿真平臺搭研究微電網(wǎng)綜合協(xié)調(diào)控制策略本文設計了PQ控制器、基于下垂特性的V/f控制器，并對逆變器輸出濾波器進PI控制器的缺乏，利用模型預測控制方法設計了微網(wǎng)中分布式微電源逆變器的模型預測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，對單個微電源分別采用PI控制和MPC控制時的不同場景進行了分析，證明了MPC控制器的效果。最后建立了微電網(wǎng)的模型用風力發(fā)電機組光伏以及蓄電池三種微電源的模代替直流電壓源，并設計相應的控制策略，在TA/Simulink中，搭建了整個系統(tǒng)的模型分別在風機和光伏陣列出口處配置蓄電池用于平抑并網(wǎng)功率并關鍵詞：微電網(wǎng)；綜合協(xié)調(diào)控制；風光儲；逆變器；模型預測控制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)學模型..................................................................82.1.2PQ計算 102.1.3濾波器的設計 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測控制.......................................................................................18模型預測控制機理..............................................................................................18微電源的模型預測算法......................................................................................193.2.1PQ模型預測控制器 193.2.2基于下垂特性的V/f模型預測控制器 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)運行仿真分析..................................................................................314.2.1微電網(wǎng)運行模式切換的仿真.....................................................................31微電網(wǎng)孤島模式下增/切增負荷的仿真....................................................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.............................................................................................................................48致 謝.............................................................................................................................52第一章緒論微電網(wǎng)成為近年來越來越多被研究的發(fā)電形式，它主要包含風能，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環(huán)境還可以節(jié)約資源，實現(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：高本錢，難維護，并越來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題他可以提高電能質(zhì)量增加電能供給的靈活性和可擴展性增強電力系統(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這些都是CETS網(wǎng)是一種負荷和微電源的集合其中微電源為系統(tǒng)同時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集成系統(tǒng)運行其控制的靈活性使微電網(wǎng)能作為大電力系統(tǒng)的一個受控單元以適應當?shù)刎摵蓪煽啃院推桨残缘囊骩5]。圖of圖條饋線和C及1體輻射結(jié)構(gòu)，饋線通過主分隔裝置與配電系統(tǒng)相連，微電網(wǎng)通過PCC與外部大電網(wǎng)相連，通過控制PCC點狀態(tài)實現(xiàn)微電網(wǎng)的孤島運行和并網(wǎng)運行，系統(tǒng)中還包括光伏發(fā)電、風能、燃料電池、微型燃氣輪機等微電源形式，其中一些接在熱力負荷附近，目前已經(jīng)有相當多的國家在研究“微網(wǎng)。其中以歐盟、美國和日本最為先進，他們的研究目標如表1.2所示。第一章表goalofEU.,20051300萬歐元，兩次均包括希臘、法國、葡萄牙的電力公司和、SMA、、等著名公司，以及Porto、theuniversityKassel等大學和團體，并建立了微電網(wǎng)的實驗平臺重點研究了如何將各種分散的小電源連接成一個微電網(wǎng)并連接配電網(wǎng)多個微電網(wǎng)連接到配電網(wǎng)的控制策略協(xié)調(diào)管理方案系統(tǒng)保護和經(jīng)濟調(diào)度措施，以及微電網(wǎng)對大電網(wǎng)的影響等內(nèi)容。美國擁有微電網(wǎng)的權(quán)威研究機構(gòu)在威斯康辛麥迪遜分校、俄亥俄州Columbus的技術中心建立了微網(wǎng)平臺。此外美國還擁有美國電力管理部門與通用電氣建立的微網(wǎng)平臺加州能源認證資助的商用微網(wǎng)源部提出了微型電網(wǎng)研究開展的路線圖，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機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)的時候微網(wǎng)對大電可以即插即用微網(wǎng)中的不同類型的分布式電源對微網(wǎng)具有即4第一章插即用的功能?？傮w來說，微電網(wǎng)控制的主要目標為：1.調(diào)節(jié)微網(wǎng)內(nèi)的功率潮流，實現(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，實現(xiàn)微電源快速響應和功率分擔；4.平滑自主實現(xiàn)與主網(wǎng)別離、并聯(lián)或二者過渡。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)換時多存在沖擊大調(diào)節(jié)時間長的問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控制器的設計方法，并對逆變器輸出濾波器進行了設計。第三章，針對PI控制器的缺乏，利用模型預測控制方法，設計了微網(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，對單個微電源分別采用PI控制和MPC控制時的不同場景進行了分析，證明了MPC第四章，建立了微電源組網(wǎng)運行的微電網(wǎng)模型，通過對微電網(wǎng)運行模式的切換、3種情況下的運行特性進行仿真分析經(jīng)過仿真分析本文設計的微電源模型預測控制器在以上三種情況時都能很好地進系統(tǒng)的功率控制實現(xiàn)負荷功率共享同時微電網(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)學模型三相電壓型并網(wǎng)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。饋線圖of三相并網(wǎng)逆變器通過濾波電感Lf、電容Cf、線路阻抗Zln和饋線相連，三相負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，可以寫出以下方程8第二章在實際仿真中需要建立用開關函數(shù)表示的逆變器數(shù)學模型令SA、SB、SC為SiiA,B,C

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

〔〕單獨調(diào)節(jié)其輸入電網(wǎng)的有功功率和無功功率，即PQ解耦控制。經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)坐標系變換后，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第二章濾波器的設計濾波器的設計對于采用SPWM計的一般原那么如式〔〕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〔〕～〔〕設計濾波器參數(shù)，同時需要保證濾波電感上的壓降不能超過系統(tǒng)電壓的3％?？刂破鳛榱吮ＷC可再生能源的最大利用，通常對可再生能源采用PQ分布式電源在并網(wǎng)時也可采取PQ控制。逆變器采用PQ控制策略時，無論負荷、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，分布式電源均可采取PQ下垂特性控制來進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電流的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器并進行電流前饋補償后，得到電壓調(diào)制信號，經(jīng)過SPWM通過三相鎖相環(huán)PLL檢測得到。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輸電線路功率傳輸特性進行介紹。圖微電網(wǎng)的簡化模型直流電壓源dc由逆變器轉(zhuǎn)化為三相交流電通過線路阻抗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功率的表達式

〔〕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)電機的下垂特性來實現(xiàn)微電網(wǎng)中微電源的無線并聯(lián)控制稱微電源逆變器下垂控制實質(zhì)為各逆變單元檢測自身輸出功率通過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系統(tǒng)有功和無功功率的合理分配。各逆變電源的輸出電壓頻率和幅值均按下式變化：〔〕其中，P為微電源運行在額定頻率下的輸出功率，U為微電源輸出無功功率為n 00時的電壓幅值，m、n分別為有功和無功下垂特性系數(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)電機相類似的下垂特性曲線進行控制將系統(tǒng)的不平衡功率動態(tài)的分配給各機組承擔，消除無功電流環(huán)流的目的。其具有簡單、可靠、易于實現(xiàn)的特點。逆變器微電網(wǎng)處于孤島運行時由于失去了電網(wǎng)支撐此時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控制方法以分擔并網(wǎng)時由大電網(wǎng)向微電網(wǎng)傳輸?shù)墓β剩瑫r提供微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率參考。其控制器包括兩個局部：1〕功率控制由于頻率信號便于測量所以這里采用頻率控制代替相角控制其設計的功率控制器結(jié)構(gòu)如圖2.9所示。在圖2.9P和無功功率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電壓和電流進行精確動態(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PQ計算理論和逆變器輸出濾波器進行了設計針對微電源的不同類型以及微電網(wǎng)的兩種典型運行模式將微電源分為主控型和功率源型兩類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計。17第三章微電源的模型預測控制章利用模型預測控制方法設計了微網(wǎng)中分布式微電源逆變器的控制策略在每一個采樣周內(nèi)通過事先建立的預測模型對可選擇的控制變量進行評估使價值函數(shù)最小控制變量將被選擇在下一個采樣周期應用該控制策略由于省去了電流線性控制器和PWM行實現(xiàn)。3.1電力電子變換器的控制取決于如何選擇適宜的門極驅(qū)動控制信號S(t)模型預測x(t)在tk時刻的值為)，并設能對系統(tǒng)進行控制的控制變量存在n種可能，且nn)x(t)和預測函數(shù)f到在tk)fx(tk,n。預測函數(shù)f不限形式只要能實現(xiàn)預測功能可以應用于模型預測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刻最正確的控制行為通常定義一個價值函數(shù)fg，fg是參考變量(t)和預測的狀態(tài)變量x

)gf

x*x

)ik

i g ikik(t)與預測狀態(tài)變量ik

)差的二次方，即* 2gixt)itk1)。在某一時刻，系統(tǒng)的n個控制變量值導致n個不同的價值函數(shù)值gi使價值函數(shù)gi最小的控制變量值將在下一個采樣周期被應用從圖可以看出在tk時刻控制變值3使價值函數(shù)gi最小所以tk時刻3被選擇在tk1時刻，控制變量值S2使價值函數(shù)gi最小所以tk1時刻控制行為S2將被選擇控制系統(tǒng)將以3.2PQ模型預測控制器根據(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)的設計，將其轉(zhuǎn)化為兩相αβ坐標系下的數(shù)學模型，經(jīng)過整理得到：

d

1

1

(3.2)iβ

L

L對上式進行離散化，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)在用開關函數(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)逆變器開關狀態(tài)的組合存在8種，在使用SPWM出口產(chǎn)生7個不同的電壓矢量。這7個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為了進行PQ解耦控制，將模型轉(zhuǎn)化為兩相坐標系下的模型為：(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系下有功功率P和無功功率Q可以表示為：20第三章PUlddUlqqUlddQUlqdUldqUldq

(3.8)考慮到孤島運行時饋線電壓會發(fā)生波動需要對饋線電壓進行預測本文采用拉格朗日外推法進行電壓的預測，預測公式如下：Ud(k)Ud(k)Ud(k)Ud(k)

(3.9)由此可得：

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

其價值函數(shù)g表示為g[*(k)(k2*(k)(k2

其中，*(k,*(k)為k1時刻有功功率和無功功率的給定值?；谀Ｐ皖A測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 計算Q預測模型計算Q預測模型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模型預測控制器基于下垂特性的V/f模型預測控制原理如圖所示。電流預測模型與PQ模型預測控制器一樣，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)

電流預測i電流預測i(k價值函數(shù)最小值

Uldabc計算U* P 計算ldabc電壓控制器

功率控制器

圖ofon3.3基于的控制系統(tǒng)建模單個微電源的PQ控制仿真模型如圖所示。圖中進行了子系統(tǒng)的封裝，PQ為控制策略子系統(tǒng)，abc2dq為坐標變換子系統(tǒng)，PLL為鎖相環(huán)模塊，P&Q為有功功率和無功功率檢測模塊，有功功率和無功功率的給定用兩個信號生成器實現(xiàn)，微電源逆變后經(jīng)濾波電路，帶負載與電網(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為坐標變換子系統(tǒng)PL為鎖相環(huán)檢測模塊，PQmsure為有功功率和無功功率檢測模塊有功功率和無功功率的基準值實現(xiàn)確定，微電源逆變后經(jīng)濾波電路，帶負載與電網(wǎng)連接。仿真結(jié)果分析為了驗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控制和模型預測控制的仿真平臺，并對兩種控制策略的效果進行了比照。仿真實驗中系統(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。實驗場景1當微網(wǎng)中系統(tǒng)容量出現(xiàn)缺額時如果此時分布式電源仍有額外容量可以將多余容量送入系統(tǒng)中以補充系統(tǒng)缺額維持微電網(wǎng)能量穩(wěn)定此時需要G重新調(diào)整出力，觀察給定出力調(diào)整后能否及時到達目標水平。設定G有功功率給定ref原先為6kW時重新調(diào)整為10kW后又調(diào)回Qref始終為零。under254實驗場景2

當系統(tǒng)電壓出現(xiàn)波動時可以充分利用G的無功功率調(diào)節(jié)能力為微電網(wǎng)提供無功支撐維持系統(tǒng)電壓水平此時需要調(diào)整微電網(wǎng)無功出力觀察給定無功出力調(diào)整后運行情況。設定G給定原先為ref8kWQref0時重新調(diào)整為ref8kWQref,時重新調(diào)回ref8kW，Qref0。10-2 PIMPC-30 圖under26第三章12 PI10 MPC640 圖由圖，圖中可以看出相對于PI控制，MPC響應速度較快這對于微網(wǎng)迅速進行能量調(diào)節(jié)同時抑制短時不平衡波動時很有作用的。由圖這些仿真結(jié)果驗證了MPCMPC利用TA/Simulik搭建了微網(wǎng)分布式電源逆變器PI控制和模型預測控制的仿真平臺并對兩種控制策略的效果進行了比照仿真實驗中系統(tǒng)參數(shù)為微電源參數(shù)：n28.9k(微電源運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，負荷l參數(shù)：d1W，d1r；系統(tǒng)采樣周期ss。實驗場景1單個微電源帶負荷獨立運行，微電源逆變器采用基于下垂控制的V/f控制方式，ts時突加負荷2(d1W，d1r，t時又將該負荷切掉，仿真結(jié)果如圖。27underaddor由圖3.12可以看出相對于PI快，這也是MPCMPC3.4本章利模型預測控制方法設計了微網(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，對單個微電源分別采用PI控制和MPCMPC控制器的效果。28第四章微電源組網(wǎng)運行控制策略為了驗證所設計的模型預測控制策略的有效性需要檢驗微電網(wǎng)在不同的工況下的運行情本文選取的微電網(wǎng)運行場景分別為微電網(wǎng)孤島模式下增加或減少負荷；微電運行模式轉(zhuǎn)換微電網(wǎng)孤島模式時某微電源由于故障退出系統(tǒng)在這三種運行情景，通過在MTA/Simulink中進行仿，驗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)運行的模型，主電路模型如圖所示。圖中，微電網(wǎng)由32個負荷組成，通過線路和開關連接到配電網(wǎng)中假設3個微電源均為直流源或經(jīng)整流后的直流源在聯(lián)網(wǎng)運行時，293個微電源為PQ控制使其輸出功率恒定在孤島運行時主電源1采用基于下垂特性的V/f模型預測控制控制，以控制母線電壓恒定，功率源型微電源和PQ1荷2為普通負荷，必要時可以切除。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 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)運行模式切換的仿真為了驗證運行模式切換時控制策略的效果，假定的場景為：微電網(wǎng)前并網(wǎng)與電網(wǎng)斷開，1s時重聯(lián)電網(wǎng)，對應的仿真結(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和輸出的有和無功功率均不變說明PQ控制能夠到達理想的效果0.1s到1s時微電網(wǎng)采用基于下垂特性的V/f模型預測控制，可以看出，其輸出的有功和無功功率有所增加說明基于下垂特性的V/f模型預測控制能夠控制微電源根據(jù)下垂系數(shù)和容量分擔原來由外電網(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)斷開后上升而重新并網(wǎng)后電壓幅值和頻率均能自動與外電網(wǎng)一致說明其滿足下垂特性原理整個過程中電壓幅值和頻率的變化始終在允許的范圍內(nèi)能夠滿足敏感負荷1的電壓質(zhì)量1的電壓和電流在整個過程中都保持穩(wěn)定，說微電網(wǎng)孤島模式下增/切增負荷的仿真時切掉普通負荷時重新給負荷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)孤島模式下切除負荷時又重新增大功率輸出，說明采用基于下垂特性的V/f控制時系統(tǒng)內(nèi)增/切負荷主微源都能根據(jù)其下垂系數(shù)自動調(diào)節(jié)其功率輸出，到達系統(tǒng)功率平衡。從圖〔，圖〔d〕可以看出，在負荷變化時，母線的電壓幅值隨著DG1輸出無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下垂特性是通過調(diào)節(jié)母線的電壓來調(diào)節(jié)無功功率輸出整個過程微電網(wǎng)孤島模式下切除微電源的仿真場景為：微電網(wǎng)0.5s切掉發(fā)電單元4.4所示。微電網(wǎng)獨立運行，0.5s時斷開DG2，對應的仿真結(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〕說明，切掉發(fā)電單元時，DG1動根據(jù)下垂系數(shù)按比例調(diào)節(jié)各自的輸出功率，到達系統(tǒng)功率平衡。圖〔c〕說明，微電網(wǎng)系統(tǒng)在發(fā)電單元變化時，均能提供良好的電壓和頻率支撐。以上三種算例說明采用基于下垂特性的V/f模型預測控制時1在微電網(wǎng)運行模式轉(zhuǎn)換孤島模式下負荷改變和孤島模式下微電源功率變化時都能很好地調(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)中電壓敏感負荷電能質(zhì)量的需求。采用PQ模型預測控制的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迅速調(diào)整自身出力。4.3為了驗證所設計的模型預測控制策略的有效性需要檢驗微電網(wǎng)在不同的工況下的運行情況本文選取的微電網(wǎng)運行場景分別為微電網(wǎng)孤島模式下增加或減少負荷；微電網(wǎng)運行模式轉(zhuǎn)換微電網(wǎng)孤島模式時某微電源由于故障退出系統(tǒng)在這三種運行情景，通過在TA/Simulink中進行仿，驗證微電源控制策略的有效性。本章建立了微電源組網(wǎng)運行的微電網(wǎng)模型選取三種運行場景微電網(wǎng)運行模式的切換、孤島模式下切/增負荷、孤島模式下某一微電源，在這三種運行場景下分別對系統(tǒng)進行仿，通過TA/Simulink得到仿真結(jié)果，經(jīng)過分析，本文所設計的微電源模型預測控制策略在以上三種運行場景下都能很好地調(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)狀及關鍵技術的根底上研究了微電網(wǎng)的綜合協(xié)調(diào)控制通過理論分和建模仿真對提出的控制策略進行了驗證本文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下：1.本文設計了PQ控制器基于下垂