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含多种分布式电源的微电网控制系统研究

王立涛  田卫华  郑百祥  
【摘要】:大随着新能源发电技术的发展,分布式光伏、风力发电等项目应用越来越得到各国的重视,继而开展大规模应用,但由于可再生能源的间歇性、波动性、不可预测性等特点,随着可再生能源高渗透率接入电网,势必会对电网造成严重冲击。由此,能够整合源-网-荷的微电网系统成为满足日益增长的电力需求和提高能源利用率的一种有效途径,微电网系统不仅可以改变可再生能源输出特性,且提高可再生能源接入容量,相对于大电网,微电网系统是相对独立的可控单元,是对大电网的有力补充,提高大电网供电质量。微电网系统实现可再生能源、储能系统、负荷高度融合,并能够对各部分运行控制,能量优化。微网具有并网与离网运行方式以及2种运行方式之间的转换,本文提出一种含多种新能源分布式电源的微网控制策略,建立控制系统。系统采用风力发电、光伏发电、蓄电池储能3种微源作为组网单元,通各微源采用独立的DC/AC变换,交流侧连接一条微网母线为负载供电。由于采用光伏电池、风力发电和锂离子电池作为微电网中的分布式电源,并根据微源的发电特性分别选择光伏并网逆变器、风机逆变器、储能变流器,基于LCL滤波器的储能电压源型功率变化器VCS及DC/AC双向逆变器(PCS),提出储能单元控制策略、提高储能系统使用容量,实现微电网并网、离网、并/离网及离/并网安全运行及负荷无缝切换控制。采用综合能量管理系统平抑可再生能源功率波动控制等策略,通过储能系统改善风力发电和光伏发电的输出特性,验证了储能系统与可再生能源协调运行从而消除间歇性发电对电网的冲击影响。本系统通过监控系统对微电源运行进行统一能量管理、并离网运行策略控制、综合能效分析、分布式电源保护、风功率预测、光功率预测等,同时系统具有自趋优运行功能,保证系统内部安全可靠运行,实现电力稳定输出,微电网与配电网之间通过电力电子装置及控制模块实现快速切换,不会对电网造成压力,减少可再生能源对电网冲击影响。通过发电单元功率预测、负荷单元预测,系统实时调整控制策略,实现系统最优运行、最经济运行。微网系统具有并网运行、离网运行及两种模式转换等运行方式。并网运行时,微电网与大电网相连,微网母线电压及频率由大电网支撑,微网内部的各个微源只需控制功率输出以确保微电网内部的功率平衡,储能系统采用P/Q控制方式,系统可采用多种运行策略模式(恒功率模式、削峰填谷模式、平抑可再生能源功率模式等),微网系统根据实际情况可自动调节并处在最优模式下运行;当微网独立运行时,断开与大电网的连接。此时需要储能系统维持微电网的电压和频率,储能系统变流器采用V/F控制方式,根据监测各微源出力大小及负荷情况,自动投切负荷;当两种运行模式转换时,系统实现平滑过渡、确保负荷不断电运行。微电网将可再生能源、储能及负荷整合统一控制,极大提高可再生能源利用率,通过能量管理系统及先进配置策略实现微电网与电网模式切换,减小对大电网影响,满足建设坚强智能电网的发展需求。微网系统不需要更改配电网结构,采用单一并网点并入电网,系统灵活稳定;系统综合能量管理软件具有可再生能源功率预测、分布式电源保护、电网及负载信息实时监测,确保系统安全运行,同时具有能效分析模块,实现电网、新能源、负荷最优运行,其微源发电效率提升约为10%。因此微网系统有效提高可再生能源接入电网容量、提高可再生能源发电效率,具有明显的经济效益。

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