智能微电网,河南求同电气科技有限公司

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背景介绍
随着光伏、风电等可再生能源发电技术的发展，分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径，并在配电网中得到广泛的应用。但分布式发电的大规模渗透也产生了一些负面影响，如单机接入成本较高、控制复杂、对大系统的电压和频率存在冲击等，这限制了分布式发电的运行方式，削弱了其优势和潜能。
微网技术为分布式发电技术及可再生能源发电技术的整合和利用提供了灵活、高效的平台。微电网系统被视为未来智能电网的最重要一环，可以有效地实现电网侧电力能量的转移，实现能量的削峰填谷。微网系统具有电源类型多样、控制方式复杂、运行模式多变的特点，所以集控中心很难对整个系统作出快速反应并进行相应控制，如分布式电源输出功率波动、电压跌落、故障和停电等。微网控制系统应做到各分布式电源能够基于本地信息对电网中的事件作出快速自主反应，例如调节潮流和接口电压、快速分担负荷、并离网无缝切换、自动频率控制、自动稳定控制、黑启动等，以共同维持微网系统的基本运行。

 系统概述
1) 典型拓扑
交流子微网和直流子微网中存在光伏、风机、储能等分布式发电单元，通过变流器接入交流母线和直流母线，可根据分布式发电单元自身的发电特性和电网的运行需要，实现分布式电源的灵活发电。
双向AC/DC变换器或模块化多电平柔性直流输电系统作为两子微电网间的传输媒介，根据系统内部负载和分布式电源的变化，实现混合微电网内部能量的双向流动，保证系统内部功率均衡，还能维持交直流母线电压和频率的稳定，保障微电网系统稳定运行。

交直流混合微电网系统典型拓扑

 2) 系统控制模式
系统支持主从控制模式和对等控制模式。
（2.1）主从控制模式
微网孤岛运行时，其中一个分布式电源（DG-Distributed Generation）采取恒电压和恒频率控制（V/f控制)，用于向微网中的其它DG提供电压和频率参考，其它DG则可采用恒功率控制(PQ控制)。采用V/f控制的DG控制器称之为主控制器，而其它DG的控制器则称之为从控制器。
（2.2）对等控制模式
微网中所有DG在控制上都具有同等地位，控制器间不存在主从关系，每个DG都根据接入系统点电压和频率进行控制。微网运行在孤岛模式时，微网中每个采用下垂控制策略（Droop）的 D G都参与微网电压和频率的调节，自动依据下垂系数分担负荷的变化量，亦即各DG通过调整各自输出电压的频率和幅值，使微网达到一个新的稳态工作点,最终实现输出功率的合理分配。采用下垂控制可以实现负载功率变化在DG间的自动分配，但负载变化前后系统的稳态电压和频率也会有所变化，对系统电压和频率指标而言，该控制模式是一种有差控制。
3) 分布式电源控制策略
微网系统的稳定运行有赖于各分布式电源（DG），按并网方式DG可分为逆变型、同步机型和异步机型。微网中的分布式电源主要是基于电力电了的逆变型电源，本实验平台支持 PQ控制、V/F控制和Droop控制等多种控制策略。

4) 光伏发电模拟系统
光伏阵列模拟是利用开放式电能变换与控制技术开发平台来模拟光伏阵列的输出特性，使实际电路的输出I-V特性曲线与所模拟的光伏阵列一致。系统具有如下特点：
（1）可模拟不同光照和温度下的I-V特性曲线；
（2）通过填充因子（Fill Factor）可模拟多种太阳能电池的输出特性；
（3）可测试动态和静态下的MPPT；
（4）支持MATLAB自动代码生成和系统软件代码开源。

5) 风力发电模拟系统

风机数学模型是搭建风力发电模拟系统的基础，假定传动链为刚性，则风力发电机组的输出功率为

其中，cp为风轮功率系数，λ为叶尖速比，β为桨距角，ρ为空气密度，A为风轮面积，v为风速。
后台软件设定风模型，变频器根据设定的风况控制异步电动机的输出转矩，驱动永磁同步发电机，即可以实现对风力发电机组的模拟。风力发电模拟系统具有下列特点：
（1）功能丰富，可模拟不同的风况和风速曲线；
（2）内置完整的风力发电机组数学模型，真实模拟机组的功率曲线；
（3）支持MATLAB自动代码生成和系统软件代码开源。

6) 储能模拟系统
光伏和风力属于间歇性能源，不能提供持续稳定的功率输出。当光伏和风机发电能力不足，以及微网发生暂态扰动时，为了维持微网暂态功率平衡，需配置蓄电池作为储能系统,并通过双向储能变流器（PCS）并入交流母线。
双向储能变流器由两台开放式电能变换与控制技术开发平台组成，具备提供无功和谐波补偿的能力，支持多种工作模式，在并网、离网和并/离网切换等工况下均能提供良好质量的电能。