孤岛微网频率电压控制

发布时间：2018-01-07 07:43

本文关键词：孤岛微网频率电压控制　出处：《天津工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：微网(MG)是可以与大电网并联运行或独立运行的供能系统。既可以改善电能质量,增加负荷侧供电可靠性,又可以促进可再生分布式电源的消纳。当大电网发生故障,微网与大电网断开独立运行,此时保持其电压和频率稳定是其核心的研究问题。本文提出了一种频率和电压控制策略,以解决独立微网的电力供需平衡问题,最大程度的满足负荷需求。当供需平衡差较大时,进一步提出了一种按负荷优先级的切负荷控制策略。微型燃气轮机采用下垂控制作为电压源稳定独立微网的频率和电压,光伏与蓄电池组合支路采用PQ控制,并根据微网频率电压的降落情况提供需求的有功和无功功率。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。已实施的控制策略,最佳地调节孤岛微网中的电压和频率。特别地,通过将下垂控制和PQ控制器一起用于控制不同的微源,以便调节频率和电压以保证系统的频率和电压稳定性。持续储能系统的方式允许干预经济调度以满足发电和负载需求不平衡的情况下的负载需求。并且储能系统也将参与控制蓄电池的充放电,同时增加储能系统的使用寿命,以避免电压和频率深度下降。因此,储能系统对微电网有一定的影响,如性能提高等。此外,储能系统还可以提高电力系统的可靠性。采用下垂控制,无需使用系统的不同点之间的远程通信就可以确保孤岛式微网的稳定性。因此,这允许对远程连接未出现或暂时停止的扩展系统进行完整的管理。现代电网运营商有义务应对不同的挑战,如负荷需求和增长以及客户地域分布的变化。另一方面,关于新的环境政策和通常的市场经济增长也是非常重要的。通常,微电网由明确定义的电气边界内的互连负载和分布式能源组成,其作为相对于电网的单个可控体。微电网可以同大电网连接和断开,以使其能够以并网或孤岛模式运行,以便为电网干扰提供高可靠性,稳定性和弹性的定制级别的电能质量。在任何交流电源系统中,通过系统调节电压的幅度和频率至关重要。此外,众所周知,在互连的交流系统中,通过遵守一些频率变化和电压标准,在北美的稳态频率必须相同为60Hz,在一些国家稳定频率为50Hz。如果局部频率下降,例如,整个系统中的电流将通过产生电磁转矩来自动重新分配,其最初尝试维持发电机之间的同步系统。然而,如果发生器中的角位移在随后的瞬变中变得过大,则可能会发生同步损失,导致其他发电机跳闸,额外的瞬变,最坏的情况是级联停电和掉电现象。这是通过确保足够的旋转和非旋转储备并且能够通过系统内的发电机的调度来控制频率和电压来实现的。频率和电压调节通过设计微源(也称为分布式能量资源或由DERS缩写)实现,以提供类似于常规涡轮的速度-功率(下降)特性。此外,电压调节策略通过依赖于传统涡轮和水力发电机中使用的自动电压调节器的电压-无功功率特性的输出进行图形化。通过确保标准范围内的频率和电压稳定性,结构和参数的不确定性远不是一件微不足道的任务。注意到这些差异,在传统电网之后应用控制策略是至关重要的,在最坏的情况下是不合适的。这种先进的集成分布系统解决了在偏远地区具有电力供应和交付限制的问题,以及保护关键负荷和经济敏感开发而需要应用的需求。基于不同的定义,微电网应由不同的分布式电源组成,即PV,微型涡轮机,风力发电机,蓄电池,超级电容器,燃料电池等。微电源如风力发电和光伏电池,其输出功率受天气和功率的影响,有明显的间歇性。微源产生恒定有功功率或执行最大功率点跟踪。因此,它通常使用PQ控制器,但是控制不仅有PQ控制,而且也有下垂控制。下垂控制可以保证微电网电压和频率稳定性。微型燃气轮机,燃料电池,蓄电池等易于控制的微电源,可向居民区,向学术界或工厂提供好质量的电能。工业园区可以作为微电网进行管理,例如降低能源依赖,作为低碳商业园区运作,提高经济竞争力。控制微电网成为确保微电网可靠运行的关键问题。为了提高系统的稳定性,对调节,控制系统和电源管理问题进行了多方面的研究。每个交流和直流微电网具有不同的层次控制,但可参考国际自动化学会的分级控制标准将其概括为三个层次(1)主要控制是基于下垂方法,包括输出阻抗虚拟环路;(2)辅助控制允许恢复由主控制产生的偏差;(3)三级控制管理微电网与外部配电系统之间的电力流量。PQ控制器和下垂控制应能够运行在并网模式和孤岛模式下并且正确控制和管理电力[2]。微电网在孤岛模式下的运行将导致更多的挑战,特别是当发生和消耗的不平衡发生时。将能量存储系统集成到PQ控制器和下垂控制中将提高控制器的性能;同时,直流链路电容器支持电压调节,如能量管理,对电力系统的稳定性有很大的影响,这将导致充电和放电约束对过充电和深充电的协调,并增加一些存储设备(如电池)的使用寿命等等,有时上述存储设备可以用作备用系统,在主要微光源根据微电网的结构不能达到负载需求的情况下。此外,一些微源,如光伏,沼气和其他小可再生能源和可控负荷将对未来电力和环境可持续发展产生重大的积极影响。微电网使用不污染大气的能源,他们将大大减少二氧化碳排放,从而有助于大多数发达国实现其温室气体减排的目的。通常在电力系统中稳定性和控制频率和电压是非常重要的,无处不在,同时由于负载和微电网的变化,孤岛模式的微电网频率和电压非常脆弱,主要的挑战是:电压振荡,频率振荡和电能质量问题。在孤岛模式下微电网的频率和电压是非常重要的,无论是不是由电网频率和电压控制,同时根据有功功率和无功功率虽然下降水平的频率和电压会引起即停电,停电,谐波失真,电压闪变的一些技术问题、电压不平衡、短路电流水平和使用在并网电流控制技术不能保证孤岛模式的可持续经营。因此,一些具有交流输出的微电源可能有不同的频率,因此,主总线需要使用一些设备,以整合到一个交流微电网尊重一些标准。下垂控制的实现,P的ω和下垂系数是用来模拟一个交流电机的惯性。大多数分布式发电单元不能产生无功功率,因此,它们不能支持在动态状态下的电压稳定性,因此,可以设计适当的电压和频率控制器,以维持微电网的电压和频率稳定。
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【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM76

【参考文献】