交直流混合微电网系统建模及协调控制研究
发布时间：2021-02-01 07:14
微电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷监控和保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。交直流混合微电网是分布式电源、配网以及负荷在种类多样化和低成本化发展进程中较为理想的产物。文章针对未来交直流互联的混合配网中高密度分布式电源、负荷接入和管控的应用场合,提出了一种新型的互为支撑的交直流混合微电网拓扑结构,建立了相应的仿真模型,并进行了交直流混合微电网的系统稳定性分析。仿真结果进一步验证了文中所建交直流混合微电网模型的正确性和所提交直流混合微电网及其方案的可行性。
【文章来源】：电测与仪表. 2017,54(20)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
交直流混合微电网拓扑结构
电网可以进行交流子系统单独运行、直流子系统单独运行、交直流混合系统联动运行。图1交直流混合微电网拓扑结构Fig．1HybridAC/DCmicro-gridtopologystructure微电网中的分布式电源大都通过变流器连接母线。如图1所示，1#光伏、1#储能以及HMFC均应用DC/AC接口电路。目前，DC/AC接口控制器广泛应用双环控制方式，其中，外环控制器主要用于体现不同的控制目的，同时产生内环参考信号，一般动态响应比较慢;内环控制器主要进行精细的调节，用于提高变流器输出的电能质量，一般动态响应较快。其硬件拓扑结构如图2所示。图2DC/AC变流器硬件电路结构Fig．2DC/ACconvertorhardwarecircuitstructure根据基尔霍夫电压定律(KVL)建立交流母线侧回路方程，可得:L?x=－ＲI3x+I3u－I3e(1)式中L，Ｒ分别是电感值及其等效电阻，x=［iaibic］T是交流侧电流;u=［uaubuc］T是变流器交流侧输出电压;e=［eaebec］T是电网电压;I3是三阶单位阵。两相同步旋转坐标系(d，q)下的数学模型为:Ldid/dtdiq/d[]t=－ＲωL－ω[]L－Ｒidi[]q+I2udu[]q－I2ede[]q(2)式中I2是二阶单位阵。直流量id、iq易于控制，简化了控制器的设计。然而，由式(2)可得，电流id、iq存在相互耦合，通常利用电压前馈解耦策略使系统模型转化为能够相互独立控制的两部分。令:u'd=ud－ed+ωLiqu'q=uq－eq－ωLi{d(3)—93—第54卷第20期电测与仪表Vol．54No．202017年10月25日ElectricalMeasurement＆InstrumentationOct．25，2017
?#储能以及HMFC的控制目标不同，因而3者在控制算法上不尽相同，具体详见表1。表1混合微电网各DC/AC变流器外环控制策略Tab．1OuterloopcontrolstrategyofDC/ACconvertorsinhybridmicro-gridHMFCP/QV/fV1#储能P/QV/f\1#光伏P/Q\\其中，HMFC运行于调度模式时采用P/Q控制;当HMFC用于稳定交流母线电压、频率时采用V/f控制;而当HMFC用于稳定直流母线电压时采用V控制。1#储能变流器的控制结构不同之处在于不包含V控制模块。1#光伏作为功率源运行，其变流器只含P/Q控制。图3所示是本文中DC/AC变流器的控制结构。图3DC/AC变流器控制结构Fig．3DC/ACconvertorcontrolstructure图4所示是直流微电网中微源建模中所用电力电子接口电路。考虑到2#储能的能量双向流动运行模式，本文所用的双向DC/DC变流器实际上为电流可双向流动的斩波电路。器件S1和D1构成降压斩波电路，能量从左向右流动;器件S2和D2构成升压斩波电路，能量从右向左流动。图4DC/DC变流器硬件电路结构Fig．4DC/DCconvertorhardwarecircuitstructure文中直流微网中双向DC/DC变流器控制的建模思路类似于交流微电网中的DC/AC变流器控制，同样采用双环控制的方式，具体控制结构见图5所示。其中外环控制器根据直流微源的功能需求设计了功率源运行方式下的P控制器和稳压(直流母线电压控制)运行方式下的V控制器两种，内环电流控制用于实现电流的精确跟踪控制。图5DC/DC变换器控制结构Fig．5DC/DCconvertorcontrolstructure文中直流微电网2#储能包含上述两种外环控制器。与1#光伏类似，2#光伏同样作为功率源运行，因此DC/DC接口变流器只包含图5中的P控制部分，具体详见表2。表2混合微电网各DC/DC变流器外环控制策略Tab．2Outerloopcontrolstrategy
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于母线占优的交直流混合微电网协调控制技术研究[J]. 李瑞生,李献伟,谢卫华,毋炳鑫. 供用电. 2016(09)
[2]基于超级电容器的混合储能在直流微电网中的应用[J]. 张会强,王宇拓,王林川,张闻一. 电测与仪表. 2015(22)
[3]模式转换下分布式电源接入微电网的控制策略研究及仿真[J]. 郑志萍,刘阳,杨武盖. 电测与仪表. 2015(17)
[4]交直流混合微电网接口变换器双向下垂控制[J]. 高泽,杨建华,季宇,刘海涛,苏剑. 南方电网技术. 2015(05)
[5]交直流混合微电网运行控制策略研究[J]. 丁明,田龙刚,潘浩,张雪松,周金辉. 电力系统保护与控制. 2015(09)
[6]基于逆变型微电源的低压微电网运行仿真分析[J]. 张继红,赵杰,吴振奎,宋文隽. 电测与仪表. 2015(01)
[7]交直流混合微电网中AC/DC双向功率变流器的新控制策略[J]. 唐磊,曾成碧,苗虹,徐伟,杨焰. 电力系统保护与控制. 2013(14)
[8]基于多Agent的微电网电压无功控制系统[J]. 薛伟,许培. 传感器与微系统. 2012(04)
本文编号：3012395
【文章来源】：电测与仪表. 2017,54(20)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
交直流混合微电网拓扑结构
电网可以进行交流子系统单独运行、直流子系统单独运行、交直流混合系统联动运行。图1交直流混合微电网拓扑结构Fig．1HybridAC/DCmicro-gridtopologystructure微电网中的分布式电源大都通过变流器连接母线。如图1所示，1#光伏、1#储能以及HMFC均应用DC/AC接口电路。目前，DC/AC接口控制器广泛应用双环控制方式，其中，外环控制器主要用于体现不同的控制目的，同时产生内环参考信号，一般动态响应比较慢;内环控制器主要进行精细的调节，用于提高变流器输出的电能质量，一般动态响应较快。其硬件拓扑结构如图2所示。图2DC/AC变流器硬件电路结构Fig．2DC/ACconvertorhardwarecircuitstructure根据基尔霍夫电压定律(KVL)建立交流母线侧回路方程，可得:L?x=－ＲI3x+I3u－I3e(1)式中L，Ｒ分别是电感值及其等效电阻，x=［iaibic］T是交流侧电流;u=［uaubuc］T是变流器交流侧输出电压;e=［eaebec］T是电网电压;I3是三阶单位阵。两相同步旋转坐标系(d，q)下的数学模型为:Ldid/dtdiq/d[]t=－ＲωL－ω[]L－Ｒidi[]q+I2udu[]q－I2ede[]q(2)式中I2是二阶单位阵。直流量id、iq易于控制，简化了控制器的设计。然而，由式(2)可得，电流id、iq存在相互耦合，通常利用电压前馈解耦策略使系统模型转化为能够相互独立控制的两部分。令:u'd=ud－ed+ωLiqu'q=uq－eq－ωLi{d(3)—93—第54卷第20期电测与仪表Vol．54No．202017年10月25日ElectricalMeasurement＆InstrumentationOct．25，2017
?#储能以及HMFC的控制目标不同，因而3者在控制算法上不尽相同，具体详见表1。表1混合微电网各DC/AC变流器外环控制策略Tab．1OuterloopcontrolstrategyofDC/ACconvertorsinhybridmicro-gridHMFCP/QV/fV1#储能P/QV/f\1#光伏P/Q\\其中，HMFC运行于调度模式时采用P/Q控制;当HMFC用于稳定交流母线电压、频率时采用V/f控制;而当HMFC用于稳定直流母线电压时采用V控制。1#储能变流器的控制结构不同之处在于不包含V控制模块。1#光伏作为功率源运行，其变流器只含P/Q控制。图3所示是本文中DC/AC变流器的控制结构。图3DC/AC变流器控制结构Fig．3DC/ACconvertorcontrolstructure图4所示是直流微电网中微源建模中所用电力电子接口电路。考虑到2#储能的能量双向流动运行模式，本文所用的双向DC/DC变流器实际上为电流可双向流动的斩波电路。器件S1和D1构成降压斩波电路，能量从左向右流动;器件S2和D2构成升压斩波电路，能量从右向左流动。图4DC/DC变流器硬件电路结构Fig．4DC/DCconvertorhardwarecircuitstructure文中直流微网中双向DC/DC变流器控制的建模思路类似于交流微电网中的DC/AC变流器控制，同样采用双环控制的方式，具体控制结构见图5所示。其中外环控制器根据直流微源的功能需求设计了功率源运行方式下的P控制器和稳压(直流母线电压控制)运行方式下的V控制器两种，内环电流控制用于实现电流的精确跟踪控制。图5DC/DC变换器控制结构Fig．5DC/DCconvertorcontrolstructure文中直流微电网2#储能包含上述两种外环控制器。与1#光伏类似，2#光伏同样作为功率源运行，因此DC/DC接口变流器只包含图5中的P控制部分，具体详见表2。表2混合微电网各DC/DC变流器外环控制策略Tab．2Outerloopcontrolstrategy
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于母线占优的交直流混合微电网协调控制技术研究[J]. 李瑞生,李献伟,谢卫华,毋炳鑫. 供用电. 2016(09)
[2]基于超级电容器的混合储能在直流微电网中的应用[J]. 张会强,王宇拓,王林川,张闻一. 电测与仪表. 2015(22)
[3]模式转换下分布式电源接入微电网的控制策略研究及仿真[J]. 郑志萍,刘阳,杨武盖. 电测与仪表. 2015(17)
[4]交直流混合微电网接口变换器双向下垂控制[J]. 高泽,杨建华,季宇,刘海涛,苏剑. 南方电网技术. 2015(05)
[5]交直流混合微电网运行控制策略研究[J]. 丁明,田龙刚,潘浩,张雪松,周金辉. 电力系统保护与控制. 2015(09)
[6]基于逆变型微电源的低压微电网运行仿真分析[J]. 张继红,赵杰,吴振奎,宋文隽. 电测与仪表. 2015(01)
[7]交直流混合微电网中AC/DC双向功率变流器的新控制策略[J]. 唐磊,曾成碧,苗虹,徐伟,杨焰. 电力系统保护与控制. 2013(14)
[8]基于多Agent的微电网电压无功控制系统[J]. 薛伟,许培. 传感器与微系统. 2012(04)
本文编号：3012395
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