孤岛模式下基于协调一致算法的微网协调控制策略研究

发布时间：2020-05-22 20:34

【摘要】：在分布式发电技术中,微电网中大量不同种类的分布式电源并联运行时需要良好的控制策略,微电网作为自治系统,应该具备脱离大电网后的独立运行能力,并且能够独立完成频率和电压的支撑。目前,下垂控制技术能够以分布式的方式实现微网的对等控制,但仍然无法满足负荷对频率和电压的更高要求。本文针对传统下垂控制中的缺陷——频率偏移和无功功率期望分配问题,提出了新的微网协调控制策略,对协调一致算法提出了改进,并将改进的协调一致算法应用于下垂控制中,实现了频率的二次调节和功率的期望分配。首先,本文对协调一致算法和下垂控制的基本理论进行了研究,采用了信息层和能量层的双层结构,并且分析了孤岛模式下微网采用传统下垂控制的局限性——以牺牲频率为代价来实现输出有功功率的调节和无功功率无法实现期望的分配,使得微网出现频率的偏移和无功功率的分配问题。其次,在下垂控制的有功功率—频率调节过程中,所有节点的频率在稳态时将趋于一致,但是在暂态过程中不同节点的频率是有差的,不利于频率的二次调整。为了实现微网孤岛模式的频率二次调节,本文设定一个领导节点,并对协调一致算法提出改进——实现其余节点的数据与领导节点的数据趋于一致。将改进的协调一致算法应用于下垂P-f控制中,领导节点测出与标准频率的差值作为频率调整量,通过改进的协调一致算法,使得其余节点的频率调整量与领导节点的调整量趋于一致,并且所有节点使用相同的调整量对输出频率进行补偿,实现对节点P-f曲线的平移,使得所有节点的输出频率恢复并稳定工作在标准频率。然后,在下垂控制的无功功率—电压调节过程中,分布式电源的等效输出阻抗不同使得输出电压(局部量)不同,导致了输出无功功率无法达到期望的分配。本文对协调一致算法进一步改进,采用无向连通图的拓扑结构,算法能够实时计算所有节点趋于一致的状态值——所有节点的平均值,并将改进的算法应用到下垂Q-U控制中,提出虚拟电压的概念——(无功下垂系数与无功功率的乘积),每个节点计算自身虚拟电压,并通过相邻节点的虚拟电压(局部信息)实时获取统一的虚拟电压平均值(全局信息),通过本地虚拟电压对虚拟电压平局值的跟踪,实现所有节点的虚拟电压趋于一致,通过设定不同的无功下垂系数,能够有效控制输出无功功率达到期望的分配。最后,在MATLAB/Simulink中建立系统仿真模型。模拟孤岛模式下,微网的实际运行情况。通过仿真进行分析,结果如下:(1)通过平移所有节点的下垂控制P-f曲线能够实现频率的恢复,信息层使用改进的协调一致控制策略能够降低通信开销,能量层中对输出频率进行补偿,实现系统频率的二次调节,保障了微网系统频率在标准频率下运行。(2)通过能量层节点的虚拟电压对虚拟电压平均值的跟踪,结合改进的协调一致策略和改进的下垂控制策略,实现能量层节点的虚拟电压仅需根据相邻节点的信息(局部信息)达到一致且为虚拟电压平均值,通过设定不同的下垂比例系数,能够保障输出无功功率达到期望的分配,且不受到线路阻抗的影响。(3)本文通建立6台分布式电源双层微网仿真模型,在负荷投切和电源故障退出产生的扰动之下,实现功率的合理分担和频率的二次调节,达到对等控制的效果,从而实现真正的“即插即用”。
【图文】：

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2 能量层和信息层的选择与分析2 能量层和信息层的选择与分析2.1 引言在本章中，，首先分析和研究了微电网的能量层的运行模式和控制策略，然据微电网能量层的运行特性，在此基础上引入了信息层的概念，并对信息层本控制策略和结构进行分析研究。2.2 微网能量层的运行模式微电网的基本结构包括：分布式电源（光伏发电、风力发电和潮汐发电等）流器、负荷、储能装置和监控保护装置等，属于一个小型的发输配电系统[30]图 2.1 所示。

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的孤岛模式运行的控制策略存在诸多问题，比如：频率的偏移、分的功率分配等问题，影响微网孤岛模式的稳定运行。网能量层的控制模式电网的能量层中包含多种能源输入（光伏、风能、天然气等）形式出（热能、电能等）形式、多种能量转换单元（交流/直流、直流/交等）以及多种运行状态（孤岛模式、并网模式、切换模式）[35]，因态特性变得复杂，微网的控制策略随之更加复杂。微电网中包含了多种分布式电源，根据微网的不同状态需求下，分差异化的控制模式，主要的控制模式分为三种：主从控制、对等控。主从控制模式从控制中，分布式电源存在主从关系，包含了一个主分布式电源和电源，如图 2.2 所示。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM73

【参考文献】