混合微网平滑切换及离网稳定运行控制研究

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传统能源的短缺、环境问题日益严峻,都促使新能源得到广泛的开发和利用。为了调整现有能源结构,包含光储燃等多种能源的混合微网逐渐发展起来,多种分布式能源的相互配合,不仅可以使传统的风、光、煤、石油天然气等一次能源得到充分利用,还符合能源的可持续发展观。由于混合微网中多种分布式电源的出力特性不一致,尤其风光等新能源发电系统受自然因素影响大,随机性强,可靠性较薄弱。混合微网并网运行由大电网保证其稳定性,一旦发生离网,脱离了大电网支撑,其稳定性大大降低,因此研究以孤网稳定运行为目标的快速切换技术及保证离网后独立稳定供电对微电网发展具有重要意义,在提高分布式能源利用效率方面具有长远的发展前景。本文主要开展包含光伏、燃气发电机组和储能系统的混合微网研究。首先根据实际工业示范园区中各设备、源、荷的实际情况建立具有实际工程意义的动态仿真模型。其中储能系统中专用性电储能并网下采用PQ控制,离网下主储能采用VF控制,从储能保持PQ控制;生产性储能采用PQ控制。光伏发电系统采用双极发电控制,前极采用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制,后极采用PQ控制;燃气发电机组在通用的Rowen模型基础上进行完善,建立单轴燃气轮机发电系统模型。其次,针对并网到离网的切换,提出考虑倍率特性和动态PQ控制的平滑切换策略。非计划离网后先利用从储能高倍率放电减小电压和频率与额定值的偏差,再根据逆变器过载倍率的特性,划分切负荷的区域,在多区域之间进行负荷的平滑切换。在每次切负荷暂态振荡过程,利用虚拟下垂和虚拟惯性控制,提出从储能动态PQ控制,减小切负荷时造成的冲击。计划离网下,通过提前切除非重要负荷,提前接入燃气发电机组,减小供需不平衡造成的冲击。通过仿真对比,表明本文所提策略能显著减小切负荷造成的电压超调。最后,在脱网进入离网运行后,针对负荷和可再生能源的随机波动,提出基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)和低通滤波(Lowpass Filtering,LPF)的多电源协调控制策略。根据负荷波动计划值,通过MPC滚动优化得到燃气发电机和储能的计划出力值,再通过低通滤波把低频分量分给燃气轮机,提前调度其出力,剩下的高频分量和燃气机响应偏差叠加给从储能,最后仿真结果验证了所提策略在保证从储能SOC跟踪计划值的前提下,有效减轻了储能的调节压力,实现了多电源的协调控制,保障了重要负荷的安全可靠供电和充分利用可再生能源出力。
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