多能互補(bǔ)微網(wǎng)分層控制策略分析目錄TOC\o"1-3"\h\u18806多能互補(bǔ)微網(wǎng)分層控制策略分析 1216041.1基于下垂控制的多能互補(bǔ)微網(wǎng)底層控制策略 1207141.1.1下垂控制原理 1266441.1.2多能互補(bǔ)微電網(wǎng)的下垂控制系統(tǒng) 236681.2多能互補(bǔ)微網(wǎng)二層功率優(yōu)化控制策略 5252281.2.1目標(biāo)函數(shù) 5129061.2.2約束條件 7145821.3多能互補(bǔ)微網(wǎng)三層電能質(zhì)量控制優(yōu)化策略 9286211.3.1電能質(zhì)量指標(biāo) 994741.3.2電能質(zhì)量?jī)?yōu)化控制策略 101.1基于下垂控制的多能互補(bǔ)微網(wǎng)底層控制策略因?yàn)樾铍姵睾凸夥姵囟紝儆谥绷靼l(fā)電，所以多能互補(bǔ)微電網(wǎng)底層控制策略主要面向逆變器的控制，需要依靠逆變器將直流電轉(zhuǎn)化成交流電。鑒于下垂控制具備即插即用、無(wú)互連通信線等特性，可以有效地解決瞬時(shí)功率波動(dòng)的問(wèn)題，完成多逆變器基于本地信息的功率自動(dòng)分配，因而將下垂控制作為多能互補(bǔ)微電網(wǎng)底層控制策略。1.1.1下垂控制原理以逆變器的功率傳輸特性為出發(fā)點(diǎn)，下垂控制策略對(duì)傳輸特性進(jìn)行分析，如下圖1.1所示。選擇母線和逆變器間的所有阻抗等效為Zequi，阻抗角為，選擇逆變器的輸出電壓為，母線電壓為。圖1.1主電路等效電路圖依據(jù)等效電路圖可以求出傳輸功率為：（1.1）（1.2）由于高壓線路以感性為主，因而線路的感抗遠(yuǎn)大于線路電阻，所以可以將線路阻抗看作純感性，=90°。鑒于電壓相位差取很小值時(shí)，可近似認(rèn)為，?？梢园焉鲜鍪阶踊?jiǎn)為：（1.3）（1.4）依據(jù)上述式子可得，逆變器輸出的有功功率P決定于，逆變器輸出的無(wú)功功率Q決定于輸出電壓U。所以，可以依照控制各逆變器電壓相角和幅值，從而調(diào)節(jié)相應(yīng)微源的輸出無(wú)功功率和有功功率。因?yàn)橄嘟且话銦o(wú)法直接控制，所以通常情況下按照，依靠頻率f來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)的間接控制。1.1.2多能互補(bǔ)微電網(wǎng)的下垂控制系統(tǒng)多能互補(bǔ)微電網(wǎng)的下垂控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖1.2所示，先是利用濾波電容后電流I0與逆變器輸出的電壓U0進(jìn)行功率計(jì)算，求出瞬時(shí)輸出無(wú)功功率和瞬時(shí)輸出有功功率。然后依靠下垂控制曲線，分別計(jì)算得到參考電壓的幅值、頻率，其中下垂曲線中下垂系數(shù)和功率基準(zhǔn)值都和二層控制輸出功率基準(zhǔn)值有關(guān)系。而后經(jīng)電壓合成模塊合成Uref，其中電流基準(zhǔn)值取濾波電感后電流IL，電壓閉環(huán)基準(zhǔn)值取逆變器輸出電壓U0。圖1.2下垂控制結(jié)構(gòu)框圖將電流、電壓從abc坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)換為dq0坐標(biāo)軸，要通過(guò)功率計(jì)算模塊使用dq變換，原理公式為：（1.5）（1.6）（1.7）然后再進(jìn)行dq0軸功率計(jì)算，原理公式為：（1.8）（1.9）公式中，和是dq變換后得出的測(cè)量電壓，和是dq變換后得出的測(cè)量電流。下垂特性曲線公式為：（1.10）（1.11）公式中，（1.12）（1.13）公式中，表示下垂控制器的輸出頻率；表示下垂控制器的輸出電壓；表示給定頻率；表示給定電壓；表示有功下垂系數(shù)；表示無(wú)功下垂系數(shù)；表示測(cè)量的有功功率；表示測(cè)量的無(wú)功功率；表示給定的有功功率；表示給定的無(wú)功功率；表示電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的最小頻率；表示微源運(yùn)行的最大有功功率；表示電網(wǎng)正常運(yùn)行的最小電壓；表示微源最大運(yùn)行的無(wú)功功率。P/f、Q/U控制框圖如下圖1.3所示。圖1.3P/F、Q/U控制框圖電壓合成模塊的計(jì)算公式為：（1.14）（1.15）（1.16）上面函數(shù)中，、、表示逆變器各項(xiàng)電壓的給定值。電流電壓雙閉環(huán)控制框圖如下圖1.4所示.圖1.4電壓電流雙閉環(huán)控制框圖1.2多能互補(bǔ)微網(wǎng)二層功率優(yōu)化控制策略因?yàn)槎嗄芑パa(bǔ)微電網(wǎng)存在多能相互交互的特點(diǎn)，致使熱能、冷能、電能出力規(guī)劃比較復(fù)雜。傳統(tǒng)的算法僅僅只是針對(duì)電力優(yōu)化，具有很大的局限性，此時(shí)就需要根據(jù)多能互補(bǔ)微網(wǎng)能源循環(huán)利用的特點(diǎn)，另構(gòu)建算法使其達(dá)到新的環(huán)境最佳、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。本章根據(jù)環(huán)保成本和微源運(yùn)行建立多能互補(bǔ)微電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)符合需求建立約束條件，對(duì)多能互補(bǔ)微電網(wǎng)二層功率優(yōu)化控制策略進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。1.2.1目標(biāo)函數(shù)由前幾章可知，多能互補(bǔ)微電網(wǎng)中微源包括蓄電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)；能量轉(zhuǎn)換器包括電制冷設(shè)備、電制熱設(shè)備、溴化鋰設(shè)備、余熱鍋爐。因而選擇下面八個(gè)優(yōu)化變量針對(duì)模型：{}上面變量中，表示電制冷成本；表示電制熱成本；表示溴化鋰制冷機(jī)余熱成本；表示余熱制熱余熱用量；表示蓄電池輸出功率；表示光伏電池輸出功率；表示風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率；表示微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率。在電、熱、冷電荷和各個(gè)設(shè)備、微源容量供需平衡的條件下，使得污染氣體排放量和發(fā)電成本綜合最小化是多能互補(bǔ)微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的目標(biāo)。從多能互補(bǔ)微電網(wǎng)的優(yōu)化目標(biāo)可以知到，它的目標(biāo)函數(shù)是：（1.17）上面方程中，表示多能互補(bǔ)微電網(wǎng)運(yùn)行目標(biāo)函數(shù)；表示系統(tǒng)發(fā)電成本；表示污染氣體排放罰款成本。、分別為污染氣體排放罰款成本、發(fā)電成本的權(quán)重比例，并且+=1。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)可以知道，運(yùn)行總費(fèi)用包括多能互補(bǔ)微電網(wǎng)排放的污染氣體罰款成本、多能互補(bǔ)微電網(wǎng)微源維護(hù)成本和燃料成本。不同的發(fā)電特性決定了不同微源成本組成也不盡相同。多能互補(bǔ)微電網(wǎng)中設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本由每個(gè)設(shè)備、微源產(chǎn)生，不同設(shè)備、微源的維護(hù)系數(shù)也不同，大多數(shù)情況下，都和輸出功率相關(guān)；燃料成本大多是微型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生。各個(gè)微源發(fā)電成本如下:(1)蓄電池蓄電池的發(fā)電成本就是運(yùn)行維護(hù)成本，相關(guān)公式表示為：（1.18）上面方程中，是第k個(gè)蓄電池的輸出功率；是蓄電池的運(yùn)行維護(hù)成本系數(shù)。（2）光伏電池光伏電池的電力來(lái)自于太陽(yáng)能，是清潔能源發(fā)電設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)陳本是它的主要發(fā)電成本，可以用公式表示為：（1.19）上面函數(shù)中，表示光伏電池的運(yùn)行維護(hù)成本系數(shù)；表示第k個(gè)光伏電池的輸出功率。（3）風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)能是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電力來(lái)源，風(fēng)力發(fā)電機(jī)屬于清潔能源發(fā)電設(shè)備，因而其運(yùn)行維護(hù)成本主要是發(fā)電成本，可以用公式表示為：（1.20）上面函數(shù)中，表示風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行維護(hù)成本；表示第k個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率。（4）微型燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行維護(hù)成本和燃料成本主要是微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電成本，可以用公式表示為：（1.21）上面函數(shù)中：n表示微型燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)；T表示運(yùn)行周期，一般單位是小時(shí)；表示微型燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行維護(hù)成本系數(shù)；表示微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃料價(jià)格；表示第k個(gè)微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃料消耗量；表示第k個(gè)微型燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率。從上面可以知道，系統(tǒng)發(fā)電的成本為：（1.22）上面函數(shù)中：是蓄電池的發(fā)電成本；是光伏電池的發(fā)電成本；是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電成本；是微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電成本；上面方程可以展開(kāi)為：（1.23）微型燃?xì)廨啓C(jī)造成的污染成分一般包含氮化物、硫化物、碳化物等氣體，這些成分一般產(chǎn)生了污染罰款。污染氣體排放罰款成本為：（1.24）上面方程中：、是在第k個(gè)微型燃?xì)廨啓C(jī)種第j種排放氣體的罰款系數(shù)；是第j種污染氣體的罰款費(fèi)用率；m表示污染氣體的種數(shù)。因而從上面可以知道，目標(biāo)函數(shù)可以展開(kāi)表示成：（1.25）1.2.2約束條件在建立了多能互補(bǔ)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)之后，還需要考慮系統(tǒng)內(nèi)各種約束條件，可以把約束條件分成不等式約束條件和等式平衡約束條件，其中不等式約束條件為各個(gè)微源功率上下限約束，等式平衡約束條件包含余熱平衡約束和電、熱、冷平衡約束。具體的約束條件如下所示：（1）蓄電池出力約束（1.26）上面函數(shù)中：表示第k個(gè)蓄電池最大安全出力；表示第k個(gè)蓄電池的最小安全出力。（2）光伏電池出力（1.27）上面函數(shù)中：表示第k個(gè)光伏電池最大安全出力；表示第k個(gè)光伏電池最小安全出力（3）風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力約束（1.28）上面函數(shù)中：表示第k個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大安全出力；表示第k個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)最小安全出力。（4）微型燃?xì)廨啓C(jī)處理約束（1.29）上面函數(shù)中：表示第k個(gè)微型燃?xì)廨啓C(jī)的最大安全出力；表示第k個(gè)微型燃?xì)廨啓C(jī)的最小安全出力。（5）余熱平衡約束（1.30）上面函數(shù)中：表示第k個(gè)微型燃?xì)廨啓C(jī)余熱總量。（6）冷功率約束平衡（1.31）上面函數(shù)中，表示第k個(gè)溴化鋰制冷機(jī)余熱用量；表示溴化鋰制冷機(jī)的余熱轉(zhuǎn)化效率；表示第k個(gè)電制冷用電量；表示電制冷轉(zhuǎn)化效率；表示所有冷負(fù)荷。（7）熱功率平衡約束（1.32）上面函數(shù)中，表示多有熱負(fù)荷；表示電制熱轉(zhuǎn)化效率；表示第k個(gè)電制熱用電量；表示余熱鍋爐制熱余熱轉(zhuǎn)化效率；表示第k個(gè)余熱鍋爐制熱余熱用量。（8）電功率平衡約束（1.33）上面函數(shù)中，表示所有電力負(fù)荷；表示線路損耗。1.3多能互補(bǔ)微網(wǎng)三層電能質(zhì)量控制優(yōu)化策略1.3.1電能質(zhì)量指標(biāo)頻率或電流電壓的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)和靜態(tài)偏差是致使用戶電力設(shè)備誤操作或故障的主要電能質(zhì)量問(wèn)題，主要體現(xiàn)在瞬態(tài)過(guò)電壓和暫態(tài)；諧波、三相電壓不平衡和短時(shí)中斷、電壓暫降、電壓波動(dòng)和閃變；頻率、電壓有效值變化······這些參數(shù)變化的幅度。電能質(zhì)量指標(biāo)主要包括諧波含量、三相不平衡度、頻率偏差、電壓偏差等，可以有效反應(yīng)電能質(zhì)量問(wèn)題。(1)電網(wǎng)諧波電網(wǎng)中一些負(fù)荷的非線性快速時(shí)變或設(shè)備的非線性特性，換句話說(shuō)就是所加的電流和電壓不成線性關(guān)系而致使的波形畸變。一般用總諧波畸變率概括，可以用公式表示為：（1.34）上面函數(shù)中：表示基波均方根值；表示h次的諧波均方根值；表示最高次諧波?！峨娔苜|(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中表示：每級(jí)電網(wǎng)諧波源產(chǎn)生的電壓總諧波畸變率是：0.38kV是2.6%；6-10kV是2.2%；35-66kV是1.9%；110kV是1.5%。（2）三相電壓不平衡度一般情況下都使用電壓的負(fù)序分量來(lái)衡量三相電壓不平衡程度，所以用負(fù)序電壓和正序電壓之比來(lái)定義三相電壓不平衡程度，正常用百分?jǐn)?shù)表示：（1.35）上面函數(shù)中，表示正序電壓；表示負(fù)序電壓；表示三相電壓不平衡程度百分比。如果三相電壓不平衡度百分比超出了容許范圍，就容易導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱和產(chǎn)生較大的附加振動(dòng)力矩、繼電器誤動(dòng)作保護(hù)?！度嚯妷涸试S不平衡度》中表示：電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)短時(shí)的不平衡度允許值是4%，正常電壓不平衡度不能超過(guò)2%。（3）頻率偏差電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下系統(tǒng)頻率的實(shí)際值和標(biāo)稱值之差，一般用于表示頻率偏差：（1.36）上面函數(shù)中：表示系統(tǒng)額定頻率，50Hz是我國(guó)的系統(tǒng)額定頻率；表示實(shí)際頻率；表示頻率偏差值?！峨娔苜|(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》中表示：當(dāng)系統(tǒng)容量比較小時(shí)，電力系統(tǒng)的頻率偏差值可以適當(dāng)拓寬至0.5Hz，當(dāng)系統(tǒng)容量比較大時(shí)，電力系統(tǒng)的頻率偏差允許值是0.2Hz。（4）電壓偏差系統(tǒng)實(shí)際電壓和額定電壓的差值，表示為電壓偏差，一般情況下用系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分比表示：（1.37）上面函數(shù)中，表示系統(tǒng)的額定電壓；表示系統(tǒng)的實(shí)際電壓；表示電壓偏差百分比。電壓偏差過(guò)大的話會(huì)對(duì)電子設(shè)備、照明設(shè)備、感應(yīng)發(fā)電機(jī)等用電設(shè)備產(chǎn)生巨大影響，而且還會(huì)大幅度降低無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備能力?！峨娔苜|(zhì)量供電電壓允許偏差》中明確了電壓偏差指標(biāo)，當(dāng)系統(tǒng)電壓范圍是220V單項(xiàng)供電時(shí)，容許范圍為-10%~7%；當(dāng)系統(tǒng)電壓范圍在10kV及以下時(shí)，容許范圍為7%，當(dāng)系統(tǒng)電壓范圍在35kV及以上時(shí)，容許范圍為10%。1.3.2電能質(zhì)量?jī)?yōu)化控制策略因?yàn)槎涌刂?/p>