分布式電源和微電網(wǎng)控制方式分析案例1.1分布式電源的控制

1.1.1PQ控制由圖2-1可知，當(dāng)時(shí)，與分布式電源相連接的逆變器輸出的P維持在，當(dāng)時(shí)，與分布式電源連接的逆變器輸出的Q維持在。事實(shí)上，PQ控制的本質(zhì)就是通過分別控制各個(gè)分布式電源發(fā)出的P和Q進(jìn)而最終使得有功無功功率都等于設(shè)定值的目的。在我國微電網(wǎng)的背景下，類似于風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電的分布式發(fā)電的情形下需要同時(shí)配備一些大容量的儲(chǔ)能設(shè)備，原因主要是在它們的發(fā)電過程中的環(huán)境會(huì)受到外界環(huán)境以及天氣變化的影響，所以其工作狀態(tài)并不能穩(wěn)定保持，以至于產(chǎn)生間歇性和波動(dòng)性會(huì)產(chǎn)生一系列不好的影響，譬如經(jīng)濟(jì)性差，穩(wěn)定性低等等。要想盡可能的使這類電源的能源的利用率達(dá)到最大，就要用最大功率算法計(jì)算得出有功無功的參考。圖1.1PQ控制原理圖1.1.2恒頻恒壓控制在恒頻恒壓（V/F）控制下，不論逆變電源輸出的功率是如何發(fā)生變化的，其輸出電壓的幅值及頻率應(yīng)該保持在參考值不變，若接口逆變器選擇采用這樣的控制策略則能夠使得孤島模式下的微網(wǎng)同時(shí)具有一定的負(fù)荷功率跟隨特性，并且這種控制策略下，孤島微網(wǎng)的電壓幅值及頻率的穩(wěn)定也是一大優(yōu)勢(shì)。在微電網(wǎng)的背景下，類似于傳統(tǒng)得燃汽輪機(jī)、燃料電池等分布式發(fā)電及蓄電池等儲(chǔ)能設(shè)備，他們都可以作為微網(wǎng)孤島模式下的支撐性電壓源，可以隨著負(fù)荷需求對(duì)自身的功率輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)的這個(gè)特點(diǎn)，使得維持微網(wǎng)系統(tǒng)的功率平衡變得更加容易實(shí)現(xiàn)。所以，在微網(wǎng)孤島模式下正常運(yùn)行時(shí)，適合采用V/f控制策略。

1.1.3下垂控制所謂下垂控制意指選擇與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)相似的頻率一次下垂特性曲線（Droop

Character）作為微源的控制方式。

圖1.2下垂控制原理圖下垂控制是一種模擬發(fā)電機(jī)組功頻特性，并選擇與其有相似頻率的下垂控制曲線作為微網(wǎng)中分布式發(fā)電的控制方式。目前在使用的下垂控制方式有以下兩種類型：1.頻率/有功和電壓/無功的下垂控制（Droop）;1.有功/頻率和無功/電壓的下垂控制（Droop）微源在采取這種Droop時(shí)有十分多的優(yōu)點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，比如無需電源機(jī)組之間的通信協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)微網(wǎng)即插即用和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)控制的目標(biāo)，保證了孤島下微電網(wǎng)的功率平衡和頻率統(tǒng)一，簡單可靠。接下來介紹一下如何從數(shù)學(xué)的角度來理解Droop控制;首先假設(shè)線路中如圖1.3中潮流流動(dòng)的方向是從A到B的；圖1.3功率流動(dòng)圖由電力系統(tǒng)分析的所學(xué)知識(shí)可得出A流向B的P和Q可這樣表示： 假設(shè)圖1.3中U的值很大，,且比較小的時(shí)候，可構(gòu)建以下等式，，至此式（1.1）可以被簡化為： 有了式（1.2）就可以十分簡單明了的理解為什么頻率可通過有功功率控制且電壓壓差可通過無功功率來控制。但由于微電網(wǎng)的電壓等級(jí)通常比較低，所以在這里還要考慮U比較低的情況，此時(shí)，同理，式（1.1）被簡化成： 由此又可以得出，在電壓等級(jí)比較低的情況下，頻率可通過無功功率控制且電壓壓差可通過有功功率來控制。因此，我們?cè)谧龇治鰰r(shí)需要根據(jù)遇到的實(shí)際問題與實(shí)際情況來選擇適當(dāng)?shù)南麓箍刂品绞健?.2微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法研究微電網(wǎng)的系統(tǒng)和一般常規(guī)的大電網(wǎng)既有共同的相似性,當(dāng)然也是會(huì)有很多的差異,比如說由于微電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上的組成是靈活多變,而且它們的運(yùn)行模型也是比較靈活的,因此對(duì)于整個(gè)微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)管理控制也要比大電網(wǎng)困難和復(fù)雜很多。1.1.1主從控制主從控制是根據(jù)MG中各個(gè)DG的重要性以及其分工的不同來綜合定義的。在設(shè)計(jì)之初，MG通常會(huì)將調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、可靠性高、綜合性能好的DG作為主機(jī)，其他DG作為從機(jī)。所以當(dāng)MG系統(tǒng)在一個(gè)孤島狀態(tài)運(yùn)行的工作模式下時(shí),主機(jī)通常會(huì)使用恒壓恒頻進(jìn)行控制,從機(jī)則是采用PQ來進(jìn)行控制的方法,以上介紹的便是主從控制的基本策略。這樣的設(shè)置還有一個(gè)很大的好處,那就是主機(jī)能夠?yàn)檎麄€(gè)MG系統(tǒng)提供一個(gè)參考的電壓和頻率,當(dāng)外部的大電網(wǎng)發(fā)生了故障亦或者說是MG的內(nèi)部出現(xiàn)了擾動(dòng)時(shí),主機(jī)就可以起到平衡和抑制系統(tǒng)內(nèi)的各種非正常波動(dòng),協(xié)調(diào)控制整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡的功能,其他采用PQ控制的從機(jī)起不到這個(gè)作用。根據(jù)主機(jī)所提供的電壓和頻率,調(diào)節(jié)輸出,實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的運(yùn)行微網(wǎng)[29]。主從控制的典型結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。圖1.3主從控制結(jié)構(gòu)圖但主從控制也存在些缺點(diǎn)：（１)由上面的介紹可知，主從控制中的起主要控制作用的是恒壓恒頻控制下的主機(jī)，這樣的控制方式有優(yōu)點(diǎn)，但是也有不方便的地方，比如說該DG輸出電壓幅值不變，想要增加輸出的功率根據(jù)只能通過增加輸出電流的方式，對(duì)主機(jī)要求高。（２）系統(tǒng)的電壓頻率完全依靠主機(jī)控制，若是MG中出現(xiàn)負(fù)荷的波動(dòng)，很容易引起主機(jī)的運(yùn)行出現(xiàn)問題，總體來說對(duì)主機(jī)的依賴性很高。（３）我們上述提到的這種控制方式下，主機(jī)與從機(jī)之間依靠通信，比如在MG出現(xiàn)故障時(shí)，需要立即通過通信快速給出反應(yīng)，否則控制失敗。復(fù)雜的通訊設(shè)備無疑增加了微電網(wǎng)的成本。[30]1.1.2對(duì)等控制

對(duì)等控制,可與主從控制方案作為對(duì)照的角度來理解,即在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各種分布式電源之間的地位基本上是平等的,沒有任何依賴關(guān)系,按照預(yù)先設(shè)置好的控制方案對(duì)其進(jìn)行共同的電壓、頻率的調(diào)節(jié)。當(dāng)微網(wǎng)與大電網(wǎng)斷開后獨(dú)自正常運(yùn)行時(shí),若整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)均采用了對(duì)等控制,對(duì)應(yīng)的DG通常會(huì)采用下垂控制的方法對(duì)其進(jìn)行調(diào)整,DG之間不會(huì)相互依賴,通過這種相互配合共同保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定[31]。對(duì)等控制的結(jié)構(gòu)圖如圖1.4所示。圖1.4對(duì)等控制結(jié)構(gòu)圖對(duì)等控制的優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)可靠，調(diào)節(jié)簡單，在并網(wǎng)和孤島狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)所有DG采用下垂控制,均可工作模式不變，可以有效保持系統(tǒng)工作狀態(tài)模式穩(wěn)定不變,無需重復(fù)進(jìn)行內(nèi)部切換,整個(gè)操作過程不必再重復(fù)需要任何網(wǎng)絡(luò)通訊,從而直接有效實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的內(nèi)部無縫相互切換,“即插即用”的思想得以體現(xiàn)。缺點(diǎn)是：采用此模式的獨(dú)立微電網(wǎng)均具有一定的冗余度，系統(tǒng)電壓和頻率的恢復(fù)問題還沒有解決，抗干擾能力不足，諧波得不到消除。

1.1.3分層控制從以上兩小節(jié)的分析我們了解到，主從控制和對(duì)等控制都有各自的優(yōu)點(diǎn)以及一些有待進(jìn)一步完善和優(yōu)化的不足之處，由此我們想到將兩種控制方法中的優(yōu)點(diǎn)在系統(tǒng)中充分結(jié)合起來，將復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層，減少了DG之間的相互依賴，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。微網(wǎng)在此種控制模式下唯一需要測(cè)量的量是輸出端的一系列量，其他DG的相關(guān)數(shù)值并不需要測(cè)量，這是因?yàn)檎麄€(gè)控制過程中都不需要相互之間的通信。比如分布式電源A出現(xiàn)故障從而退出系統(tǒng)運(yùn)行，在此之后分布式電源BCD并不會(huì)受到影響而繼續(xù)之前的運(yùn)行，系統(tǒng)的可靠性極高。這也進(jìn)一步解釋了什么是即插即用的思想。分層控制總體將整個(gè)微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)劃分成三層如圖1.5所示。圖1.5分層控制結(jié)構(gòu)圖1.1.4控制策略對(duì)潮流計(jì)算的影響從上一節(jié)中所介紹的內(nèi)容中可知,固然為了能夠使得微電網(wǎng)的分析、規(guī)劃、控制、調(diào)度等過程進(jìn)一步簡化,在這一階段中微電網(wǎng)和dg采取的控制手段大多是借鑒了傳統(tǒng)的輸配電網(wǎng)。但微網(wǎng)和傳統(tǒng)的輸配電系統(tǒng)之間在潮流量和計(jì)算方法上仍然存在著很大的差異,具體體現(xiàn)如下:1)傳統(tǒng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)大多在額定工頻條件下正常運(yùn)行,功率容量大,所要進(jìn)行計(jì)算的物理量,其中應(yīng)該包括穩(wěn)態(tài)頻率量,并且還應(yīng)該充分考慮到負(fù)載模型的改變。2)在我們傳統(tǒng)的輸配網(wǎng)中,頻率的大小隨著輸送負(fù)荷的暫態(tài)改變而產(chǎn)生偏移。調(diào)速器能