微电网并离网平滑切换控制策略研究_刘景霞.pdf
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1、 微电网并离网平滑切换控制策略研究刘景霞,王硕秋(内蒙古科技大学,内蒙古 包头0 1 4 0 1 7)摘 要:针对微电网并网和离网模式切换过程存在电压、频率波动问题,主要从切换过程储能逆变器P/Q控制和V/F控制入手,分析并改进了传统储能逆变器的控制策略。在离网控制策略中加入附加的功率模块,可以补充模式切换造成的功率缺额;在并网控制模式中加入附加的频率和电压控制模块,用来稳定切换造成的电压和频率的波动。最后在MA T L A B中对上述策略进行建模仿真,验证控制的有效性。关键词:微电网;P/Q控制;V/F控制;平滑切换中图分类号:TM 4 6 4 D O I:1 0.1 9 7 6 8/j.c
2、 n k i.d g j s.2 0 2 3.0 2.0 0 9S t u d yo nS m o o t hS w i t c h i n gC o n t r o l S t r a t e g yf o rG r i dC o n n e c t i o na n dO f f-g r i dL I UJ i n g x i a,WAN GS h u o q i u(I n n e rM o n g o l i aU n i v e r s i t yo fS c i e n c e&T e c h n o l o g y,B a o t o u0 1 4 0 1 7,C h i n a
3、)A b s t r a c t:A i m i n ga tt h ef l u c t u a t i o no fv o l t a g ea n df r e q u e n c yi nt h es w i t c h i n gp r o c e s sb e t w e e nc o n n e c t i o na n do f f-g r i dm o d eo fm i c r o g r i d,s t a r t i n gf r o mt h eP/Qc o n t r o l a n dV/Fc o n t r o lo fe n e r g ys t o r a
4、g e i n v e r t e r i nt h es w i t c h i n gp r o c e s s,t h ec o n t r o l s t r a t e g yo f t r a d i t i o n a l e n e r g ys t o r a g e i n v e r t e r i sa n a l y z e da n d i m p r o v e d.A d d i t i o n a l p o w e rm o d u l e s i sa d d e dt ot h eo f f-g r i dc o n t r o l s t r a t
5、e g y t oc o m p e n s a t e f o r t h ep o w e rd e f i c i t c a u s e db ym o d e s w i t c h i n g.A d d i t i o n a l f r e q u e n c ya n dv o l t-a g ec o n t r o lm o d u l e s a r e a d d e d t o t h eg r i d-t i e dc o n t r o lm o d e t o s t a b i l i z ev o l t a g e a n d f r e q u e n
6、 c y f l u c t u a t i o n s c a u s e db ys w i t c-h i n g.F i n a l l y,t h ea b o v es t r a t e g y i sm o d e l e da n ds i m u l a t e d i nMA T L A Bt ov e r i f yt h ee f f e c t i v e n e s so f c o n t r o l.K e yw o r d s:m i c r o g r i d;P/Qc o n t r o l;V/Fc o n t r o l;s m o o t hs w
7、 i t c h i n g收稿日期:2 0 2 2-0 7-0 9作者简介:刘景霞(1 9 7 1-),硕士,研究方向为电力系统、新能源发电、新能源蓄热、通信等;王硕秋(1 9 9 5-),硕士研究生,研究方向为微电网、电力系统、微电网智能监控等。0引言随着社会的发展,只靠煤等不可再生资源发电显然不能满足社会的经济性和环保性需求。以可再生能源发电的微电网具有的优势可以弥补传统发电带来的影响。微电网可以与电网实现能量流动,从而改善电网局部地区用电紧缺,增强电网稳定性;微电网以当地的风光等可再生资源发电,满足当地用电需求的同时,可减少电力远距离传输带来的能量损耗;微电网的储能系统还具有削峰填谷的
8、作用,电能过剩时可存储在微电网的储能系统中,而当用户电力需求过大且发电量不满足时,微电网的储能系统则会放电来满足用户用电需求。在“十四五”规划“碳达峰、碳中 和”目 标 提 出 后,微 电 网 的 发 电 比 例 会 大 幅 度提高1。微电网有并网运行和离网运行两种模式。并网运行时微电网与电网进行能量交换,其频率和电压由电网提供,储能系统采用P/Q控制;离网运行时微电网单独运行,其电压和频率由本身系统提供,储能系统采用V/F控制。在并/离网切换阶段,切换系统结构发生改变,会导致切换系统的电压和频率发生改变。为了保证微电网的稳定运行,需要保证切换前后微电网电压和频率稳定,切换前后联络线电压偏差不
9、大于7%Un,微电网频率偏差不大于0.1fn2。本文以光储微电网的储能系统为研究对象,针对并离网模式切换前后系统功率和频率发生波动的问题,分析并改进传统储能系统控制策略,以期实现更平滑的切换。1光储微电网的结构及控制策略1.1光储微电网结构光储微电网拓扑结构如图1所示。光伏分布式电源通过最大功率点追踪向外输出恒定的功率,逆变器采用P/Q控制;储能系统工作在并网模式时,逆变器采用P/Q控制,储能单元能够根据光伏发电量和电网的信息合理充放电,保证系统电能的质量;储能系统工作在离网模式时,逆变器采用V/F控制,储能系统作为电源为系统供能,保证系统电压和频率的稳定。由于两种控制模式转换前后系统功率存在
10、缺额,会造成切换时系统功率和频率的波动,因此需要改进储能控制策略,以确保并离网切换的顺利进行,还可抑制切换过程造成的波动。92新能源系统与设备 电工技术 图1集中式储能拓扑结构1.2储能系统控制原理1.2.1并网运行模式下的蓄电池逆变器控制策略在并网运行模式下,蓄电池逆变器的控制目标为按照电网的指令输出相应的有功功率和无功功率,即P/Q控制策略。在同步旋转坐标系下,三相逆变器输出的瞬时有功功率和瞬时无功功率分别为:P=32(udid+uqiq)(1)Q=-32(udid+uqiq)(2)式中,P为有功功率;Q为无功功率;ud、uq分别为ua、ub、uc在d q坐标轴上的等效分量;id、iq分别
11、为电感电流iaL、ibL、icL在d q坐标轴上的等效分量。由式(2)可以推出d、q轴电流的指令值idr e f、iqr e f为:idr e f=32(Pr e fud-Qr e fuqu2d+u2q)(3)iqr e f=-32(Pr e fuq+Qr e fudu2d+u2q)(4)在同步旋转坐标系下,电流内环的控制方程为:usd=(Kp+Kis)(idr e f-id)+Lgiq+ud(5)usq=(Kp+Kis)(iqr e f-iq)+Lgid+uq(6)式中,usd、usq为逆变器参考电压;Kp、Ki为电流调节器的控制参数;为电网角频率3。P/Q控制策略下,逆变器的控制框图如图2
12、所示。图2P/Q控制器的控制结构框1.2.2离网运行模式下的蓄电池逆变器控制策略在孤岛运行模式下,系统失去电网电压和频率的支撑,逆变器需切换到恒压恒频(V/F)控制模式。V/F控制与P/Q控制的不同之处在于交、直流电流参考值的获取方式不同。以电容电压为状态量来列写的状态方程,在d、q坐标系下可以得到4。按照此方程可以得到电压外环的控制方程:Cgduddt=id L-r e fCguq-id l(7)Cgduqdt=iq L-r e fCgud-iq l(8)idr e f=Cg(Kp+Kis)(udr e f-ud)-r e fCguq+id l(9)iqr e f=Cg(Kp+Kis)(uq
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