微网实验系统研究

微网是指由分布式电源、储能装置、可控负荷等装置按一定运行规则汇集而成的小型发配电系统,具有联网和孤岛两种运行模式。由于微网在供电可靠性、安全性、可持续性等方面的优势,越来越受到人们的关注。本文按地域对世界范围内的微网实验系统发展状况进行了综述,然后按结构对现存的微网实验系统进行了分类,在微网控制策略和实验系统建设领域,展开了下述研究工作: 首先对微网的控制策略和控制模式进行了详细分析,针对微网中微源多为逆变型分布式电源的特点,总结了微网中分布式电源常用的三种控制策略,恒功率控制、恒电压/恒频率控制、下垂控制,并对三种控制策略的特点及实现方式进行了详细分析;从微网上层管理的角度,总结和对比了微网的三种常用控制模式,即主从控制模式、对等控制模式和分层控制模式,分析了这三种模式各自的实现方法以及不同需求下所需采用的控制模式。 其次,为了能够对微网的运行特性进行深入的理论和实验研究,建立了一个小型实验室微网系统。该系统中的分布式电源采用光伏模拟单元和风机模拟单元,通过电力电子变换装置并入微网;系统以蓄电池为储能装置,并通过双向逆变器并入微网,用以维持微网的暂态功率平衡。当微网联网运行时,以外电网电压和频率为参考,蓄电池双向逆变器、光伏并网逆变器和风机并网逆变器采用恒功率控制;孤岛运行时,双向逆变器的控制策略切换为恒电压、恒频率控制,用以提供微网电压和频率参考。实验结果表明,该系统可以稳定的工作在联网模式和孤岛模式,并可实现二者之间的平滑切换,提高了能量供给的可靠性。 再次,详细介绍了一个与建筑结合的小型光伏微网系统的实现方法,结合具体应用地点的气象数据、具体建筑的空间情况及用电负荷,给出了光伏组件安装容量及光伏微网系统的设计方案并加以实现,针对所设计的系统进行了能耗模拟,分析了系统的运行模式及稳态运行性能。实验测试结果表明,该系统的实测能耗与模拟能耗一致,并能在外电网断电或故障的条件下,仍然保持对建筑内负荷的电力供应,提高了供电可靠性。 最后,依据国外一些微网实验室和示范工程的建设经验,提出了一个包含多种分布式电源,结构可自由配置,并且控制模式灵活多变的综合微网实验室设计方案,并对微网的各种可能的结构变形及控制模式进行了分析。