光伏发电模式下微电网控制策略研究

为了解决环境和能源之间日益凸显的矛盾,寻求一种清洁型能源刻不容缓,光伏发电毫无疑问是其中之一。本文采用的就是光伏分布式发电技术,但在光伏发电的应用过程中,光伏电源大量接入配电网对配电产生的较大冲击制约了其发展。为了解决这个问题,采用了微电网技术,其中光伏电源是通过电力电子接口接入配电网,该方法增强了分布式发电的灵活性,但与传统发电机系统相比较,增加了系统功率平衡和频率稳定控制的难度。本文以光伏发电构建的微电网为研究对象,对主从控制、对等控制两种微网运行控制策略以及恒功率(PQ)、恒压频(V/f)、下垂控制(Droop)三种分布式电源逆变器控制方法进行研究,并在仿真过程中给出了光伏电池模型结构以及三种控制方法在关键环节的参数设计,仿真分析证明了所建微网模型可用于研究微网控制方法。(1)首先根据光伏电池的数学模型搭建了光伏电池的仿真模型,运用扰动观察法改变Boost电路占空比实现光伏电池的最大功率点跟踪,然后搭建光伏三相并网运行时PQ控制策略的微网控制模型,仿真结果表明光伏电池的仿真模型对光照强度和温度等外部环境的变化具有很好的跟踪表现,因此光伏控制模型具有可靠性和适用性,对下文微网孤岛运行主从控制的研究奠定了基础。(2)针对微网分布式电源接口逆变器控制策略问题,搭建了孤岛运行时微网的主从控制策略的仿真模型。阐述V/f和PQ控制策略的原理,并在dq旋转坐标系下建立仿真模型,对V/f控制策略中的电压电流双环控制的参数进行设计,然后对PQ控制策略中的电流环控制参数进行设计。为了验证V/f控制模型和PQ控制模型的有效性,设计了孤岛运行、并网运行两种运行模式切换的控制仿真模型,仿真结果表明在孤岛运行时,V/f和PQ控制策略在主从控制中能有很好的表现。(3)微网在孤岛运行时采用对等控制,其中分布式电源采用下垂控制,首先阐述对等控制的概念以及下垂控制的原理,并且对下垂控制器模型中的功率控制和电压电流双环控制的参数进行了设计,并搭建仿真模型。由于低压微电网无法直接应用下垂控制,为了符合下垂控制所需条件,本文利用控制参数进行输出阻抗呈感性的设计,同时为了满足下垂控制策略下的分布式电源直流稳定输出和动态响应较快的要求,采用直流电源来代替光伏电池与储能设备结合的方法。通过搭建对等控制仿真算例来验证下垂控制器的有效性,仿真结果表明下垂控制能够实现对公共负荷自行进行功率分配,且能保证微网电压和频率的稳定。