微型电网的自适应控制系统研究

传统集中式、远距离的大电网供电方式存在电能质量、安全性、可靠性、经济性等问题,而且随着煤、石油等能源的日益枯竭,使可再生能源得到了快速的发展。可再生能源具有分散性的特点,对其利用最好的方式就是建立一个包含各种微源和较近负荷的局部小电网即微电网。它能够在并网和孤岛两种方式下运行,并网运行时可与大电网进行双向的能量交换,而当系统发生故障或其他干扰时,微电网可以转入孤岛运行,故障消除后又可平滑地过渡到并网运行状态。另一方面,大自然的能源是受到自然条件制约的,可再生能源多具有间歇特性,因此微电网通常包含多个微源,通过各微源的相互配合来实现对负荷的可靠支持。微电网的运行状态切换和内部微源自身的特性,要求微电网必须采用合理的控制策略,实现本地用户的可靠供电和可再生能源的最大利用。 根据微源和微电网特点,本文建立了以最大风能利用的直驱型风力发电系统为基础,电池储能快速补偿和水电持续补偿风能间歇性为补充的多微源交流微电网结构,组建了一个风电与水电充足地区的典型微电网系统。为满足敏感负荷可靠供电要求,微电网各种运行状态之间的快速准确转换尤为重要,这就要求对每个微源和开关采用适当的协调控制策略。本文在功率管理、负荷管理的基础上,以保证敏感负荷供电可靠性和最大利用可再生能源为目标,建立了基于微电网状态转换的自适应控制策略。主要内容如下: (1)分别建立了直驱型风力发电系统、水力发电机及其励磁和调速系统、蓄电池储能系统及DC-AC电力电子接口模型,其中直驱型风力发电系统采用最大功率跟踪控制;蓄电池包含充电控制、PQ控制和V/f下垂控制;水力发电系统采用PQ控制和下垂控制两种策略,根据微电网的不同运行状态进行相应的控制转换。 (2)根据微电网功率管理和负荷管理要求,针对所建立的风电、水电及储能的混合能源微电网,列出了所有的微源组合情况,并得到了对应的状态转换图。 (3)为满足敏感负荷可靠供电要求,研究了风电、水电及储能混合微电网的8种运行状态及24种状态转换。研究了自适应控制策略,建立了包含输入变量检测、变流器和开关协调管理以及控制动作输出的自适应控制系统。 (4)在PSCAD/EMTDC仿真软件中仿真分析了两个系统典型的正常运行状态“主供输出状态”和“主供支持状态”以及三个状态转换“主供支持状态”到“紧急状态”、“主供支持状态”到“主供输出状态”、“紧急状态”到“风电输出状态”,验证了自适应控制策略的正确性,实现了状态之间的快速准确转换。