风光蓄交流微电网的控制与仿真研究

近年来,随着环境问题的日益凸出以及人们对电力需求的不断增长,风力发电、光伏发电等分布式电源(Distributed Generator,DG)凭借其投资少、发电方式灵活、环境友好等优点得到人们的关注。然而,由于受到风速、光照、温度等自然条件随机变化的影响,大量的分布式电源的并网对电网的稳定运行和电能质量产生了诸多不利影响。为了更加合理、有效地利用DG,学者们提出了微电网的概念。微电网相对于大电网是单一的受控单元,通过一个公共连接点接入大电网,并采用协调控制策略,使得微电网既可以与大电网并网运行,又可以与大电网断开连接,进入孤岛运行模式继续向用户供应电能。 本文对微电源逆变器的控制策略进行了深入研究,针对不同的DG类型采用了不同的控制策略,并通过MATLAB/Simulink搭建了风、光、蓄交流微电网的仿真模型,对微电网在并网和孤岛两种模式下的运行状况以及切换过程进行了仿真分析,验证了控制策略的可行性,并研究了负荷或微电源功率变化时,蓄电池储能装置在两种模式下所起的作用。此外,还对微电网在孤岛运行时的能量管理策略进行了讨论,提出了一种微电网的能量管理策略。具体研究内容如下： (1)分析了光伏发电系统、直驱式永磁风力发电系统及蓄电池储能装置三种微电源的基本原理和数学模型。其中着重研究了蓄电池储能装置并网所用到的双向DC/DC变换器的拓扑结构及其控制策略。在MATLAB/Simulink环境下搭建了三种微电源的仿真模型并进行了仿真。仿真结果表明,光伏发电系统和风力发电系统输出的电压波形质量较好,且能在外界环境发生变化时实现最大功率跟踪。蓄电池储能装置能够维直流电压的恒定,在微电网运行过程中,可以平衡微电网功率,对微电网电能质量和稳定运行起到重要的作用。 (2)根据微电源逆变器的拓扑结构,分析三相电压源逆变器所采用的PQ和V/f两种控制策略,分别设计了他们的控制系统。并建立了两种控制策略的仿真模型,在不同模式下对两种控制策略进行仿真,验证了控制策略的可行性和有效性。 (3)建立了含风、光、蓄分布式电源的交流微电网仿真系统模型,在该系统中,对不同类型的微电源采用了不同的控制策略。蓄电池储能装置采用V/f控制策略,以维持微电网孤岛运行时的电压和频率的稳定；风力发电单元和光伏发电单元采用PQ控制策略,以获取可再生能源的最大利用率。对该系统在联网模式、孤岛模式下的运行情况及切换过程进行了仿真,结果表明,采用该控制策略的微电网能够可靠稳定运行。 (4)分析并研究了基于MAS技术的微电网孤岛运行的能量管理系统,该系统考虑了各种微电源之间的协调控制,可使蓄电池在微电网孤岛运行过程中减少电能消耗,确保蓄电池能够有充足的电能储备用于后续的突发性事件,同时也有助于延长蓄电池的使用寿命。