光储联合微电网控制策略的研究与应用

电力需求持续增长，化石能源日益枯竭，能源危机和环境污染问题十分严重，世界各国电力工业面临着严峻的挑战，源于分布式发电的微电网应运而生。微电网灵活的运行方式与高质量的供电服务离不开完善的控制系统，因此微电网控制策略的研究具有重要的意义。 本文以国家电网公司河南省微电网试点工程为背景，完成了光储联合微电网控制策略的理论研究和建模仿真，并将此控制策略成功运用于实际电网。该工程是国内首个包含光伏发电、储能电池的微电网试点工程，对微电网的运行控制做了有益的尝试，为后续微电网的深入研究奠定了重要基础。 本文根据光伏电池的工作原理搭建了数学模型，研究了光伏发电的运行特性。综合分析了最大功率点跟踪（MPPT）控制中的扰动增量法、电导增量法、固定电压法、二次插值法和模糊控制法等各方法的优缺点，提出了固定电压法与扰动观察法相结合的MPPT算法，并根据光伏逆变器的工作原理，采用电流型控制模式，实时控制逆变器的输出电流达到并网发电的目的。还讨论了储能电池具有响应速度快的特点，既可以并网时采用恒功率（PQ）控制，也可以在孤岛运行时采用恒频恒压（V/f）控制，且能发挥充电与放电功能。 在Matlab/Simulink仿真环境中搭建光储联合微电网的模型，详细研究了光伏电池与储能电池的工作特性，在主从控制与对等控制的基础上，给出了光储联合微电网协调控制策略。基于该控制策略，微电网在并网运行时可有效控制并网逆变器输出指定的功率，孤岛运行时为微电网提供电压和频率支撑。进而，在仿真软件中通过不同的算例验证了本文所采用控制策略的正确性。 考虑到微电网通常在并网和离网这两种典型的运行模式之间频繁切换，本文研究了微电网并离网控制器的功能与实现原理，包括自动同期并网、孤岛检测离网；分析了并网时电压幅值差、相角差和频率差对系统的影响，综合比较了多种孤岛检测方法的特点，总结提炼出并离网控制器的逻辑原理图和相关判据。 最后，介绍了该控制策略在微电网试点工程中的整体应用概况。经过若干次在线试验以及为期两个多月的试运行，验证了微电网系统采用综合控制策略能实现并网光储互补、离网稳定运行及并离网平滑切换的目标，为以后微电网控制技术的深入研究积累了一定的实际运行经验。