分布式发电与微电网 - 图文

能，其响应时间以分钟计算。整个微电网的能量管理器，解决电压控制、潮流控制和解列时的负荷分配、稳定及所有运行问题。

(3)继电保护：包括各个微电源及整个微电网的保护控制。微电网内的保护通过电力电子技术实现并与电网接口，因此需要采用单独的解决方案，以提供所需要的功能。 微电网虽然也是分散供电形式，但它并不是对电力系统发展初期的孤立系统的简单回归。微电网采用了大量先进的现代电力技术，如快速的电力电子开关与先进的变流技术、高效的新型电源及多样化的储能装置等，而原始孤立系统根本不具有这样的技术水平。此外，微电网与大电网是有机整体，可以灵活连接、断开，其智能性与灵活性远在原始孤立系统之上。

9.3微电网的控制

微电网存在两种经典的运行模式：与外部电网并网运行和孤岛运行。并网模式是指在正常情况下，微电网与常规电网并网运行时向电网提供多余的电能或由电网补充自身发电量的不足。孤岛运行模式是指当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微电网可以与主网断开形成孤岛模式，由DERs向微电网内的负荷供电。在微网实验平台得到的结果表明：采用合理的控制策略时，微网可以并网或孤网运行，并可实现两种运行状态的平滑过渡和转换。微网的孤网运行为系统提供了更高的供电可靠性和供电不可间断性。

相对主网，微网可作为一个模块化的可控单元，对内部电网提供满足负荷用户需求的电能。实现这些功能必须具有性能良好的微网控制和管理系统，主要控制设备有DERs控制器、可控负荷管理器、中央能量管理系统、继电保护装置。在运行控制过程中，微网可以基于本地信息对电网中的事件做出快速独立的响应，当网内电压跌落、故障、停电时，微型分布式发电系统应该利用本地信息自动有效地转换到独立运行方式，不再接受传统方式的统一调度。微网控制的主要目标如下：

(1)调节微网内的馈线潮流，对有功和无功功率进行独立解耦控制。 (2)调节每个微型电源接口处的电压，保证电压的稳定性。

(3)孤网运行时，确保每个微型电源能快速响应，并分担用户负荷。

(4)根据故障情况或系统需要，平滑自主地与主网分离、并列或实现两者的过渡转化运行。 9.3.1 分布式电源的控制方法

分布式电源分为三类：①传统发电模式，如柴油发电机、小水电等；②新兴的发电模式，如微型燃气轮机、燃料电池等；③可再生能源发电模式，包括风力发电、光伏发电。一般地，分布式电源都是通过电力电子接口与电网连接。对燃料电池发电、光伏电池发电以及蓄电池等，产生的是直流，经过DC/AC变换为50Hz的交流电；而风力发电、微型燃气轮机等通常先经过AC/DC变为直流，然后再经过DC/AC变换为工频交流电。因此，电力电子技术尤其是逆变技术在分布式发电中占有很重要的地位。

逆变电源的一般结构通常如图所示，主要部件包括能源、直流电容器、电压或电流型逆变器以及连接电感。

为了简化建模过程，做一些假设：若直流电源为光伏电池，将它看作恒流源；若直流侧为燃料电池，将它看作恒压源。由于燃料电池、微型燃气轮机等电源的时间常数较大，在10~200s之间。当负载变化时电源功率输出不能及时增大或减小，因此直流侧电容器能够起到功率调节的作用；当电源发出功率大于负载功率时电容器充电；而当电源发出功率小于负载功率时电容器放电，以平衡瞬时功率变化。有时电容器可以用蓄电池代替，但暂态稳定性不如电容器好。

1.PQ控制法

逆变器作为微电源与交流电网之间的接口，最基本的功能就是控制输出的有功和无功功率。电压源逆变器能够控制输出的电压幅值和相角，而逆变器输出的电压相量与交流侧电压以及连接电感共同决定了直流侧到交流侧的有功和无功功率，公式如下

当(δV-δE)足够小时，有功P主要由(δV-δE)决定，而无功功率Q主要由电压幅值决定。因此，有功无功的控制就简化为逆变器输出电压的幅值和相角控制。电压型逆变器PQ控制的基本电路见图。

其中，Pref、Qref分别为有功无功定值，分别与测量到的交流侧的有功、无功做差，经过PI调节器，分别控制逆变器的相角和幅值，从而达到控制输出有功和无功的目的。连接电感L的大小对控制也有很大的影响，根据下图的逆变电源输出的功角特性知道，为了保证功率与相角之间的线性关系， (δV-δE)最好小于30°。一般地，连接电感L取1~10mH。

另外，微电源组成的系统的最大问题是没有“热备用”，对负载瞬时变化的响应速度慢。在传统电网中，发电机存在转动惯量，因此当负载增加时，转子可以降低转速从而使频率略微减小以满足初始时的功率平衡。但是在逆变器接口的电网中，不存在转动惯量。如前所述，一种解决方案就是利用蓄电池来实现快负荷跟踪或者使用电容器来增强暂态稳定性。由于直流侧电容或蓄电池蓄能装置有相应的控制和保护来保证直流侧电压的稳定性并且能够迅速跟踪负荷功率变化，因此我们将重点放在逆变器的控制上。 2.有功-电压(PV)控制法

有功-电压控制法的原理框图如图所示。

PV控制法用来调节输出有功大小并且保持母线电压维持在一定的水平上。有功控制通过一个闭环控制，与前面的PQ控制法类似，电压调节是通过测量值与给定值的比较，然后通过PI调节器来控制逆变器的输入电压幅值V。 由最大电压和最小电压限制，两者分别对应无功需求的最大和最小值。其中直流侧与连接电感的问题与PQ控制里所述相同。 3.电压-频率控制法

电压-频率控制法主要控制逆变器输出的电压和频率为给定值。由于微电网不仅要并网运行，而且也要求能够在孤岛运行模式下运行。在后一种模式下，必须至少有一个电源作为主电源来给整个孤立的微型电网提供电压和频率参考值，保证电压和频率水平。其中电压控制和前面的PV控制类似，频率控制通过测量值与给定工频值50Hz做差，然后同样需要经过PI调节器输出来控制逆变器相角。频率测量通过一阶锁相环实现，如图所示。

4.不同类型微电源的控制方法

PQ控制法一般用于控制最大功率输出方式或者接入点的恒功率潮流运行；PV控制法控制DG输出最大有功功率或者恒定有功，同时保证负载端电压恒定；而Vf控制法控制DG输出以保证负载的电压和频率保持恒定。因此可以看出，Vf控制法对DG的要求最高，用于微电网孤岛运行时作为主发电单元提供参考电压和频率，要求微电源具有一定的容量，同时功率输出具有持久性和稳定性。一般，燃料电池、微型燃气轮机、柴油发电机、小水电等可以作