微网控制.ppt
,微 网 控 制,王连智,Northeastern University,微网控制,接口逆变器的基本控制方法,两种控制策略的比较,微网的稳定性分析,主要内容：,Northeastern University,传统的电力系统是一种分层结构，微网及多微网的概念由于发展的时间不长，部分专家提出了模拟传统电力系统的分层控制方案。其主要思想是将微网控制分为分布式电源原动机控制、分布式电源接口控制和微网及多微网上层管理系统的控制。而另一部分专家从微网对电网的影响及其灵活性方面考虑提出了“即插即用”式控制方案，“即插即用”的概念包括两层含义：,（1）当大电网中存在多个微网的时候，微网对大电网具有即插即用的功能；（2）微网中的不同类型的分布式电源对微网具有即插即用的功能。,1.微网控制,Northeastern University,目前的微网控制方案，从整体控制策略上可分为主从控制（master-slave）和对等控制（peer-to-peer）。从微网控制层次上，可以分为底层分布式电源的控制和上层的管理系统。本质上，该分层控制属于主从控制策略。从分布式电源的控制方法上，分布式电源控制可分为恒功率控制（PQ control），下垂控制（Droop control）和恒压恒频控制（V/f control）。,由于微网有联网和孤岛两种运行模式，所以微网通常运行在三种状态：联网运行状态，孤岛运行状态和在两种运行状态之间切换的暂态。,1.微网控制,Northeastern University,当微网运行在两种模式之间切换的暂态时，维持微网稳定是其最主要的问题。如果微网在联网运行时吸收或输出功率到电网，当微网突然从联网模式切换到孤岛模式时，微网产生的电能和负荷需求之间的不平衡将会导致系统不稳定，此时设计合理微网结构和采用恰当的控制方法是非常重要的。当微网从孤岛模式重连到大电网，如何与电网同步是其主要问题。目前，储能装置对缺少惯性的微网是维持其暂态能量平衡的必要元件。,1.微网控制,Northeastern University,2.分布式电源接口逆变器的基本控制方法,为了更简单的控制分布式电源的接口逆变器，使不同类型分布式电源形成微网，一种常见的方法是模拟传统发电机的控制系统，设计控制器使分布式电源的接口逆变器按照下垂特性曲线运行。常见的分布式电源接口逆变器控制方法分为恒功率控制、下垂控制和恒压恒频控制。,2.1恒功率控制,一个分布式电源接口逆变器采用PQ控制，表示其控制目的是使分布式电源输出的有功功率和无功功率等于其参考功率。PQ控制的原理如图所示,Northeastern University,2.分布式电源接口逆变器的基本控制方法,Northeastern University,2.2下垂控制,常用的分布式电源接口逆变器的下垂控制原理如图所示，它利用分布式电源输出有功功率和频率呈线性关系而无功功率和电压幅值成线性关系的原理而进行控制。,2.分布式电源接口逆变器的基本控制方法,Northeastern University,2.3恒压恒频控制,2.分布式电源接口逆变器的基本控制方法,分布式电源的接口逆变器的恒压恒频控制的原理如图所示，其基本思想是不管分布式电源输出功率如何变化，其输出电压的幅值和频率一直维持不变。,Northeastern University,2.4下垂增益的选择方法,2.分布式电源接口逆变器的基本控制方法,Northeastern University,3.两种控制策略的比较,3.1主从控制,顾名思义主从控制就是微网的控制系统中存在某一个控制器为主控制器，其余为从控制器，主从控制器之间一般需要通信联系，且从控制器服从主控制器。主从控制按照是否以某一分布式电源作为主单元可分为以分布式电源作为主控制单元的主从控制和以上层中心控制器作为主控制单元的主从控制两大类。,一.以分布式电源作为主控制单元,以一个分布式电源作为主单元，其控制器作为主控制器的控制方法一般是指微网底层分布式电源的控制是一种主从控制结构。,Northeastern University,当微网在联网模式运行时，电网可以稳定系统的频率，微网不需要进行频率调节；而孤岛模式运行时，主从控制系统中的主控制单元需要维持系统的频率和电压。所以，一般底层分布式电源主从控制的主单元的控制策略如图所示。在联网运行时微网中所有分布式电源采用PQ控制，即微网不参与系统频率调节，只输出指定的有功和无功功率；在孤岛运行时主单元采用V/f控制维持系统的电压和频率恒定。,Northeastern University,总之，微网底层分布式电源采用单主从控制，主单元和从单元之间需要强的通信联系。而且，由于系统频率和电压依靠主单元维持，主单元的容量选择至关重要。,二.以中心控制器作为主控制单元,随着微网概念的发展和多微网概念的出现，以中心控制器作为主控制单元又可以分为对一个微网使用分层控制和对多个微网的管理使用分层控制。这种主从控制的原理是上层管理系统管理底层多个分布式电源和各类负荷的一种控制方法，所以底层分布式电源与上层管理系统之间亦需要通信联系。但是这种通信联系是弱联系，即使短时间通信失败，微网仍能正常运行。,3.两种控制策略的比较,Northeastern University,3.2对等控制,所谓对等控制，在微网中的含义如下：每个分布式电源有相等的地位，没有一个单元像主控制单元或中心储能单元那样对微网有着特别重要的作用。同时这种控制方法能让微网具有“即插即用”的功能。所谓“即插即用”，就是指在能量平衡的条件下，微网中的任何一个分布式电源在接入或断开时，不需要改变微网中其它单元的设置。所以，微网采用对等控制策略，即要求分布式电源采用本地变量进行控制，不同分布式电源之间没有通信联系。,3.两种控制策略的比较,Northeastern University,4.微网稳定性分析,当微网联网运行且所有逆变器接口的分布式电源采用P-f和Q-V下垂控制时，可用图2-2等效电路进行研究。由于分布式电源容量比较于大电网很小，所以大电网可看作无穷大母线，即其电压幅值、相角和频率恒定，不随负荷功率变化而变化。设电网电压相角为0，频率为50Hz。,Northeastern University,4.微网稳定性分析,A点是稳定点，B点不是稳定点,所以，分布式电源稳定运行时，分布式电源电压相角与电网电压相角差应该小于90。,Northeastern University,4.微网稳定性分析,由于多个采用P-f和Q-V下垂控制的分布式电源地位相等，在系统负荷功率需求变化时，多个分布式电源将同时参与系统频率的调节并达到新的频率稳态值。同时又由于分布式电源位置的分散性使系统功率变化时参与频率调节的多个分布式电源的频率动态变化不同。另外，不同分布式电源接口逆变器的输出等效阻抗不同，对应下垂控制器采用的下垂增益也不同，因此动态过程中不同分布式电源的输出频率的变化必然不同，多个分布式电源如何同时调节系统频率并保持频率稳定是采用这种控制方法必须研究的问题。,Northeastern University,4.微网稳定性分析,在实际微网中,不同种类的分布式电源的控制特性可能差异很大,对于像微型燃气轮机和燃料电池这样的电源,控制比较容易实现,既可以按照给定的有功功率和无功功率进行控制,又可以很方便地实现V/f控制,而后者可以用于保证微网频率和电压的稳定性;对于像风力发电和光伏发电这样的电源,其输出功率的大小受天气影响较大发电具有明显的间歇性,若想保证恒定的功率输出,则需要配备较大容量的储能装置,这有时是很不经济的,这种电源的控制目标应该是如何保证可再生能源的最大利用率,为此一般采用PQ控制策略。采用下垂V/f控制的电源保证了系统功率变化时电源与负荷之间的功率平衡,并为微网孤岛运行提供了频率支撑。PQ控制的电源能根据实际情况发出指定的功率。这样的控制可使微网中电压敏感负荷点的电压始终满足负荷的电压要求。,Northeastern University,4.微网稳定性分析,谢 谢！,
