微電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略-本科論

1、XX大學(xué)本科學(xué)位論文題 目：微電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略摘要本文主要通過(guò)進(jìn)行了理論研究、仿真平臺(tái)搭建，研究微電網(wǎng)綜合協(xié)調(diào)控制策略，仿真結(jié)果分析，為后續(xù)微電網(wǎng)的深入研究奠定了基礎(chǔ)。本文設(shè)計(jì)了 PQ 控制器、基于下垂特性的 V/f 控制器，并對(duì)逆變器輸出濾波器進(jìn) 行了設(shè)計(jì)。同時(shí)，針對(duì) PI 控制器的不足，利用模型預(yù)測(cè)控制方法設(shè)計(jì)了微網(wǎng)中分 布式微電源逆變器的 PQ 模型預(yù)測(cè)控制策略和基于下垂特性的 V/f 模型預(yù)測(cè)控制策略， 并在 MATLAB/Simulink 中建立了仿真模型，對(duì)單個(gè)微電源分別采用 PI 控制和 MPC 控制時(shí)的不同場(chǎng)景進(jìn)行了分析，證明了 MPC 控制器的效果。最后，建立了微電網(wǎng)的模

2、型，用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏以及蓄電池三種微電 源的模型代替直流電壓源，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制策略，在 MATLAB/Simulink 中，搭建了整個(gè)系統(tǒng)的模型，分別在風(fēng)機(jī)和光伏陣列出口處配置蓄電池，用于平抑并網(wǎng)功率并 在孤島下提高電壓和頻率支撐，仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制策略的可行性。關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；綜合協(xié)調(diào)控制；風(fēng)光儲(chǔ)；逆變器；模型預(yù)測(cè)控制Study on the Coordination Control Strategy of Wind-Solar-Storage Micro-gridAbstractThis paper mainly studies the micro-grid integrated a

3、nd coordinated control strategies, and, by theoretically analyzing, simulation platform construction, and simulation results analyzing, laid the foundations for subsequent in-depth study of micro-grid.In this paper, a PQ controller, a V/f controller based on droop characteristic and the inverter out

4、put filter has been designed. Meanwhile, considering PI controllers insufficiency, the Model Predictive Control strategy was used to design the converters PQ model predictive control strategy and V/f model predictive control strategy based on droop characteristics, and the simulation model was estab

5、lished in MATLAB/Simulink. Then, by simulating a single micro-source respectively using PI controller and MPC controller in different scenes and by afterward analyzing and comparing, the effectiveness of MPC controllers was proved.After single micro-sources integrating strategy research, the model o

6、f micro-grid with multiple micro-sources was built, and through the simulating and analyzing under 3 conditions: the micro-grid operation mode switching, cutting or adding load in island mode, cutting a micro-source in island mode, it is found that the micro-source MPC controller designed in this th

7、esis achieved a sound power control behavior under the aforementioned three conditions. Meanwhile, both the micro-grids voltage and frequency were within the required range of the system, which proves the effectiveness of control strategies.Last, the wind-solar-storage micro-grid model was built, wh

8、ich used a wind power generation system, a photovoltaic cell and a storage battery to replace DC voltage sources, along with the design of corresponding control strategies. The whole model of the system was then built in MATLAB/Simulink, in which a storage battery was placed respectively in the outl

9、et of wind power generation system and the export of PV array column, for stabilizing grid power and offer voltage and frequency support in island mode. The simulation results validated the feasibility of the control strategies.Key Words: Micro-grid；Integrated coordination control；Wind-Solar-Storage

10、；Converter；Model Predictive Control目錄摘要 . IAbstract .II第一章 緒論 . 11.1 選題背景及意義 . 11.2 微電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀 . 21.3 微電網(wǎng)的控制 . 41.4 論文工作的主要內(nèi)容 . 7第二章 微電源并網(wǎng)及控制模型 . 82.1 微電源并網(wǎng)模型及參數(shù)確定 . 82.1.1 三相電壓型逆變器的數(shù)學(xué)模型 . 82.1.2 PQ 計(jì)算 102.1.3 LC 濾波器的設(shè)計(jì) 112.2 微電源的 PI 控制策略 112.2.1 PQ 控制器 112.2.2 基于下垂特性的 V/f 控制器 122.3 本章小結(jié) . 17第三章 微電源的模型

11、預(yù)測(cè)控制 . 183.1 模型預(yù)測(cè)控制機(jī)理 . 183.2 微電源的模型預(yù)測(cè)算法 . 193.2.1 PQ 模型預(yù)測(cè)控制器 193.2.2 基于下垂特性的 V/f 模型預(yù)測(cè)控制器 233.3 系統(tǒng)建模與仿真 . 23 基于 Matlab/Simulink 的控制系統(tǒng)建模 233.3.2 仿真結(jié)果分析 . 253.4 本章小結(jié) . 28IV第四章 微電源組網(wǎng)運(yùn)行控制策略 . 294.1 微電網(wǎng)主電路模型和仿真參數(shù) . 294.2 微電源組網(wǎng)運(yùn)行仿真分析 . 314.2.1 微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換的仿真 . 31 微電網(wǎng)孤島模式下增/切增負(fù)荷的仿真 . 324.2.3 微電網(wǎng)孤島模式下切除微電源的仿真

12、 . 334.3 本章小結(jié) . 34 第五章 結(jié)論 . 47參考文獻(xiàn) . 48致謝 . 52第一章 緒論1.1 選題背景及意義微電網(wǎng)成為近年來(lái)越來(lái)越多被研究的發(fā)電形式，它主要包含風(fēng)能，光能，燃料電池和其他形式的可再生清潔能源，它不僅能保護(hù)環(huán)境，還可以節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)能源的多元化利用。目前已被廣泛研究的大規(guī)模發(fā)電，遠(yuǎn)距離傳輸和大電網(wǎng)并聯(lián)的電力形態(tài)，存在其 固有的缺點(diǎn)：高成本，難維護(hù)，并越來(lái)越難滿(mǎn)足使用者的需要1,2。而分布式能源可 以解決這些問(wèn)題，他可以提高電能質(zhì)量，增加電能供應(yīng)的靈活性和可擴(kuò)展性，增強(qiáng)電 力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，優(yōu)化配電系統(tǒng)，增加旋轉(zhuǎn)備用容量，減小輸配電的成本，這些都是 對(duì)電能應(yīng)用非常有

13、利的特點(diǎn)3,4。CERTS最早提出微電網(wǎng)的概念，其定義如下1：微電 網(wǎng)是一種負(fù)荷和微電源的集合；其中，微電源為系統(tǒng)同時(shí)提供電力和熱力，微電源中 的大多數(shù)必須是電力電子型的，并能提供所要求的靈活性，以確保能以一個(gè)集成系統(tǒng) 運(yùn)行，其控制的靈活性使微電網(wǎng)能作為大電力系統(tǒng)的一個(gè)受控單元，以適應(yīng)當(dāng)?shù)刎?fù)荷 對(duì)可靠性和安全性的要求5。圖 1.1 微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu) Basic structure of Microgrid圖 1.1 為微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，3 條饋線(xiàn) A，B 和 C 及 1 條負(fù)荷母線(xiàn)構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)整 體輻射結(jié)構(gòu)，饋線(xiàn)通過(guò)主分隔裝置與配電系統(tǒng)相連，微電網(wǎng)通過(guò) PCC 與外部大電網(wǎng) 相連，通過(guò)控制 PCC

14、 點(diǎn)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)中還包括光伏 發(fā)電、風(fēng)能、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)等微電源形式，其中一些接在熱力負(fù)荷附近， 可以為當(dāng)?shù)赜脩?hù)提供熱源，從而提高了能量的利用率和經(jīng)濟(jì)效益6-7。1.2 微電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀目前已經(jīng)有相當(dāng)多的國(guó)家在研究“微網(wǎng)”。其中以歐盟、美國(guó)和日本最為先進(jìn)， 他們的研究目標(biāo)如表 1.2 所示。第一章 緒論表 1.2 歐盟、美國(guó)和日本的微網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)8Table 1.2 Microgrid development goal of EU., USA. and Japan2005 年，歐洲提出“Smart Power Networks”概念。隨后，歐盟第五框架計(jì)劃9 和

15、歐洲第六框架計(jì)劃10都對(duì)微電網(wǎng)研究進(jìn)行了資助，總共出資 1300 萬(wàn)歐元，兩次均 由希臘雅典國(guó)立大學(xué)（NTUA）領(lǐng)導(dǎo)，參與的團(tuán)體包括歐盟多個(gè)國(guó)家的組織和團(tuán)體， 包 括 希 臘 、 法 國(guó) 、 葡 萄 牙 的 電 力 公 司 和 EmForce 、 SMA 、 GERMANOS 、 URENCOSinmens、ABB、ZIV、I-POWER、Anco、GERMANOS 等著名公司，以及 Labie、INESC Porto、the university Mancherster、ISET Kassel 等大學(xué)和團(tuán)體，并建立 了微電網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。重點(diǎn)研究了如何將各種分散的小電源連接成一個(gè)微電網(wǎng)，并連

16、接到配電網(wǎng)，多個(gè)微電網(wǎng)連接到配電網(wǎng)的控制策略、協(xié)調(diào)管理方案、系統(tǒng)保護(hù)和經(jīng)濟(jì) 調(diào)度措施，以及微電網(wǎng)對(duì)大電網(wǎng)的影響等內(nèi)容。美國(guó)擁有微電網(wǎng)的權(quán)威研究機(jī)構(gòu) CERTS，它最早提出了微電網(wǎng)的概念。CERTS 在威斯康辛麥迪遜分校、俄亥俄州 Columbus 的 Dolan 技術(shù)中心建立了微網(wǎng)平臺(tái)。此 外，美國(guó)還擁有由美國(guó)電力管理部門(mén)與通用電氣建立的微網(wǎng)平臺(tái)，加州能源認(rèn)證資助 的商用微網(wǎng) DUIT，北方電力和國(guó)家新能源實(shí)驗(yàn)室的鄉(xiāng)村微網(wǎng)11-16。2005 年，美國(guó)能 源部提出了微型電網(wǎng)研究發(fā)展的路線(xiàn)圖，如圖 1.2 所示。3圖 1.2 美國(guó)能源部提出的微型電網(wǎng)研究發(fā)展的路線(xiàn)圖Fig. 1.2 Route

17、chart of Microgrids R&D raised by Department of Energy of USA.1.3 微電網(wǎng)的控制微網(wǎng)的控制有多種方式，一種是模擬傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的分層控制方案，它是將微網(wǎng) 控制分為分布式電源原動(dòng)機(jī)控制、分布式電源接口控制和微網(wǎng)及多微網(wǎng)上層管理系統(tǒng) 的控制。另一種是“即插即用”式控制，它包括兩層含義：當(dāng)大電網(wǎng)中存在多個(gè)微網(wǎng) 的時(shí)候，微網(wǎng)對(duì)大電網(wǎng)可以即插即用；微網(wǎng)中的不同類(lèi)型的分布式電源對(duì)微網(wǎng)具有即4第一章 緒論插即用的功能?？傮w來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)控制的主要目標(biāo)為：1. 調(diào)節(jié)微網(wǎng)內(nèi)的功率潮流，實(shí)現(xiàn)功率解耦控制；2. 調(diào)節(jié)微電源出口電壓，保證局部電壓穩(wěn)定;3.

18、孤島模式下，提供電壓頻率參考，實(shí)現(xiàn)微電源快速響應(yīng)和功率分擔(dān)；4. 平滑自主實(shí)現(xiàn)與主網(wǎng)分離、并聯(lián)或二者過(guò)渡。 目前微電網(wǎng)控制策略已有許多研究，但仍然有一些不足之處需要改進(jìn)： 首先，目前采用的控制算法在模式轉(zhuǎn)換時(shí)多存在沖擊大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題；其次，只考慮負(fù)荷、微電源功率、或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單一變化的影響；再次，多采用簡(jiǎn)化的微 電源模型。1.4 論文工作的主要內(nèi)容本文主要研究了微電網(wǎng)綜合控制策略的理論、仿真平臺(tái)，為后續(xù)微電網(wǎng)的深入研 究奠定了基礎(chǔ)。第二章，分析微電源逆變器的控制方法和原理，并給出了 PQ 控制器、基于下垂 特性的 V/f 控制器的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)逆變器輸出濾波器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。第三章，針對(duì) PI

19、 控制器的不足，利用模型預(yù)測(cè)控制方法，設(shè)計(jì)了微網(wǎng)中分布式 微 電 源 逆 變 器 的 PQ 控 制 策 略 和 基 于 下 垂 特 性 的 V/f 控 制 策 略 ， 并 在 MATLAB/Simulink 中建立了仿真模型，對(duì)單個(gè)微電源分別采用 PI 控制和 MPC 控制 時(shí)的不同場(chǎng)景進(jìn)行了分析，證明了 MPC 控制器的效果。第四章，建立了微電源組網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)模型，通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行模式的切換、 孤島模式下切/增負(fù)荷、孤島模式下切除某一微電源 3 種情況下的運(yùn)行特性進(jìn)行仿真 分析，經(jīng)過(guò)仿真分析，本文設(shè)計(jì)的微電源模型預(yù)測(cè)控制器在以上三種情況時(shí)都能很好 地進(jìn)行系統(tǒng)的功率控制，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷功率共享，同

20、時(shí)，微電網(wǎng)電壓和頻率變化在系統(tǒng)允 許的范圍內(nèi)，證明了控制策略的有效性。第二章 微電源并網(wǎng)及控制模型2.1 微電源并網(wǎng)模型及參數(shù)確定 三相電壓型逆變器的數(shù)學(xué)模型三相電壓型并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。饋線(xiàn)圖 2.1 電網(wǎng)側(cè)變流器主電路模型 Main circuit model of grid-side inverter三相并網(wǎng)逆變器通過(guò)濾波電感 L f 、電容 C f 、線(xiàn)路阻抗 Zln 和饋線(xiàn)相連，三相負(fù) 載接于濾波電路出口和傳輸線(xiàn)路之間，其阻抗為 Zld ，三相電流為 ilda、ildb、ildc 。Uia、Uib、Uic 為變流器三相出口電壓， iia 、 iib 、 iic 為

21、變流器的三相輸入電流，Ula、Ulb、Ulc 為濾波電路出口電壓（即三相負(fù)載 Zld 電壓）， ica 、 icb 、 icc 為濾波電容 電流；U fa 、U fb 、U fc 為饋線(xiàn)的三相電壓。根據(jù)基爾霍夫電壓和電流定律，可以寫(xiě)出以下方程8第二章 微電源并網(wǎng)及控制模型在實(shí)際仿真中，需要建立用開(kāi)關(guān)函數(shù)表示的逆變器數(shù)學(xué)模型。令 S A 、S B 、SC 為 開(kāi)關(guān)函數(shù)，其定義如下：1SiiA,B,C 0橋臂上管導(dǎo)通，下管關(guān)斷 橋臂下管導(dǎo)通，上管導(dǎo)通則變流器出口電壓可以表示為：以上為三相電壓型變流器在三相靜止坐標(biāo)系（abc 坐標(biāo)系）下的數(shù)學(xué)模型，為了 方便控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將其轉(zhuǎn)化為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（

22、d-q 坐標(biāo)系）下的數(shù)學(xué)模型。將 d 軸選為與電網(wǎng)電壓矢量同向，由三相靜止坐標(biāo)系到 d-q 坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為9式中， 為 d-q 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的角頻率。經(jīng)過(guò)變換，d-q 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型為在電網(wǎng)電壓矢量定向的 d-q 坐標(biāo)系下，由逆變器輸入到電網(wǎng)的有功和無(wú)功功率計(jì) 算公式為Pg ugd igd ugqigq ugd igdu iu iu iQggd gqgq gdgd gq（2.6）式（2.6）表明，當(dāng)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)變流器電流的 d、q 分量，能 單獨(dú)調(diào)節(jié)其輸入電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率，即 PQ 解耦控制。經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后，變流器系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)如圖

23、 2.2 所示。1LfUd1 Ids 1LfUq1 s IqIlnd Ilnq1Uldd1Cfs1Cf1Uldqs圖 2.2 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下變流器系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)圖 Illustration of Inverter system model under rotating coordinate system10第二章 微電源并網(wǎng)及控制模型LC 濾波器的設(shè)計(jì)濾波器的設(shè)計(jì)對(duì)于采用 SPWM 調(diào)制的逆變器是非常重要的，因?yàn)樵撜{(diào)制方法會(huì) 在開(kāi)關(guān)頻率處產(chǎn)生大量諧波，實(shí)際工程中網(wǎng)側(cè)濾波器通常采用 LC 無(wú)源濾波器，其設(shè) 計(jì)的一般原則如式（2.7）所示。10 fn fc fs / 10fc 1/ (2 Lf C f

24、 )（2.7）式中： fc 為 LC 濾波器的諧振頻率； fn 為調(diào)制波頻率； fs 為 SPWM 載波信號(hào)的頻率。 濾波器輸出電壓Vout 和輸入電壓Vin 的傳遞函數(shù)如式（2.8）所示。G( j) Vout 1/ jC fVinjLf 1/ jC f Rf2（2.8）0 ( j)2 j 22其中， 0 1/00RC ffLf C f , = 2L。因此，可以根據(jù)式（2.7）（2.8）設(shè)計(jì)濾波器參數(shù)，同時(shí)需要保證濾波電感上 的壓降不能超過(guò)系統(tǒng)電壓的 3。2.2 微電源的 PI 控制策略控制器為了保證可再生能源的最大利用，通常對(duì)可再生能源采用 PQ 控制策略，儲(chǔ)能等 分布式電源在并網(wǎng)時(shí)也可采取

25、 PQ 控制。逆變器采用 PQ 控制策略時(shí)，無(wú)論負(fù)荷、電 壓、頻率是否變化，微電源都能保證恒定功率輸出。在微電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，分布式電源 均可采取 PQ 控制，微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，還需要有分布式電源采用恒頻恒壓控制或者 下垂特性控制來(lái)進(jìn)行頻率和電壓的支撐。11 Converter PQ control schematic逆變器 PQ 控制原理圖如圖 2.3 所示。從圖中可以看出，d 軸和 q 軸的給定電流 由式（2.6）得到，給定電流與檢測(cè)電流的差值經(jīng)過(guò) PI 調(diào)節(jié)器并進(jìn)行電流前饋補(bǔ)償后， 得到電壓調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò) SPWM 調(diào)制解調(diào)后，給定逆變器的開(kāi)關(guān)信號(hào)。系統(tǒng)的頻率 通過(guò)三相鎖相環(huán) PLL 檢測(cè)得到

26、。 基于下垂特性的 V/f 控制器下垂特性基于輸電線(xiàn)路的功率傳輸特性，這里首先對(duì)輸電線(xiàn)路功率傳輸特性進(jìn)行 介紹。(1) 功率傳輸特性圖 2.4 微電網(wǎng)的簡(jiǎn)化模型，直流電壓源Vdc 由逆變器轉(zhuǎn)化為三相交流電，通過(guò)線(xiàn)路 阻抗 Z 將功率輸送到交流母線(xiàn)中。其功率傳輸相量圖如圖 2.5 所示，U 為逆變器輸出 電壓的幅值，E 為交流母線(xiàn)的電壓幅值， 為逆變電源輸出電壓矢量與交流母線(xiàn)電壓 矢量的相角差。12第二章 微電源并網(wǎng)及控制模型圖 2.4 微電源到交流母線(xiàn)的功率傳輸示意圖Fig. 2.4 Power transfer schematic between micro-source to exchag

27、e busU圖 2.5 微電源到交流母線(xiàn)的功率傳輸相量圖 Power transfer vector schematic between micro-source to exchage bus逆變電源輸出的復(fù)功率的表達(dá)式（2.13）可以看出低壓輸電系統(tǒng)，有功功率的傳輸主要決定于電壓幅值 U，無(wú)功功率的傳 輸決定于 。高壓輸電系統(tǒng)的線(xiàn)路參數(shù) XR，R 可以忽略，Z=X， 90，假設(shè)功率角 很小，則 sin ， cos 1，公式可變形為：可以看出高壓輸電系統(tǒng)，有功功率的傳輸主要決定于功率角 ，無(wú)功功率的傳輸 主要決定于電壓幅值 U。(2)下垂特性 模擬傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的下垂特性來(lái)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)中微電源的無(wú)線(xiàn)

28、并聯(lián)控制，稱(chēng)微電源逆變器下垂控制。其實(shí)質(zhì)為：各逆變單元檢測(cè)自身輸出功率，通過(guò)下垂特性得到輸出電 壓頻率和幅值的指令值，然后各自反相微調(diào)其輸出電壓幅值和頻率達(dá)到系統(tǒng)有功和無(wú) 功功率的合理分配。各逆變電源的輸出電壓頻率和幅值均按下式變化：（2.17）其中， P 為微電源運(yùn)行在額定頻率下的輸出功率，U 為微電源輸出無(wú)功功率為n00 時(shí)的電壓幅值，m、n 分別為有功和無(wú)功下垂特性系數(shù)， fn 為電網(wǎng)的額定頻率。下 垂特性如下圖 2.6、圖 2.7。14第二章 微電源并網(wǎng)及控制模型ff nf minPnPmax P圖 2.6 P/f 下垂特性 Q-U droop characterastics基于 P-

29、f，Q-U 下垂特性的 V/f 控制，根據(jù)微電網(wǎng)控制的要求，靈活選擇與傳統(tǒng) 發(fā)電機(jī)相類(lèi)似的下垂特性曲線(xiàn)進(jìn)行控制，將系統(tǒng)的不平衡功率動(dòng)態(tài)的分配給各機(jī)組承 擔(dān)，消除無(wú)功電流環(huán)流的目的。其具有簡(jiǎn)單、可靠、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。(3)基于下垂特性的 V/f 控制器設(shè)計(jì)逆變器微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行時(shí)，由于失去了電網(wǎng)支撐，此時(shí)主控型微電源需要轉(zhuǎn)換控制 策略，采用基于下垂特性的 V/f 控制方法，以分擔(dān)并網(wǎng)時(shí)由大電網(wǎng)向微電網(wǎng)傳輸?shù)墓?率，同時(shí)提供微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率參考。其控制器包括兩個(gè)部分：1）功率控制 器；2）電壓電流雙環(huán)控制器。1）功率控制器的設(shè)計(jì) 由于頻率信號(hào)便于測(cè)量，所以這里采用頻率控制代替相角控制。其設(shè)

30、計(jì)的功率控制器結(jié)構(gòu)如圖 2.9 所示。 Structure flowchart of power controller在圖 2.9 中，控制環(huán)中的功率為微電源輸出的瞬時(shí)功率，以提高整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí) 性，同時(shí)，有功功率 P 和無(wú)功功率 Q 須滿(mǎn)足 0PPmax 和-QmaxQQmax 這兩個(gè)條 件。功率控制器的輸出將作為電壓電流雙環(huán)控制的參考電壓和角頻率。2）電壓電流雙環(huán)控制器的設(shè)計(jì) 為了改善三相輸出電能，需對(duì)電壓和電流進(jìn)行精確、動(dòng)態(tài)的控制。目前有許多控制策略，最典型的就是電壓電流雙環(huán)控制。其控制器結(jié)構(gòu)如圖 2.10 所示。 Structure flowchart of voltage-curre

31、nt double-loop control16第二章 微電源并網(wǎng)及控制模型2.3 本章小結(jié)本章首先給出一種通用的微電源逆變器模型，并對(duì) PQ 計(jì)算理論和逆變器輸出濾 波器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。針對(duì)微電源的不同類(lèi)型以及微電網(wǎng)的兩種典型運(yùn)行模式，將微電源 分為主控型和功率源型兩類(lèi)，主控性微電源逆變器采用基于下垂特性的 V/f 控制，功 率源型微電源采用 PQ 控制，并分別給出了兩種控制策略的基本原理和控制器設(shè)計(jì)。17第三章 微電源的模型預(yù)測(cè)控制本章利用模型預(yù)測(cè)控制方法，設(shè)計(jì)了微網(wǎng)中分布式微電源逆變器的控制策略。在 每一個(gè)采樣周期內(nèi)，通過(guò)事先建立的預(yù)測(cè)模型對(duì)可選擇的控制變量進(jìn)行評(píng)估，使價(jià)值 函數(shù)最小的控制變

32、量將被選擇，在下一個(gè)采樣周期應(yīng)用。該控制策略由于省去了電流 線(xiàn)性控制器和 PWM 調(diào)制模塊，因此，控制方法簡(jiǎn)單，很容易通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn) 行實(shí)現(xiàn)。3.1 模型預(yù)測(cè)控制機(jī)理電力電子變換器的控制取決于如何選擇合適的門(mén)極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào) S (t) 。模型預(yù)測(cè) 控制機(jī)理如圖 3.1 所示，為了敘述方便，我們?cè)O(shè)系統(tǒng)的采樣周期為 Ts ，系統(tǒng)狀態(tài)變量 x(t) 在 tk 時(shí)刻的值為 x(tk ) ，并設(shè)能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制變量存在 n 種可能，且 n有限。定義系統(tǒng)的控制變量 Si (i 1, n) ，根據(jù)狀態(tài)變量 x(t) 和預(yù)測(cè)函數(shù) f ，可以得到在 tk 時(shí)刻系統(tǒng)所有狀態(tài)變量的預(yù)測(cè)結(jié)果 xi (tk

33、 1 ) f x(tk ), Si , i=1, n。預(yù)測(cè)函數(shù) f不限形式，只要能實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)功能可以應(yīng)用于模型預(yù)測(cè)控制策略中，通常是根據(jù)系統(tǒng)的 離散化模型和相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)得到。xTsx(t)SS1Tsx1 (tk 1 )x1 (tk 2 )x2 (tk 1 )S1S2SS323x2 (tk 2 )Sx* (t)ntkx3 (tk 1 )Snxn (tk n )tk 1x3 (tk 2 )xn (tk n )ttk 2圖 3.1 模型預(yù)測(cè)控制原理 Model predictive control principle18第三章 微電源的模型預(yù)測(cè)控制為了確定在某一時(shí)刻最佳的控制行為，通常定義一個(gè)價(jià)值函

34、數(shù) fg ， fg 是參考變量x* (t) 和預(yù)測(cè)的狀態(tài)變量 x (t) 之間的函數(shù)，即 g fx* (t ), x (t).，其中 i=1，i k 1igi k 1i k 1n。比較常用的價(jià)值函數(shù)為參考變量 x* (t) 與預(yù)測(cè)狀態(tài)變量 x (t) 差的二次方，即*2gi x (t) xi (tk 1 )。在某一時(shí)刻，系統(tǒng)的 n 個(gè)控制變量值導(dǎo)致 n 個(gè)不同的價(jià)值函數(shù)值 gi ，使價(jià)值函數(shù) gi 最小的控制變量值將在下一個(gè)采樣周期被應(yīng)用。從圖 3.1 可以看 出，在 tk 時(shí)刻，控制變量值 S3 使價(jià)值函數(shù) gi 最小，所以 tk 時(shí)刻 S3 被選擇；在 tk 1 時(shí)刻，控制變量值 S2 使

35、價(jià)值函數(shù) gi 最小，所以 tk 1 時(shí)刻控制行為 S2 將被選擇，控制系統(tǒng)將以 同樣的方式在未來(lái)的控制周期內(nèi)依次去選擇。3.2 微電源的模型預(yù)測(cè)算法 PQ 模型預(yù)測(cè)控制器根據(jù)基爾霍夫定律，可以建立逆變器的三相電壓電流方程為：ia Uia Ulda L d iUUf dt b ib ldb ic Uic Uldc (3.1)為了方便控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將其轉(zhuǎn)化為兩相 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)整理得到：d i 1 Ui 1 Uld (3.2)dt i L Ui L Uld 對(duì)上式進(jìn)行離散化，得到1 i (k 1) i (k) s T i (k 1) i (k)式中， Ts 為采樣周期。 由上式可得1

36、 Ui (k)L(k)Ui1 Uld (k)L(k)Uld(3.3)19i (k 1) i (k) T Ui (k) Uld (k)s (3.4)i (k 1)i (k)L Ui (k) Uld (k)在用開(kāi)關(guān)函數(shù)表示的逆變器模型中，Ui 2Udc Sa31 (S2b Sc )(3.5)UU2(SS )i2dcbc三相并網(wǎng)逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)的組合存在 8 種，在使用 SPWM 調(diào)制時(shí)，會(huì)在逆變器 出口產(chǎn)生 7 個(gè)不同的電壓矢量。這 7 個(gè)不同的電壓矢量如圖 4 所示。u3u2S3 (0,1, 0)u4S4 (0,1,1)S2 (1,1, 0)S1 (1, 0, 0)u1S0 (0, 0, 0)S7

37、 (1,1,1)S5 (0, 0,1)u5S6 (1, 0,1)u6u0,7圖 3.2 三相電壓逆變器的電壓矢量 Voltage vectors of three-phase voltage source converter為了進(jìn)行 PQ 解耦控制，將模型轉(zhuǎn)化為兩相 d-q 坐標(biāo)系下的模型為：id (k 1)cos tsin t i (k 1) iq (k 1)Uldd (k 1)sin tcos tcos t i (k 1)(3.6)sin t Uld (k 1)(3.7)Uldq (k 1)其中， 為電網(wǎng)角頻率。sin tcos t Uld (k 1)三相并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電壓矢量定向的 d

38、-q 坐標(biāo)系下有功功率 P 和無(wú)功功率 Q可以表示為：20第三章 微電源的模型預(yù)測(cè)控制P Uldd id Uldqiq Uldd idQ Uldqid Uldd iq Uldd iq(3.8)考慮到孤島運(yùn)行時(shí)饋線(xiàn)電壓會(huì)發(fā)生波動(dòng)，需要對(duì)饋線(xiàn)電壓進(jìn)行預(yù)測(cè)。本文采用拉 格朗日外推法進(jìn)行電壓的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)公式如下：Uldd (k 1) 3Uldd (k) 3Uldd (k 1) 2Uldd (k 2)(3.9)由此可得：P(k 1) Uldd (k 1)id (k 1)Q(k 1) Uldd (k 1)iq (k 1)(3.10)其價(jià)值函數(shù) g 表示為g P* (k 1) P(k 1)2 Q* (k 1

39、) Q(k 1)2(3.11)其中， P* (k 1), Q* (k 1) 為 k 1 時(shí)刻有功功率和無(wú)功功率的給定值?；谀Ｐ皖A(yù)測(cè) PQ 控制原理圖如圖 3.3 所示。逆變器饋線(xiàn)等效 DGUiLfiabcCfZUldabck)SB(k)SC優(yōu)化函數(shù) 求解idqabc SA(k)UlddqP (k 1)dqPLLP&Q計(jì)算Q (k 1)預(yù)測(cè)模型id (k 1)iq (k 1)Uldd (k 1)Uldd(k)id (k)iq (k)Pref Qref圖 3.3 基于模型預(yù)測(cè)的 PQ 控制原理圖 PQ control schematic based on MPC其控制算法流程如圖 3.4 所示。

40、21電流采樣i (k ), i (k )電壓采樣Uld (k ), Uld (k )For i=0 to 7Ui (i) S(i)Udci (k 1) i (k) T Ui (k) Uld (k)s i (k 1)i (k)L Ui (k) Uld (k)id (k 1)cos tsin t i (k 1) iq (k 1) sin tcos t i (k 1)Uldd (k ) Uld (k ) cos t Uld (k ) sin tUldd (k 1) 3Uldd (k) 3Uldd (k 1) 2Uldd (k 2)P(k 1) Uldd (k 1)id (k 1)Q(k 1) Uld

41、d (k 1)iq (k 1)ig P* (k 1) P(k 1)2 Q* (k 1) Q(k 1)否i=7?是選擇S(tk+1),使得gi最小t tk 1否t tk 1是S (tk 1 )圖 3.4 PQ 模型預(yù)測(cè)控制流程圖 Flowchart of PQ control based on MPC22第三章 微電源的模型預(yù)測(cè)控制 基于下垂特性的 V/f 模型預(yù)測(cè)控制器基于下垂特性的 V/f 模型預(yù)測(cè)控制原理如圖 3.5 所示。電流預(yù)測(cè)模型與 PQ 模型 預(yù)測(cè)控制器一樣，電壓控制器，功率控制器與基于 PI 控制的 V/f 控制一樣。逆變器U等效 iDGiabc饋線(xiàn)LfUldabc ilabcZ

42、CfS (k )電流 預(yù)測(cè)i(k 價(jià)值函數(shù) 最小值i*UldabcP&Q計(jì)算U *PQldabcabc電壓控制器功率控 制器Pref Qref圖 3.5 基于下垂特性的 V/f 模型預(yù)測(cè)控制原理圖 Schematic of V/f MPC control based on droop characterastics3.3 系統(tǒng)建模與仿真基于 Matlab/Simulink 的控制系統(tǒng)建模(1) PQ 控制系統(tǒng)的仿真模型單個(gè)微電源的 PQ 控制仿真模型如圖 3.6 所示。圖中進(jìn)行了子系統(tǒng)的封裝，PQ control 為控制策略子系統(tǒng)，abc2dq 為坐標(biāo)變換子系統(tǒng)，PLL 為鎖相環(huán)模塊，P&Q

43、measure 為有功功率和無(wú)功功率檢測(cè)模塊，有功功率和無(wú)功功率的給定用兩個(gè)信號(hào)生 成器實(shí)現(xiàn)，微電源逆變后經(jīng)濾波電路，帶負(fù)載與電網(wǎng)連接。23Discrete, s = 2e-005powerguiP&QP&Q measure Vabc PQPLLVabc(pu)Freq wtw800g+VabcAA IabcIabc VabcVldSin_CosBB a-AA IabcIabcThree-Phase SourceCC bcIGBTBBaA CCbBcCA B CCLfA B CVabc IabcAa BbcCfA B CV&ILoad1Out1Vlddq PrefQrefVlddqSignal

44、 Builder1Pref Group 1Qref Group 1Vlddq In1 Out1In2VldwIdqIdqIdqOut2In3Iabcwwabc2dqPQ control圖 3.6 單個(gè)微電源的 PQ 控制系統(tǒng)整體仿真模型Fig 3.6 Overall simulation model of PQ control system of single micro-source(2)基于下垂特性的 V/f 控制系統(tǒng)的仿真模型Discrete, s = 5e-006powergui+800signgVabcAA IabcBBaScope2 iabcA AVabcA IabcBaVldab

45、c ildabcAa-C CbBBCbBbcCCcCcAaBCAaBCLfAABBCCVabc Iabcb cVabc Iabcb cCfVldabcK-GainPLLFreq Vabc(pu)wt Sin_Cosf wV1&i1V2&i2A B CA B C Load1 Load2V/f droop controlPref PPref PVldabc ildabcP&Q measureVMag_V_IIP_QP&Q PQsignSignQref QVlddq Idq wQref QVlddq idqwVlddq idq In1 Out1In2Out2 In3abc2dqVldabc wiab

46、c圖 3.7 單個(gè)微電源基于下垂特性的 V/f 控制系統(tǒng)整體仿真模型 Overall simulation model of V/f control system based on droop characterastics of single micro-source24第三章 微電源的模型預(yù)測(cè)控制單個(gè)微電源基于下垂特性的 V/f 控制系統(tǒng)整體仿真模型如圖 3.7 所示。圖中 V/f droop control 為控制策略子系統(tǒng)，abc2dq 為坐標(biāo)變換子系統(tǒng)，PLL 為鎖相環(huán)檢測(cè)模塊， P&Q measure 為有功功率和無(wú)功功率檢測(cè)模塊，有功功率和無(wú)功功率的基準(zhǔn)值實(shí)現(xiàn)確 定，微電源逆變后

47、經(jīng)濾波電路，帶負(fù)載與電網(wǎng)連接。 仿真結(jié)果分析(1) 單個(gè) PQ 控制的微電源帶負(fù)荷與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行 為了驗(yàn)證控制策略的正確性和有效性，利用 MATLAB/Simulink 搭建了微網(wǎng)分布式電源逆變器 PI 控制和模型預(yù)測(cè)控制的仿真平臺(tái)，并對(duì)兩種控制策略的效果進(jìn)行了 對(duì)比。仿真實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)參數(shù)為：微電源額定功率 PN 10kW，Udc 800V ，電網(wǎng)電壓U f 380V ，fn 50Hz ，L 0.6mH ，C 1500F ，R 0.01，PQ 控制器參數(shù) K p 0.5 ，Ki 20 ，系統(tǒng)采樣周期 Ts 100s 。 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景 1當(dāng)微網(wǎng)中系統(tǒng)容量出現(xiàn)缺額時(shí)，如果此時(shí)分布式電源仍有額外容量，可以

48、將多余容量送入系統(tǒng)中，以補(bǔ)充系統(tǒng)缺額，維持微電網(wǎng)能量穩(wěn)定，此時(shí)需要 DG 重新調(diào)整出 力，觀察給定出力調(diào)整后 DG 能否及時(shí)達(dá)到目標(biāo)水平。設(shè)定 DG 有功功率給定 Pref 原先為 6kW，0.005s 時(shí)重新調(diào)整為 10kW，0.015s 后又 調(diào)回 6kW，無(wú)功功率給定 Qref 始終為零。 Active power modulability under two control strategies254實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景 2 Reactive power response while modulating active power當(dāng)系統(tǒng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，可以充分利用 DG 的無(wú)功功率調(diào)節(jié)能力，為微電

49、網(wǎng)提供 無(wú)功支撐，維持系統(tǒng)電壓水平，此時(shí)需要調(diào)整微電網(wǎng)無(wú)功出力，觀察給定無(wú)功出力調(diào) 整后 DG 運(yùn)行情況。設(shè)定 DG 給定原先為 Pref =8kW，Qref =0，0.1s 時(shí)重新調(diào)整為 Pref =8kW，Qref =1.5kW,0.020 時(shí)重新調(diào)回 Pref =8kW， Qref =0。10Q/kVar-1-2PIMPC-300.0050.0100.0150.0200.025T/s圖 3.10 兩種控制策略下無(wú)功功率調(diào)節(jié)能力 Reactive power modulability under two control strategies26第三章 微電源的模型預(yù)測(cè)控制12 PI10MP

50、CP/kW86400.0050.0100.0150.0200.025T/s圖 3.11 無(wú)功功率調(diào)節(jié)時(shí)有功功率響應(yīng) Active power response while modulating reactive power由圖 3.8，圖 3.10 中可以看出相對(duì)于 PI 控制，MPC 控制具有較小的超調(diào)，同時(shí) 響應(yīng)速度較快，這對(duì)于微網(wǎng)迅速進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，同時(shí)抑制短時(shí)不平衡波動(dòng)時(shí)很有作用 的。由圖 3.9，圖 3.11 可以看到，在有功功率（無(wú)功功率）給定發(fā)生變化時(shí)，無(wú)功功 率（有功功率）沒(méi)有明顯波動(dòng)，說(shuō)明兩種控制策略都具有良好的解耦能力。這些仿真結(jié)果驗(yàn)證了 MPC 控制策略的有效性，說(shuō)明 MP

51、C 控制策略在微網(wǎng)中應(yīng) 用是很有優(yōu)勢(shì)的。(2)單個(gè) V/f 控制的微電源帶負(fù)荷獨(dú)立運(yùn)行利用 MATLAB/Simulink 搭建了微網(wǎng)分布式電源逆變器 PI 控制和模型預(yù)測(cè)控制的 仿真平臺(tái)，并對(duì)兩種控制策略的效果進(jìn)行了對(duì)比。仿真實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)參數(shù)為：微電源參 數(shù)： Pn 2 8 . 9 k W( 微 電 源 運(yùn) 行 在 額 定 頻 率 下 的 輸 出 功 率 ) ， Pmax 40kW ，Qmax=-Qmin=70kvar；系統(tǒng)額定輸出:E0 380V(幅值)， fn 50Hz ；PI 控制器參數(shù)：KP 10 ， KI 100(電壓調(diào)節(jié)器)， K 5(電流調(diào)節(jié)器)； L 0.6mH ， C 150

52、0F ，R 0.01，負(fù)荷 l 參數(shù)： Pload1 28.6kW ， Qload1 3.6kvar ；系統(tǒng)采樣周期 Ts 100s 。 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景 1單個(gè)微電源帶負(fù)荷獨(dú)立運(yùn)行，微電源逆變器采用基于下垂控制的 V/f 控制方式， t=0.005s 時(shí)突加負(fù)荷 2( Pload1 10kW ，Qload1 3.6kvar )， t=0.015s 時(shí)又將該負(fù)荷切掉， 仿真結(jié)果如圖。27 Frequency response under two control strategies while add or minus load由圖 3.12 可以看出相對(duì)于 PI 控制，MPC 控制具有較小的超調(diào)，同

53、時(shí)響應(yīng)速度較 快，這也是 MPC 進(jìn)行電流控制的優(yōu)勢(shì)，驗(yàn)證了 MPC 控制器的效果。3.4 本章小結(jié)本章利用模型預(yù)測(cè)控制方法，設(shè)計(jì)了微網(wǎng)中分布式微電源逆變器的 PQ 控制策略 和基于下垂特性的 V/f 控制策略，并在 MATLAB/Simulink 中建立了仿真模型，對(duì)單 個(gè)微電源分別采用 PI 控制和 MPC 控制時(shí)的不同場(chǎng)景進(jìn)行了分析，結(jié)論證明了 MPC 控制器的效果。28第四章 微電源組網(wǎng)運(yùn)行控制策略為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的模型預(yù)測(cè)控制策略的有效性，需要檢驗(yàn)微電網(wǎng)在不同的工況下 的運(yùn)行情況，本文選取的微電網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景分別為：微電網(wǎng)孤島模式下增加或減少負(fù)荷； 微電網(wǎng)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換；微電網(wǎng)孤島模式時(shí)某微

54、電源由于故障退出系統(tǒng)。在這三種運(yùn)行 情景，通過(guò)在 MATLAB/Simulink 中進(jìn)行仿真，驗(yàn)證微電源控制策略的有效性。4.1 微電網(wǎng)主電路模型和仿真參數(shù)本文在 MATLAB/Simulink 環(huán)境下建立微電網(wǎng)組網(wǎng)運(yùn)行的模型，主電路模型如圖所示。圖 4.1 中，微電網(wǎng)由 3 個(gè)微電源（DG1DG3）及 2 個(gè)負(fù)荷組成，通過(guò)線(xiàn)路和開(kāi)關(guān)連接到配電網(wǎng)中。假設(shè) 3 個(gè)微電源均為直流源或經(jīng)整流后的直流源。在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，293 個(gè)微電源均為 PQ 控制，使其輸出功率恒定；在孤島運(yùn)行時(shí)，主電源 DG1 采用基于 下垂特性的 V/f 模型預(yù)測(cè)控制控制，以控制母線(xiàn)電壓恒定，功率源型微電源 DG2 和 DG3

55、仍采用 PQ 控制，輸出恒定功率。負(fù)荷 1 為敏感性負(fù)荷，應(yīng)保證其供電質(zhì)量；負(fù) 荷 2 為普通負(fù)荷，必要時(shí)可以切除。本例中，仿真系統(tǒng)的主要參數(shù)如下表所示：表 4.1 微電源參數(shù)Table 4.1 Micro-source parameters微電源有功功率參考(kW)無(wú)功功率參考(kVar)DG112.40DG23.60DG34.00表 4.2 負(fù)荷參數(shù)Table 4.2 Load parameters負(fù)荷類(lèi)型有功功率參考(kW)無(wú)功功率參考(kVar)敏感負(fù)荷 114.01普通負(fù)荷 26.51表 4.3 系統(tǒng)其它參數(shù)Table 4.3 Other parameters of the syst

56、em系統(tǒng)參數(shù)符號(hào)數(shù)值電網(wǎng)電壓幅值(V)U380直流側(cè)電壓(V) 電網(wǎng)頻率(Hz)Udcfn80050線(xiàn)路參數(shù)( /km)R/X0.642/0.083濾波電感(mH)Lf濾波電容( F)Cf濾波電阻( )Rf0.615000.01下垂系數(shù)1/ a0.000011/ b0.0003采樣周期( s)Ts10030第四章 微電源組網(wǎng)運(yùn)行控制策略4.2 微電源組網(wǎng)運(yùn)行仿真分析 微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換的仿真為了驗(yàn)證運(yùn)行模式切換時(shí)控制策略的效果，假定的場(chǎng)景為：微電網(wǎng) 0.1s 前并網(wǎng) 運(yùn)行，0.1s 與電網(wǎng)斷開(kāi)，1s 時(shí)重聯(lián)電網(wǎng)，對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果如圖 4.2 所示。P2 / kWP1 / kW20151000.5

57、11.55000.511.5P3 / kW5000.511.5t/ s5Q1 / kVar0-5210Q2 / kVar00.511.510-1210Q3 / kVar00.511.510-100.511.5t/ sa) DG1DG4 輸出有功功率b) DG1DG4 輸出無(wú)功功率V/2UU /V 32031030000.511.5t/s50.04f /Hz50.0250.00 49.9800.511.5t/sc) 母線(xiàn)的電壓d) 系統(tǒng)的頻率U1L/ V5000-5000.9511.05I1L/ A200-200.9511.05t/sf) 敏感負(fù)荷 1 的電壓和電流圖 4.2 微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)、脫網(wǎng)、

58、再并網(wǎng)時(shí)運(yùn)行特性 Operational characteristics of microgrid while connecting, disconnecting and reconnecting the grid31算例分析：從圖 4-2（a）和（b）中可以看出，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，DG1 和 DG2 輸出 的有功和無(wú)功功率均不變，說(shuō)明 PQ 控制能夠達(dá)到理想的效果。0.1s 到 1s 時(shí)，微電網(wǎng) 孤網(wǎng)運(yùn)行， DG1 采用基于下垂特性的 V/f 模型預(yù)測(cè)控制，可以看出，其輸出的有功 和無(wú)功功率均有所增加，說(shuō)明基于下垂特性的 V/f 模型預(yù)測(cè)控制能夠控制微電源根據(jù) 下垂系數(shù)和容量分擔(dān)原來(lái)由外電網(wǎng)向微電

59、網(wǎng)系統(tǒng)提供的功率。從圖（c）、圖（d）可 以看出，母線(xiàn)的電壓幅值在斷網(wǎng)后有一定增加，系統(tǒng)的頻率在電網(wǎng)斷開(kāi)后上升，而重 新并網(wǎng)后，電壓幅值和頻率均能自動(dòng)與外電網(wǎng)一致，說(shuō)明其滿(mǎn)足下垂特性原理。整個(gè) 過(guò)程中電壓幅值和頻率的變化始終在允許的范圍內(nèi)，能夠滿(mǎn)足敏感負(fù)荷 1 的電壓質(zhì)量要求。從圖（f）可以看出，敏感負(fù)荷 1 的電壓和電流在整個(gè)過(guò)程中都保持穩(wěn)定，說(shuō) 明該控制系統(tǒng)能向敏感負(fù)荷提供較高的電能質(zhì)量。 微電網(wǎng)孤島模式下增/切增負(fù)荷的仿真微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，0.5s 時(shí)切掉普通負(fù)荷 2，1s 時(shí)重新給負(fù)荷 2 供電，對(duì)應(yīng)的結(jié)果 如圖 4-3 所示。20100W15k/7.5P2 / kWP1050P3 /

60、kW5000.511.500.511.500.511.5t/ s5Q1 / kVar0-5Q2 / kVar00.511.5210Q3 / kVar00.511.521000.511.5t/ sV/2UU /V 320310300a) DG1DG3 輸出有功功率b) DG1DG3 輸出無(wú)功功率50.04f /Hz50.0250.0049.9800.511.5t/s00.511.5t/sc) 母線(xiàn)電壓d) 微電網(wǎng)頻率 圖 4.3 負(fù)荷變化時(shí)微電網(wǎng)的運(yùn)行特性 Operational characteristics of microgrid while load changing32第四章 微電源組