微電網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)非計(jì)劃孤島切換控制策略研究

微電網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)非計(jì)劃孤島切換控制策略研究

0運(yùn)行模式切換微電網(wǎng)有兩種運(yùn)行模式：網(wǎng)絡(luò)連接和孤島連接。通常，微電網(wǎng)與公共電源相連。電壓和頻率的穩(wěn)定由公共電源支持。當(dāng)配電網(wǎng)或微網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，微電網(wǎng)和電源的公共連接（pcc）將立即關(guān)閉，微電網(wǎng)將從網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣聧u狀態(tài)。對(duì)大部分微電網(wǎng)而言,微電網(wǎng)中的利用可再生資源發(fā)電的分布式電源出力并不能完全滿足負(fù)荷需求,當(dāng)微電網(wǎng)由并網(wǎng)轉(zhuǎn)入非計(jì)劃孤島運(yùn)行時(shí)往往出現(xiàn)功率缺額,導(dǎo)致微電網(wǎng)無(wú)法保持電壓和頻率穩(wěn)定,嚴(yán)重時(shí)將造成分布式電源退出運(yùn)行,負(fù)荷斷電,整個(gè)微電網(wǎng)陷入崩潰。因此研究微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行向非計(jì)劃孤島切換以及孤島運(yùn)行向并網(wǎng)切換的控制方法與策略,確保微電網(wǎng)的在不同運(yùn)行模式下平穩(wěn)過(guò)渡,對(duì)提高微電網(wǎng)的電能質(zhì)量和供電可靠性具有重要意義。目前對(duì)運(yùn)行模式切換的研究主要集中在單臺(tái)帶負(fù)載的分布式電源與公共配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行和脫網(wǎng)孤島運(yùn)行之間的切換,即源與網(wǎng)之間的切換,而對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)與公共配電網(wǎng)網(wǎng)際之間的運(yùn)行模式切換研究相對(duì)較少。在已開展的研究中,文獻(xiàn)主要研究微電網(wǎng)在并網(wǎng)向孤島運(yùn)行切換過(guò)程中,分布式逆變電源由并網(wǎng)的PQ控制(定功率控制)轉(zhuǎn)為V/F控制(定電壓和定頻率控制)時(shí),逆變器控制參數(shù)對(duì)切換暫態(tài)過(guò)程的影響規(guī)律,為微電網(wǎng)運(yùn)行模式平滑切換提供了新的控制方法,但實(shí)際微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行時(shí),主電源一般要求具備良好的穩(wěn)定性和較大的容量,往往只會(huì)選擇柴油發(fā)電機(jī)或儲(chǔ)能裝置,而不選分布式電源,但并網(wǎng)時(shí)柴油發(fā)電機(jī)處于停機(jī)狀態(tài),儲(chǔ)能裝置也往往處于浮充狀態(tài),因此實(shí)際微電網(wǎng)由并網(wǎng)向非計(jì)劃孤島切換過(guò)程中能夠?qū)⒅麟娫从蒔Q控制轉(zhuǎn)為V/F控制的情形較為少見;此外,文獻(xiàn)中未考慮并網(wǎng)轉(zhuǎn)非計(jì)劃孤島時(shí)功率缺額的情況。文獻(xiàn)中微電源并網(wǎng)時(shí)為PQ控制,孤島時(shí)均為下垂控制,研究在基本下垂控制器中增加下垂額定點(diǎn)調(diào)節(jié)環(huán),通過(guò)該環(huán)路的投切實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與孤島控制模式的平滑轉(zhuǎn)換,該方法同樣未充分考慮切換過(guò)程中功率缺額的影響,孤島時(shí)采用下垂控制對(duì)分布式電源可調(diào)容量要求較高,在滲透率較低的微電網(wǎng)中平滑切換較難實(shí)現(xiàn)。本文根據(jù)我國(guó)大部分微電網(wǎng)中分布式電源出力不能完全滿足負(fù)荷需要的現(xiàn)狀和我國(guó)微電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的特點(diǎn),將超級(jí)電容器和蓄電池組成的復(fù)合儲(chǔ)能裝置作為微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的主電源,通過(guò)設(shè)計(jì)合理的復(fù)合儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)和充放電控制方法,研究微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行轉(zhuǎn)非計(jì)劃孤島和孤島運(yùn)行轉(zhuǎn)并網(wǎng)的切換控制方法與策略,確保微電網(wǎng)由并網(wǎng)運(yùn)行向非計(jì)劃孤島切換過(guò)程中的功率平衡和減少孤島運(yùn)行向并網(wǎng)切換時(shí)的沖擊和振蕩,以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)兩種運(yùn)行模式相互平滑切換,從而提高微電網(wǎng)的供電可靠性和供電質(zhì)量。1微電壓系統(tǒng)1.1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)微網(wǎng)概述本文采用微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,其中微電網(wǎng)電壓等級(jí)為380V,復(fù)合儲(chǔ)能單元由超級(jí)電容器與蓄電池組成,風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過(guò)逆變器接入微電網(wǎng),負(fù)荷A為重要負(fù)荷,負(fù)荷B和C為次要負(fù)荷,微網(wǎng)中的PCC點(diǎn)、各分布式電源和所有支路的開關(guān)都由微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(energymanagementsystem,EMS)進(jìn)行監(jiān)控,微電網(wǎng)孤島運(yùn)行檢測(cè)方法采取直接將PCC點(diǎn)的開合狀態(tài)通過(guò)光纖通信反饋給微網(wǎng)EMS系統(tǒng)的方式。1.2v/f和pq控制原理微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),微電網(wǎng)的電壓和頻率由公共配電網(wǎng)支撐,此時(shí)光伏和風(fēng)力發(fā)電機(jī)均采用PQ控制,從減少充放電次數(shù)和提高使用壽命的角度考慮,復(fù)合儲(chǔ)能中的蓄電池往往處于浮充狀態(tài),而超級(jí)電容器即可處于浮充狀態(tài),也可根據(jù)微電網(wǎng)電能質(zhì)量控制的需要起到平抑功率波動(dòng)的作用。當(dāng)進(jìn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí),復(fù)合儲(chǔ)能裝置將作為主電源,采用V/F控制維持微電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定,而光伏和風(fēng)力發(fā)電仍然采用PQ控制。本文所采用的V/F和PQ控制框圖如圖2、3所示,其中,ud-ref、uq-ref為微電網(wǎng)的電壓dq軸參考分量,fref、qref分別為頻率和相角參考值,P、Q分別為逆變器輸出的有功、無(wú)功功率,Pref、Qref為有功、無(wú)功功率參考值,分別為逆變器輸出端口電壓、電流的dq軸分量,id-ref、iq-ref為內(nèi)環(huán)電流參考值,ud-s、uq-s為逆變器電壓控制信號(hào),q為相角值,w為角頻率,Ls為濾波電感,Cf為濾波電容。由圖2可知,V/F控制采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)相結(jié)合的雙環(huán)控制,其中電壓外環(huán)根據(jù)電壓控制目標(biāo)產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)需要的參考信號(hào),其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢,電流內(nèi)環(huán)主要用于精細(xì)調(diào)節(jié),動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快,可提高逆變器的電能輸出質(zhì)量。與圖2所示的V/F控制類似,圖3所示的PQ控制也采用雙環(huán)控制,外環(huán)根據(jù)功率控制目標(biāo)產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)需要的參考信號(hào),電流內(nèi)環(huán)同樣起到精細(xì)調(diào)節(jié)的作用,其內(nèi)部控制過(guò)程與圖2中電流控制環(huán)節(jié)相同。2綜合能量分析與控制2.1與蓄電池的有機(jī)結(jié)合雖然超級(jí)電容器與蓄電池均屬于直流儲(chǔ)能,但兩者的儲(chǔ)能機(jī)理卻完全不同,這導(dǎo)致它們所表現(xiàn)的儲(chǔ)能特性也完全迥異,兩種儲(chǔ)能裝置的主要儲(chǔ)能特性比較如表1所示。由表1可知,超級(jí)電容器具有功率密度大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快和循環(huán)壽命高的優(yōu)點(diǎn),但其能量密度小;而蓄電池則相反,其功率密度、響應(yīng)時(shí)間和循環(huán)壽命均遠(yuǎn)低于超級(jí)電容,但能量密度高。由此可見,超級(jí)電容器屬于功率型的儲(chǔ)能裝置,宜用于平抑短時(shí)間的功率波動(dòng);而蓄電池則屬于能量型的儲(chǔ)能裝置,宜用于電能的大量存儲(chǔ)。若將兩者有機(jī)結(jié)合成復(fù)合儲(chǔ)能,則即可發(fā)揮超級(jí)電容功率密度大、響應(yīng)速度快特點(diǎn),又可兼顧蓄電池能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。這非常適合用于微電網(wǎng)由并網(wǎng)向非計(jì)劃孤島運(yùn)行切換時(shí)的情形,即切換時(shí)出現(xiàn)的功率缺額可通過(guò)超級(jí)電容迅速響應(yīng)來(lái)填補(bǔ),而孤島平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的主電源則可由蓄電池來(lái)承擔(dān)。這不僅避免單獨(dú)采用其中一種儲(chǔ)能時(shí)存在的性能缺陷,同時(shí)還避免了當(dāng)采用單一儲(chǔ)能時(shí)為實(shí)現(xiàn)平滑切換而增加的功率或容量額外配置,從而降低了投資成本。此外,超級(jí)電容器和蓄電池均采用直流進(jìn)行充放電控制,更有利于統(tǒng)一建模和控制。2.2和dc/dcb的電壓波動(dòng)切換控制本文所設(shè)計(jì)的復(fù)合儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示,其中,ucap為超級(jí)電容器端口電壓,iL(A)、iL(B)分別為Buck-Boost(降壓–升壓)雙向變換器DC/DC(A)和DC/DC(B)的電感電流,C為直流母線電容,iabc和uabc分別表示逆變器輸出的三相電流和電壓。圖4中,超級(jí)電容器和蓄電池分別通過(guò)降壓–升壓雙向變換器DC/DC(A)和DC/DC(B)連接到直流母線后再經(jīng)雙向整流/逆變器與微電網(wǎng)相連,其中DC/DC(A)和DC/DC(B)的低壓側(cè)是分別接超級(jí)電容器和蓄電池,而高壓側(cè)接直流母線。由于直流母線是超級(jí)電容器和蓄電池與微電網(wǎng)能量交換的通道,當(dāng)微電網(wǎng)由并網(wǎng)向非計(jì)劃孤島運(yùn)行切換過(guò)程中,輸出的功率急劇變化,這必然導(dǎo)致直流母線電壓發(fā)生變化,而雙向整流/逆變器的輸出電壓與直流側(cè)電壓密切相關(guān),使得雙向整流/逆變器輸出電壓也發(fā)生波動(dòng),使作為主電源的復(fù)合儲(chǔ)能單元無(wú)法維持微電網(wǎng)額定電壓,當(dāng)直流母線電壓跌落嚴(yán)重時(shí),甚至將導(dǎo)致雙向變流器無(wú)法工作,導(dǎo)致微電網(wǎng)失去主電源支撐,因此確保直流母線電壓穩(wěn)定對(duì)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)平滑切換具有重要作用。一般而言,增加直流母線電容是抑制電壓波動(dòng)的最直接的方式,但這樣將降低系統(tǒng)響應(yīng)速度。因此本文為超級(jí)電容器和蓄電池分別設(shè)置充電控制器DC/DC(A)和DC/DC(B),這不僅可根據(jù)切換控制的需要分別控制超級(jí)電容器和蓄電池的充電和放電,而且可在放電時(shí)控制高壓側(cè)的輸出電壓,從而保持直流母線電壓穩(wěn)定。在儲(chǔ)能容量的配置方面,由于微電網(wǎng)從并網(wǎng)運(yùn)行切換到孤島運(yùn)行時(shí),一般只需保證微電網(wǎng)重要負(fù)荷正常供電即可,因此圖4中蓄電池需要配置的容量額度只需滿足重要負(fù)荷供電即可,而超級(jí)電容器為了確保切換的平滑過(guò)渡,所配置的容量須滿足微電網(wǎng)中所有負(fù)荷的功率要求;在復(fù)合儲(chǔ)能控制方面,圖4中雙向整流/逆變器在孤島運(yùn)行時(shí)可由微網(wǎng)EMS系統(tǒng)切換到逆變模式并采用V/F控制,DC/DC(A)和DC/DC(B)則通過(guò)對(duì)應(yīng)控制環(huán)節(jié)由三相脈寬調(diào)制(pulsewidthmodulation,PWM)進(jìn)行控制。2.3控制策略的建立圖4中的Buck-Boost雙向變換器DC/DC(A)和DC/DC(B)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示的,其中,us為蓄電池或超級(jí)電容器組端口電壓;rs為儲(chǔ)能等效內(nèi)阻;iL為流經(jīng)電感L的電流;uc為高壓側(cè)電容電壓,即直流母線電壓;iinv為雙向變流器輸入或輸出電流;開關(guān)管G1的占空比為d;G2的占空比為1-d。假定電流正方向?yàn)橛傻蛪簜?cè)到高壓側(cè)方向,以電感電流iL和電容電壓uc為狀態(tài)變量,根據(jù)狀態(tài)空間平均法可建立如下狀態(tài)方程:方程(1)的穩(wěn)態(tài)解為由式(2)可知,d0＞us0/uc0時(shí),iL0＞0,則降壓–升壓雙向變換器處于升壓模式(功率正向傳輸);當(dāng)d0<us0/uc0時(shí),iL0＜0,則降壓–升壓雙向變換器處于降壓模式(功率反向傳輸)。由于占空比d由開關(guān)管的通斷時(shí)間決定,因此通過(guò)控制開關(guān)管G1和G2的通斷時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)能量雙向傳輸控制。同樣由式(2)可知,uc大小也可通過(guò)對(duì)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間的控制來(lái)調(diào)節(jié)。如2.2節(jié)所述,確保直流母線電壓穩(wěn)定對(duì)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)平滑切換具有重要作用,本文分別通過(guò)Buck-Boost雙向變換器來(lái)控制超級(jí)電容器和蓄電池的輸出電壓以抑制直流母線電壓波動(dòng)。由于Buck-Boost雙向變換器在升壓模式的恒壓輸出狀態(tài)時(shí)的電壓傳遞函數(shù)在s域中存在右半平面的零點(diǎn),則系統(tǒng)屬于非最小相位系統(tǒng),開環(huán)不穩(wěn)定。為穩(wěn)定直流母線電壓,本文采用如圖6所示的電容電壓外環(huán)和電感電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制模式。圖6中,uc-ref為直流母線參考電壓,iL-ref為雙向變換器的參考電感電流。電壓外環(huán)主要維持輸出電壓穩(wěn)定,電流內(nèi)環(huán)通過(guò)快速動(dòng)態(tài)響應(yīng),產(chǎn)生適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電流增強(qiáng)輸出電壓穩(wěn)定性。為增強(qiáng)當(dāng)輸出功率波動(dòng)時(shí)直流母線電壓的穩(wěn)定性,采用功率前饋方法將與輸出功率密切相關(guān)的電流iinv作為前饋補(bǔ)償量參與到電流內(nèi)環(huán)控制中,這將提高電流內(nèi)環(huán)對(duì)輸出功率的響應(yīng)速度,從而進(jìn)一步改善直流母線電壓穩(wěn)定性,確保雙向變流器穩(wěn)定工作。3微電網(wǎng)的運(yùn)行模式為平滑切換和控制3.1電壓余量系數(shù)為微電網(wǎng)由并網(wǎng)運(yùn)行向非計(jì)劃孤島切換過(guò)程中,光伏和風(fēng)力發(fā)電始終采用PQ控制模式對(duì)微電網(wǎng)提供有功和無(wú)功支持,而復(fù)合儲(chǔ)能裝置則作為微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的主電源,在進(jìn)入孤島運(yùn)行后采用V/F控制以維持微電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定,在此過(guò)程中對(duì)復(fù)合儲(chǔ)能中超級(jí)電容器和蓄電池協(xié)調(diào)控制是實(shí)現(xiàn)平滑切換的關(guān)鍵。本文根據(jù)超級(jí)電容器端口電壓ucap大小來(lái)控制超級(jí)電容器和蓄電池的投切,以穩(wěn)定復(fù)合儲(chǔ)能中直流母線電壓uc為目標(biāo)來(lái)調(diào)節(jié)DC/DC(A)和DC/DC(B)出力,設(shè)超級(jí)電容器運(yùn)行電壓上限為ucap-up,運(yùn)行電壓下限為ucap-low,端口電壓余量系數(shù)為α(0＜α＜1),則并網(wǎng)轉(zhuǎn)非計(jì)劃孤島的切換控制策略如下。1)微網(wǎng)EMS系統(tǒng)通過(guò)光纖通信獲取PCC點(diǎn)開斷信息以判斷微電網(wǎng)是否孤島運(yùn)行。當(dāng)監(jiān)測(cè)到微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí),立即控制DC/DC(A)將超級(jí)電容器由浮充狀態(tài)切換到放電狀態(tài),同時(shí)將復(fù)合儲(chǔ)能的雙向逆變器由充電模式切換到V/F控制放電模式。為最大限度減小復(fù)合儲(chǔ)能裝置投入對(duì)微電網(wǎng)的沖擊影響,復(fù)合儲(chǔ)能V/F控制的參考電壓和參考頻率/相角取PCC點(diǎn)斷開瞬間公共配電網(wǎng)的電壓和頻率/相角值。2)由于微電網(wǎng)存在功率缺額,雙向整流/逆變器通過(guò)V/F控制輸出功率穩(wěn)住微電網(wǎng)電壓和頻率,復(fù)合儲(chǔ)能直流母線電壓uc下降,超級(jí)電容器瞬時(shí)響應(yīng)出力,迅速填補(bǔ)微電網(wǎng)功率缺額,與此同時(shí)超級(jí)電容器端口電壓ucap逐漸下降。3)當(dāng)ucap-low>ucap>ucap-up時(shí),及時(shí)切除部分次要負(fù)荷。若由DC/DC(B)控制的蓄電池的最大輸出功率為Pbat-up,若此時(shí)光伏和風(fēng)力發(fā)電的功率之和為Sdg-whole,切除前的負(fù)荷總功率為Sload-whole,切除后所剩負(fù)荷功率為Sload-res,則需切除的次要負(fù)荷功率Sload-cut須滿足以下條件:式中β(0＜β＜1)為功率余量系數(shù),其作用是當(dāng)蓄電池單獨(dú)作為主電源工作時(shí),確保能在逆變后具有一定的有功和無(wú)功可調(diào)容量,以平抑其他分布式電源或重要負(fù)荷的變化帶來(lái)的功率波動(dòng)。4)當(dāng)ucap＝αucap-up時(shí),DC/DC(B)將蓄電池由浮充狀態(tài)切換至放電模式,此時(shí)蓄電池和超級(jí)電容器同時(shí)作為主電源向微電網(wǎng)進(jìn)行供電。5)當(dāng)ucap-low<ucap＜αucap-up時(shí),超級(jí)電容器出力和端電壓ucap逐漸下降,蓄電池出力逐漸提升至穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)ucap＝ucap-low時(shí),DC/DC(A)切除超級(jí)電容器,蓄電池單獨(dú)對(duì)作為主電源對(duì)微電網(wǎng)重要負(fù)荷進(jìn)行供電。3.2預(yù)同步控制模型當(dāng)檢測(cè)到公共配電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí),應(yīng)將微電網(wǎng)調(diào)整到合適狀態(tài)后重新并入到配電網(wǎng)中,即將微電網(wǎng)由孤島運(yùn)行狀態(tài)切換到并網(wǎng)運(yùn)行。在切換過(guò)程中,光伏和風(fēng)力發(fā)電仍然采用PQ控制模式出力,只需對(duì)作為主電源的復(fù)合儲(chǔ)能進(jìn)行調(diào)節(jié),其切換控制策略如下:1)微電網(wǎng)由孤島切換到并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流大小主要由微電網(wǎng)與公共配電網(wǎng)之間電壓偏差和相角偏差綜合決定,與頻率差關(guān)系較小。因此為了減小并網(wǎng)合閘時(shí)的沖擊,并網(wǎng)前須通過(guò)預(yù)同步控制將電壓和相角調(diào)到與公共配電網(wǎng)基本一致。本文采用直接調(diào)整主電源V/F控制的參考電壓和參考頻率的方式進(jìn)行預(yù)同步控制,其控制框圖如圖7所示。圖7中,ud-grid和uq-grid分別為公共配電網(wǎng)的電壓dq軸分量,θgrid為公共配電網(wǎng)相角,u′d-ref、u′q-ref和fref則為通過(guò)預(yù)同步調(diào)整后的電壓和頻率的參考值。2)經(jīng)過(guò)預(yù)同步控制調(diào)整,當(dāng)微電網(wǎng)和公共配電網(wǎng)的電壓和相角滿足如下條件時(shí),實(shí)施并網(wǎng)操作。式中:|U|grid和|U|分別為公共配電網(wǎng)和微電網(wǎng)電壓幅值;|U|N為額定電壓幅值。3)并網(wǎng)完成后,立即將復(fù)合儲(chǔ)能由V/F控制模式切換到充電模式,超級(jí)電容器和蓄電池轉(zhuǎn)入充電狀態(tài),然后恢復(fù)對(duì)次要負(fù)荷的供電。4模擬與分析算術(shù)示例4.1復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)圖1所示的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu),本文運(yùn)用PSCAD/EMTDC軟件搭建微電網(wǎng)仿真平臺(tái),其仿真主要參數(shù)設(shè)置如下:光伏和風(fēng)力發(fā)電在微電網(wǎng)與公共配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)輸出的有功功率分別為55kW和40kW,無(wú)功功率分別為15kvar和10kvar;重要負(fù)荷A的有功功率為150kW,無(wú)功功率為35kvar;次要負(fù)荷B和次要負(fù)荷C的有功功率分別為45kW和15kW,無(wú)功功率分別為10kvar和0kvar;復(fù)合儲(chǔ)能中蓄電池電壓240V,容量1000AH,額定放電率為0.3C;超級(jí)電容器組耐壓400V,容量為10F;直流母線額定電壓500V。設(shè)超級(jí)電容器組的工作上限電壓ucap-up＝380V,截止工作電壓ucap-low＝240V,端口電壓余量系數(shù)α＝0.8,蓄電池功率余量系數(shù)β＝0.85。由仿真參數(shù)可知,該微電網(wǎng)在并網(wǎng)時(shí)需向公共配電網(wǎng)吸取有功功率115kW,無(wú)功功率20kVar,當(dāng)切換到非計(jì)劃孤島運(yùn)行時(shí),將出現(xiàn)功率缺額,若此時(shí)單獨(dú)采用蓄電池進(jìn)行供電,則蓄電池額定輸出功率將無(wú)法填補(bǔ)微電網(wǎng)功率缺額。4.2復(fù)合儲(chǔ)能模式下光伏和風(fēng)力發(fā)電單元電壓下降和運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)_動(dòng)1)初始狀態(tài)t=0~0.5s時(shí),微電網(wǎng)與公共配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。2)t=0.5s時(shí),微電網(wǎng)由并網(wǎng)運(yùn)行切換到孤島運(yùn)行,相應(yīng)控制模式切換。3)t=1.5s時(shí),切除次要負(fù)荷B,t=2.3s時(shí),切除次要負(fù)荷C。4)t=2.85s時(shí),蓄電池切換到放電狀態(tài),超級(jí)電容與蓄電池共同向微電網(wǎng)供電。5)t=4.5s時(shí),切除超級(jí)電容器組,蓄電池單獨(dú)向微電網(wǎng)供電。6)t=5.2s時(shí),啟動(dòng)預(yù)同步控制,準(zhǔn)備與公共配電網(wǎng)并網(wǎng)。7)t=5.5s時(shí),微電網(wǎng)PCC點(diǎn)合閘并網(wǎng),復(fù)合儲(chǔ)能切換控制模式,轉(zhuǎn)入充電狀態(tài)。8)t=6s時(shí),次要負(fù)荷B和次要負(fù)荷C恢復(fù)供電。整個(gè)仿真結(jié)果如圖8—16所示。圖8中,Ua為微電網(wǎng)交流母線電壓;圖9中fb為母線頻率;圖10中,P和Q分別表示有功和無(wú)功功率輸出。由圖8、9可知,微電網(wǎng)由并網(wǎng)狀態(tài)切換到非計(jì)劃孤島運(yùn)行時(shí),由于微電網(wǎng)存在功率缺額,切換瞬間母線電壓和頻率均發(fā)生跌落,但隨后迅速回升,主要原因是復(fù)合儲(chǔ)能中的超級(jí)電容在切換后迅速響應(yīng)出力(如圖10所示),及時(shí)填補(bǔ)了功率缺額,使切換過(guò)程中的電壓和頻率維持在可接受范圍內(nèi)。當(dāng)切換操作完成后,根據(jù)切換控制策略需在超級(jí)電容器組端口電壓下降到設(shè)定值(304V)之前將次要負(fù)荷切除。由于蓄電池的額定功率限制,仿真過(guò)程中需要切除的次要負(fù)荷相對(duì)較大,為減小微電網(wǎng)功率波動(dòng)范圍,本文分2次將次要負(fù)荷B和C分別切除。如圖10所示,每次負(fù)荷切除后微網(wǎng)出現(xiàn)功率富余,此時(shí)超級(jí)電容器組響應(yīng)V/F控制迅速降低功率輸出。如圖11所示,隨著超級(jí)電容器組出力時(shí)間增加,其端口電壓不斷下降;當(dāng)下降至設(shè)定值304V時(shí),啟動(dòng)蓄電池與超級(jí)電容器同時(shí)供電;當(dāng)超級(jí)電容器組電壓下降至截止工作電壓240V時(shí),超級(jí)電容器組切除,由蓄電池單獨(dú)向微電網(wǎng)供電。在這2種儲(chǔ)能出力交接過(guò)程中,分別對(duì)Buck-Boost雙向變換器DC/DC(A)和DC/DC(B)采用電容電壓外環(huán)和電感電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制模式,使復(fù)合儲(chǔ)能直流母線電壓保持穩(wěn)定(如圖12所示,Ud表示直流母線電壓),從而確保復(fù)合儲(chǔ)能出力穩(wěn)定。在微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換前后,光伏和風(fēng)力發(fā)電始終采用PQ控制模式,由圖3可知,采用該模式控制的分布式電源輸出的功率大小與機(jī)端電壓和頻率密切相關(guān)。在微電網(wǎng)由并網(wǎng)向孤島運(yùn)行切換過(guò)程中,微電網(wǎng)的電壓和頻率均跌落后趨穩(wěn),兩分布式電源的有功和無(wú)功輸出同樣在跌落后再波動(dòng)趨穩(wěn)。在每次切除次要負(fù)荷時(shí),雖然復(fù)合儲(chǔ)能裝置迅速響應(yīng)降低出力,但由于切除的負(fù)荷相對(duì)較大以及微電網(wǎng)系統(tǒng)本身的脆弱性,其電壓和頻率仍出現(xiàn)少許波動(dòng),導(dǎo)致兩分布式電源的輸出功率也隨之出現(xiàn)小幅波動(dòng)。在整個(gè)仿真過(guò)程