微型燃气轮机微网控制策略_苏玲
微型燃气轮机发电系统新型并网控制技术
第12卷 第4期2008年7月电 机 与 控 制 学 报ELE CTR IC M ACH I NE S AND CONTRO LVo l 12N o 4Ju l y 2008微型燃气轮机发电系统新型并网控制技术赵克1, 耿加民2, 孙力1(1.哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江哈尔滨150001;2.哈尔滨东安发动机集团公司,黑龙江哈尔滨,150066)'摘 要:为了满足微型燃气轮机发电系统的并网要求,降低变换器的成本和提高可靠性,提出一种耦合虚拟磁链观测方案以解决磁链观测的偏置和启动电流突跳问题,获得了无电网电压传感器的虚拟磁链同步旋转坐标系统,设计了基于改进虚拟磁链观测器的直接功率控制策略的新型并网控制器。
针对并网过程中的能量传输要求,进一步抑制发电机功率变化导致母线功率的传输波动,采用功率前馈的并网控制方案,改善了系统功率控制能力。
仿真和实验结果表明,这种新型并网控制器能够稳定运行,能量传输具有快速性和稳定性。
关键词:微型燃气轮机发电系统;并网;耦合虚拟磁链观测器;控制策略;功率前馈中图分类号:TM 624文献标识码:A文章编号:1007-449X (2008)04-0409-06Novel grid connected control tecnni ques for them icrot urbine generation syste mZ HAO K e 1, GENG Jia m in 2, SUN L i1(1.D epart m ent o f E lectr i ca l Eng i neer i ng ,H arbi n Institute o f T echno l ogy ,H arb i n ,150001,Ch i na ;2.H arb i n Dongan Eng i ne G roup Co .H a rbin ,150066,Chi na)Abst ract :I n order to m eet grid connected requ ire m ents for m icroturbi n e generati o n syste m ,reduce thecost and i m prove t h e credibility o f t h e g ri d i n verter ,the coup ling v irtual flux obser ve progra m w as put for w ard to so l v e the proble m of t h e fl u x esti m ati o n o ffset and start current breakou,t the v irtua l fl u x synchro nous coord i n ate syste m w ithout the vo ltage sensor o f the net side was established ,ne w gri d connected in verter based on D irect Pow er Contro l (DPC )w ith i m proved esti m ati o n m ethod w as designed .In v ie w o f the require m ent of po w er trans m ission and suppressing the power fl u ctuati o n fro m the generator ,po w er feedfor w ard strategy w as proposed to increase t h e contro l capacity .The si m u lati o n and test results sho w that t h e inverter possesses good dyna m ic and static perf o r m ance .K ey w ords :m icr o turb i n e po w er generation syste m ;g ri d connecti o n ;coup li n g virtual flux observer ;con tro l strategy ;po w er feedfor w ard收稿日期:2008-02-29基金项目:国家 863 项目(2002AA503020)作者简介:赵 克(1973-),男,博士,讲师,主要研究方向为电机控制和逆变电源;耿加民(1968-),男,研究员级高级工程师,主要研究方向为控制理论与电力变换;孙 力(1960-),男,教授,博士生导师,研究方向为电机驱动控制、电力电子技术及应用、电磁兼容。
小型燃气轮机发电系统的优化设计与控制
小型燃气轮机发电系统的优化设计与控制近年来，随着全球经济的迅猛发展，能源消耗量不断增加，同时能源的可持续性问题也越来越凸显。
在此背景之下，小型燃气轮机发电系统因其高效、低污染、灵活性强等优点逐渐成为了研究热点。
本文将从小型燃气轮机发电系统的组成、优化设计和控制等方面进行探讨。
一、小型燃气轮机发电系统的组成小型燃气轮机发电系统主要由燃气轮机、燃气发电机、烟气余热回收系统、发电控制系统等组成。
燃气轮机是小型燃气轮机发电系统的核心设备，其通过燃烧燃气或液体燃料将化学能转化为机械能，并驱动燃气发电机产生电能。
燃气轮机具有体积小、重量轻、启动响应快、效率高等特点，适用于小功率的分布式发电场景。
燃气发电机是将机械能转化为电能的装置，其输出直流电或交流电，作为小型燃气轮机发电系统的电源。
和常规的火力发电机相比，燃气发电机对电网的影响较小，对于稳定电网等方面具有独特的优势。
烟气余热回收系统是小型燃气轮机发电系统的重要组成部分之一，其将燃气轮机废气中的余热进行回收利用，提高能源的利用效率。
烟气余热回收系统的主要技术包括余热锅炉、吸收式制冷等。
发电控制系统是小型燃气轮机发电系统的核心智能控制系统，其通过对系统的运行参数进行实时监测和优化控制，实现小型燃气轮机发电系统的高效、可靠、安全运行。
二、小型燃气轮机发电系统的优化设计小型燃气轮机发电系统的优化设计包括燃气轮机的设计、烟气余热回收系统的设计、废气排放控制技术的设计等。
首先，燃气轮机的设计是小型燃气轮机发电系统优化设计的关键。
在设计燃气轮机时需要考虑以下几个方面的因素：一是燃料的选择和优化燃烧；二是燃气轮机的匹配性设计，即要使燃气轮机与发电机间的转速比合适，提高系统的效率；三是燃气轮机的供气系统设计，其设计应尽可能降低系统的风阻损失，提高系统的效率。
其次，烟气余热回收系统的设计也是小型燃气轮机发电系统优化设计的一个重要方面。
烟气余热回收系统设计需考虑通过余热回收方式对燃气轮机废气中的余热进行回收利用，节约系统能源的消耗。
微型燃气轮机微网控制策略探究
微型燃气轮机微网控制策略探究作者：刘坤兵付明文姚亮来源：《世界家苑·学术》2017年第03期摘要：为了充分彰显微型燃气轮机具有的“以热定电”特点，在具体的运行中需要借助PV 对所有的燃气轮机进行控制；为彰显出微型燃气轮机“即插即用”特征，需要在孤岛运行过程中借助Q/V与P/f下垂特性对其进行控制。
大量事实显示微型燃气轮机的微网在孤岛与联网运行过程中的控制措施具有有效性与可行性，值得大范围推广应用。
本文就微型燃气轮机微网控制策略，进行了细致的探究。
关键词：卫星燃气轮机；微网；控制策略微型燃气轮机能利用发电预热，实现电、热、冷联供，从而大幅优化利用一次能源的效率。
如果结合冷热负荷的具体位置，科学设计微型燃气轮机的位置，就可节约大量的管道铺设成本，可降低损失的热量，从而明显提升企业的经济收益，而合理的控制方式是燃气轮机微网各种优点充分发挥的关键技术。
那么如何有效控制微型燃气轮机微网，是相关人员需要面对的问题。
一、微型燃气轮机的发电系统与并网微型燃气轮机中的发电系统制造出来的高频交流电，完成整流逆变之后方可并网运行，具体的系统结构可用下图表示（图1）.其中，Uinv与e一次是逆变器出口的电压及母线电压；θ与E依次是母线典雅的相角与幅值；8与U依次是输入逆变器中参考电压的相角与幅值；Q、P依次是微型燃气轮机运行中输出的无功功率与有功功率；i是微型燃气轮机出口位置的电流值；Cf与Lf次是滤波电容与电感；Lc是耦合电容。
因为微型燃气轮机具有较慢的响应速度，再加上电力电子.的各种器件自身没有存储能量，为了使得微网能顺利从并网运行切换到孤岛运行、优化微网的响应速度、使得燃气轮机都具有对等性，笔者在研究中为所有燃气轮机对应的发电系统直流侧配备了储备设备。
一般情况下，并网逆变器选择的是以脉宽调制为基础的直流控制电压源逆变器。
二、微型燃气轮机微网的主要结构将微型燃气轮机接到主配网中，就可能对主配网的保护、潮流及电压等产生很大影响。
微电网相关问题及技术研究
万方数据万方数据苏玲，等微电网相关问题及技术研究．２３７．控制器［２０－２２】，利用ＤＧ本地信息计算局部无功需求。
２．２．２孤岛运行方式下的控制孤岛运行是指主网故障或电能质量不满足要求时，微电网与主网断开形成孤岛运行，由ＤＧ向微电网内的负荷供电，可分为计划孤岛和无计划孤岛。
微电网的孤岛运行为系统提供了更高的可靠性和不问断供电【２３Ｊ。
关于微电网孤岛运行控制已有很多文献研究涉及，主要有以下几类。
１）微电网系统单主或多主控制方法仅一个或多个ＤＧ的（ＶｏｌｔａｇｅＳｏｕｒｃｅＩｎｖｅｒｔｅｒ，ＶＳＩ）提供参考电压和参考频率【２引。
孤岛情况下，微电网控制参考单元的功率实现电力供需平衡，同时保证较高的电压和频率质量。
另外，微电网再次并网时，微电网系统的频率和电压可保持在孤岛前的标准，通过锁相环节的控制，确保微电网与主网频率和电压一致，减轻暂态过程波动，基本实现平滑、柔性地并网。
不过，单主控制方法使孤岛运行时微电网的稳定性完全取决于参考ＤＧ能否正常运行，对其依赖度较高，而多主则不存在这个问题。
另外单主或多主控制方法对提供参考电压和频率的ＤＧ旋转备用容量要求较高，孤岛情况下应能承担并网运行时由主网提供的全部功率。
２）微电网系统对等摔制方法所谓下垂控制就是选择与传统发电机相似的频率一次下垂特性曲线（ＤｒｏｏｐＣｈａｒａｃｔｅｒ）作为ＤＧ的控制方式，利用频率有功下垂曲线将微电网系统不平衡的功率动态分配给各机组来承担Ｉｚ孓２６Ｊ，无须机组间的通信协调，实现了ＤＧ即插即用和对等控制的目标，保证孤岛下微电网内电力供需平衡和频率的统一，具有简单可靠的特点。
但该方法没有考虑到系统电压与频率的恢复问题。
因此，当微电网遭受到严重的破坏或干扰时，系统很难保证频率质量，而Ｈ并网时由于微电网没有与主网进行同步，会对主网的电压和频率产生一定的冲击。
另外，该控制方法是针对电力电子接口的微电源系统，没有考虑传统发电机与逆变微电源的协调控制。
微电网构成及控制技术
微电网构成及控制技术作者：苏玲来源：《科技创新导报》 2014年第36期苏玲(国网智能电网研究院北京昌平 102200)摘要：微电网是充分发挥分布式电源众多优越性的有效途径之一。
该文首先给出微电网典型辐射状结构，并对微电网构成元件分布式电源、储能装置、静态开关和电力电子器件进行详细介绍；其次对微电网控制策略进行分类，并阐述了集中控制、分散控制和混合控制各种方法的特点；最后对微电网重要意义进行总结。
关键词：微电网分布式电源集中控制分散控制混合控制中图分类号：TM7文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)12(c)-0053-01随着对太阳能、风能等可再生能源的日益重视，分布式供电系统逐渐增多。
大量性能不同、分散的分布式电源简单并网给电力系统带来了诸多不良影响，如保护误动、电能质量不满足要求和运行可靠性下降等。
为充分利用分布式电源的优越性，将分布式电源、负荷、储能以及控制装置等整合成为单一可控的单元即微电网，既满足用户对于电能的需求，又对用户供应冷、热能。
正常情况下微电网与配电网并联运行，配电网发生故障时微电网快速断开联接孤网运行，并继续对微电网内重要负荷供电；配电网故障切除后，微电网进行同期后重新与配电网并联运行。
1 微电网构成1.1 微电网结构微电网一般呈辐射状，经一主隔离设备与上级电网相连，相对于上级电网表现为可控单元，可实现孤网或并网运行及两种运行模式间的无缝切换。
整个微电网装设潮流控制器、保护协调器、能量管理器等控制装置，能量管理器负责接受调度指令及优化微电网运行。
馈线装设热电联供分布式电源，向敏感负荷和热负荷提供电能和热能，实现对负荷的分层分级控制。
当外部电网发生故障或电能质量不能满足要求时，微电网断开与外部电网联接孤网运行，微电网内负荷全部由分布式电源供电，若不能保持微电网内部电能供需平衡，则切除对非敏感负荷的供电。
故障消除后，微电网经平滑无缝切换，重新恢复和外部电网并联运行。
以微型燃气轮机组为基础的微电网动态特性
肖小清 １ 清 ・阚伟 民１陈迅 王 标 ２郑 国荣２胡 玉峰 ３ ， 钟 ， ， ， ， ，
（． １ 广东 电网公司 电力科 学研 究院， 广东 广州 ５ ０ ８ ； ． １０ ０ ２ 广州粤能 电力科技开发有 限公司 ， 东 广州 ５０ ７ 广 １０ ５
的 微 电 网 系 统 迎 来 了 一 个 新 的 发 展 机 遇 …。
南 方 电 网 公 司 承 接 了 闲 家 ８ ３计 划 课 题 ． 并 配 ６ 套 建 没一 个 兆 瓦级 的 微 型燃 气 轮 机 组 （ ＭＴ） 布 式 分
供 能 微 电 刚 示 范 ： ． 示 范 ～ 为 依 托 ． 究 分 布 【程 以 Ｔ程 研
式 冷 电 联 供 系 统 的 运 行 模 式 ．探 索 分 布 式 微 电 网 系
统 与 电 网 之 间 的 相 互 影 响
１ 系统结构
示 范 Ｔ 程 的 电 气 主 接 线 如 图 １所 示 ． ．示 范 工 程 包 括 ３ 栋 楼 的 负 荷 ， 次 编 号 为 １、 ３号 楼 。 范 工 依 ２、 示
３ ．中国 南 方 电网 有 限 责 任 公 司 ， 东 广 州 ５ ０ ２ ） 广 Ｉ １６ ３
摘
要 ：随 着 微 电 网 技 术 的 发 展 ， 以微 型燃 气 轮 机 组 为 核 心 的 分 布 式 供 能 系 统 的 重 要 性 日益 显 现 。介 绍 以
困家 ８ ３计划 分 布式 供 能 课 题 为 载 体 基 于微 型 燃 气 轮 机 组 的微 电 网 的 示 范 工 程 系统 结 构 以及 Ｃ ｐ ｔ ｅ ２ ０ ６ ａｓ ｎ Ｃ Ｏ ｏ 型 燃 气 轮 机 组 的 控 制 原 理 。通 过 一 系列 的启 停 、变 负 荷 及 甩 负 荷 模 式 试 验 ，分 析 以微 型 燃 气 轮 机 组 为 核 心 的 做 电 网 系统 存 接 入 配 网 后 对 于 电 网 和 对 于 微 电 网 内负 荷 的影 响 情 况 。研 究 结 果 为 进 一 步 了 解 微 型 燃 气 轮 ￣ ？ 的 输 ｝ 功 率 特 性 、微 电 网 的 保 护 设 置 以 及 做 好 微 电 网 的 模 型 仿 真 等 提 供 了 数 据 支 持 。 Ｊｆ Ｌｌ １ ｊ
微型燃气轮机发电系统孤岛及并网运行的建模与控制策略
微型燃气轮机发电系统孤岛及并网运行的建模与控制策略杨秀;郭贤;臧海洋;郭贺【摘要】Micro-turbine is the main direction in new energy resources utility,especially in the microgrid,and the control of its power generation system is much important for the stablity of microgrid islanding and grid-connected operation.In this paper,modular models for the MTGS are built,which including microturbine,permanent magnet synchronous machine,rectifier and inverter.Greater importance is attained on the researches of the control strategy for the MTGS for islanding or grid-connected operation.V-f control strategy is used in the islanding operation,while P-Q decoupling double closed-loop control is used in grid-connected operation.Finally,a new control strategy which integrated voltage decoupling control and current hysteresis loop control is presented.The simulation results demonstrate that the model is coordinate to the real MTGS.%微型燃气轮机是目前世界上新能源利用的一个主要方向,特别是在微网中得到了广泛重视,其发电系统控制对于微网并网及孤岛的稳定运行至关重要。
某微型燃气轮机发电机组控制器的设计
某微型燃气轮机发电机组控制器的设计杨秀涛【摘要】针对某微型燃气轮机发电机组控制系统的研制要求,设计了一种用于机组参数监测、启动控制、转速控制、故障检测与停机控制的电子控制器.该控制器以Atmega640为控制核心,并将模糊PID控制策略应用于机组转速控制系统中.通过燃气轮机发电机组实际运行试验表明,该控制器能够对燃气轮机发电机组的进气温度、排气温度、滑油温度、转速等参数进行检测,并实现对该机组的启动控制、转速控制、故障保护、停机控制等功能.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2018(049)010【总页数】5页(P75-79)【关键词】微型燃气轮机发电机组;控制器;模糊PID【作者】杨秀涛【作者单位】贵州航天电器股份有限公司,贵州贵阳 550009【正文语种】中文【中图分类】TM611.240 引言燃气轮机发电机组（以下简称机组）是一种由燃气轮机、发电机和数字控制器等部分组成的发电动力装置，它具有体积小、重量轻、启动快、效率高、可遥控等一系列优点，具有很好的民用需求前景和军事应用价值[1]。
本文涉及的燃气轮机属于某武器系统的地面供电设备，主要为地面发射车、雷达车等设施供电。
控制系统是燃气轮机发电机组的重要组成部分，其主要负责机组状态监测、启动控制、转速控制、故障检测、停机控制等。
控制系统不仅要有逻辑控制，还有复杂的过程控制、各种严格的保护控制等等。
燃气轮机属于结构复杂的产品，整机价格相对昂贵，运行过程中如果发生意外事故，则会造成重大损失[2]。
因此，燃气轮机发电机组控制系统在安全性、可靠性方面要求要高得多。
在一定程度上，控制系统决定了机组运行的经济性、安全性、可用率以及变工况运行的性能等指标。
本文在分析某燃气轮机发电机组工作原理以及运行过程的基础上，对该机组控制器进行了设计与开发。
该控制器用于燃气轮机发电机组在启动和运行过程中监测温度、转速、燃油压力、滑油压力等参数，以实现对燃气轮机发电机组的启动控制、转速控制、故障保护、停机控制等功能。
微型燃气轮机领域专利技术综述
微型燃气轮机领域专利技术综述微型燃气轮机的应用前景广阔，主要用于军用车辆的辅机电站、分布式发电、热电冷联供、车辆混合动力装置等领域，近年来发展迅速。
标签：微型燃气轮机；专利；综述引言燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机，它是继蒸汽轮机和内燃机之后的新一代动力装置[1]。
而微型燃气轮机是一种小型热力发动机，是发电功率在几百千瓦以内的动力装置[2，3]。
李军军[4]、赵巍[5]、苏玲[6]等分别对微型燃气轮机在分布式发电、联合循环、控制策略等领域进行了相关研究。
但是目前对微型/小型化燃气轮机领域的专利分析的研究很少，然而从专利分析角度分析相关行业的专利布局情况，有助于了解该领域目前的研究现状，从而为相关企业、科研机构的技术、产品的研发方向提供参考，因此，专利分析已经是企业战略与竞争分析中的一种非常实用的方法。
因此，本文从微型燃气轮机2010-2016年的专利申请量、本领域的专利权人、所属IPC分类号等数据，来分析国内微型燃气轮机的专利现状，以便为我国微型燃气轮机的主要研究领域和发展方向提供一些参考价值。
1 国内微型燃气轮机领域的专利现状分析1.1 微型燃气轮机的专利申请数量的分析本文通过对2010-2016年的微型燃气轮机领域的专利申请数量进行统计，以便了解近年来国内微型燃气轮机的研发活跃度，如图1所示。
從2010-2016年间的微型燃气轮机的专利申请数量可以看出：2010-2016年，除2014年外，专利申请量处于递增的状态，尤其是在2013年，微型燃气轮机领域的专利申请量的增幅较大，2015-2016年，专利申请量也都有小幅增长。
这表明，近年来微型燃气轮机的研究逐渐成为燃气轮机领域的一个研究热点，其应用前景广阔。
1.2 微型燃气轮机领域的申请人分析本文通过对2007-2017年微型燃气轮机领域专利申请数量较多的申请人进行统计，可以得出微型燃气轮机领域中近年来研发活跃、技术水平较为领先的相关企业和科研机构，如图2所示。
以微型燃气轮机为核心的先进能量系统研究的开题报告
以微型燃气轮机为核心的先进能量系统研究的开题报告一、研究背景随着人类经济和社会的发展，对能源的需求越来越大，同时环境保护和可持续性发展的要求也越来越高。
传统能源消耗过大、污染严重成为全球亟待解决的问题。
因此，如何利用先进的能量系统提高新能源利用水平和能源利用效率，成为了当前的研究热点之一。
微型燃气轮机作为一种新型的能量系统，具有高效、环保、灵活等优点，因其具有小型化、高密度、无污染等特点，被广泛应用于航空航天、机车车辆、医疗、建筑等领域，已经成为工业领域中最为先进和灵活多变的能源设备之一。
二、研究目的本研究旨在利用微型燃气轮机为核心的先进能量系统，通过对各种先进技术的探索和研究，以实现高效、低污染、可持续的能源利用。
具体的研究目标包括：1. 对微型燃气轮机的机理和性能进行深入研究，以提高其性能和稳定性。
2. 开发和研究微型燃气轮机系统的控制策略，以优化其运行效率和能量利用率。
3. 利用先进材料研究微型燃气轮机的热机性能和耐久性，以提高其寿命和稳定性。
4. 在微型燃气轮机的基础之上，探索不同的新能源应用场景，并进行实验验证和应用研究。
三、研究内容本研究将基于微型燃气轮机为核心的先进能量系统，围绕机理和性能、控制策略、材料应用和新能源应用等方面开展研究，具体的内容包括：1. 微型燃气轮机的机理和性能研究。
（1）应用数值计算和实验手段研究微型燃气轮机的流场特性和燃气转速特性。
（2）采用热力学修正方法研究微型燃气轮机对于不同燃气燃料的适应性和性能表现。
2. 微型燃气轮机系统的控制策略研究（1）提出基于PID控制的微型燃气轮机系统控制策略，并实现数字化控制。
（2）研究控制策略对微型燃气轮机系统控制精度和效率的影响。
3. 微型燃气轮机的材料应用研究（1）研究高温合金材料在微型燃气轮机中的应用，优化燃气转速和寿命。
（2）研究微型燃气轮机中纳米涂层的应用，提高耐磨性和耐腐蚀性。
4. 新能源应用场景探索和验证（1）探索微型燃气轮机在新能源领域如太阳能、风能等的应用场景和优化控制策略。
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高电压技术 第36卷第2期2010年2月28日H igh Voltage Engin eering,Vol.36,No.2,Feb.28,2010微型燃气轮机微网控制策略苏 玲,张建华,苗唯时,杨 琦,刘若溪(华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206)摘 要:为实现微型燃气轮机/以热定电0的特点,在联网运行时对每台燃气轮机采用P V 控制。
为实现微型燃气轮机的即插即用,孤岛运行时采用基于P/f 和Q /V 下垂特性的对等控制,在负荷变化时仅利用各台微型燃气轮机本地信息进行协调控制分配负荷,并满足负荷对电压和频率的要求。
为了保证直流侧储能设备的运行安全,在有功下垂控制中,增加了功率输出限制环节。
通过对微网孤岛运行模式和联网运行模式之间切换、孤岛模式下增减负荷达到燃气轮机出力极限的仿真和分析,证明了燃气轮机微网在联网与孤岛运行方式下控制方法的可行性和限制功率输出环节的有效性。
关键词:微型燃气轮机;微网;联网运行;孤岛运行;PV 控制;下垂控制;有功限制中图分类号:T M 76;T M 727.2文献标志码:A文章编号:1003-6520(2010)02-0513-06基金资助项目:国家高技术研究发展计划(863计划)(2008A A05Z216;2007AA05Z249)。
Project Supported by Nation al High -tech Res earch and Develop -m entProg ramofCh ina(863Pr ogram)(2008AA05Z216,2007AA05Z249).Control Strategy of Microturbine MicrogridSU Ling,ZH ANG Jian -hua,M iao We-i shi,YANG Qi,LIU Ruo -x i(School of Electrical and Electronic Engineering,North China Electric Power University,Beijing 102206,China)Abstract:W hen gr id -co nnected,ever y micro turbine adopts P/V contr ol method based on the character istics o f deter -mining po wer by heat.T o facilitate micro tur bine plug ing and pla ying,ever y micro turbine adopts peer co nt ro l based on P/f and Q /V droo p characterist ics w hen the micr og rid islands,w hich can assign lo ad pow er only based on the lo -cal measurements and maintain vo ltag e and frequency at requir ed range.T he minimum and max imum output lim its are enfo rced by adding funct ion in P /f droo p contro l fo r the safety of energ y stor age.T he micro gr id o per atio n var ia -tions betw een g rid -connected and islanding,t he load changes and even one m icrotur bine output reaching the limit in islanding mode are analy zed.T he simulat ion results sho w the contro l method and the pow er output limiter validity.Key words:m icrot ur bine;micro gr id;g rid -connected o per atio n;islanding operation;PV contro l;dr oop contro l;ac -tive pow er limiter0 引言近年来由于分布式电源(distributed genera -tion,DG)技术以其独有的环保性和经济性引起人们越来越多的关注[1-3]。
微网中分布式电源有:微型燃气轮机、燃料电池、光伏发电、风力发电、内燃机和各种储能装置等[4-7]。
而其中微型燃气轮机可以通过发电余热的利用,实现冷、热、电联供,提高一次能源的利用效率。
若能根据冷热负荷的位置,布置微型燃气轮机,可减少管道的铺设费用,减少热量的损失,提高经济效益。
控制是实现上述燃气轮机微网众多优越性的关键技术之一。
文[8-10]提出的主从控制策略,严重依赖参考电压源逆变器(v oltag e source inv erter,VSI),参考VSI 故障可能导致微网崩溃,而且需要通信设备保证系统的基本运行,增加了投资和故障可能。
文[11]的微网综合控制方法,没有考虑孤岛运行情况下,负荷变化达到微源出力极限时,如果自动控制限制出力来保护储能设备。
本文考虑为实现微型燃气轮机的即插即用,采用了基于下垂特性的对等控制,即接入或去掉某个微源不会对其它的微源产生影响。
仅利用微型燃气轮机本地信息实现协调控制负荷均分,满足负荷的电压和频率要求。
并在有功下垂控制中增加输出限制环节,保证微型燃气轮机直流侧储能设备的安全。
本文的内容是基于国家863计划/北方地区MW 级分布式冷热电联供系统集成技术与示范工程0子项目)))微电网的运行、控制和保护技术的研究。
1 微型燃气轮机发电系统及并网微型燃气轮机发电系统产生的高频交流电,需通过整流逆变后才能并网运行,系统结构如图1所示。
其中:e 和U inv 分别为母线电压和逆变器出口电压;E 、H 为母线电压的幅值及相角;U 和D U 为输入逆变器参考电压的幅值和相角;P 、Q 分别为微型燃513气轮机输出有、无功功率;i为微型燃气轮机出口电流;L f、C f为滤波电感、电容;L c为耦合电容。
由于微型燃气轮机响应速度慢且电力电子器件本身未储存能量[12],为了实现微网从并网运行向孤岛运行切换时的快速功率平衡,提高微网的动态响应速度,同时考虑各燃气轮机的对等性,本文在每台燃气轮机发电系统的直流侧装设了储能设备。
并网逆变器采用基于脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的电流控制电压源逆变器。
2微型燃气轮机微网结构微型燃气轮机接入主配网,会对主配网的电压、潮流、保护等产生深刻的影响[13-16]。
为了减小这种影响,正常情况下微网通过公共连接点与主配网联接并列运行,当主配网发生故障或电能质量不能满足IEEE1547标准时,微网迅速与主配网断开联接孤岛运行,独立向其内部重要负荷供电,提高供电的可靠性和满足敏感性负荷的电能质量要求。
本项目采用2台微型燃气轮机,DG1的功率为1.35M W,DG2的功率为1.835M W,出口电压均为10.5kV。
10kV线路参数为:R=0.3258/km, X=0.2738/km。
在考虑安全可靠的前提下,综合经济效益分析,选择单母线接线方案,结构图如图2所示,其中的负荷数据如表1。
3微网控制策略为了实现微型燃气轮机/以热定电0的特点,在联网运行2台燃气轮机均采用PV控制方法,即控制有功输出和电压恒定。
孤岛运行时,失去了主配网的功率交换与参考频率和电压,需要对每台微型燃气轮机进行有效的协调控制,本文采用基于P/f (active pow er/fr equency)和Q/V(reactiv e pow er/ voltage)下垂特性的对等控制方法,逆变器控制策略如图3所示,图中P0为DG在额定角频率X0时的有功输出,E req为外部电压幅值,E0为所需逆变器出口电压幅值。
3.1PV控制在并网运行时,逆变器控制有功输出和局部电压幅值为指定值P ref和U ref,实现过程如图4。
P与U的测量值与指定参考值比较,误差部分经过比例积分(PI)环节输出逆变器参考电压的幅值M与相角H。
3.2P/f下垂控制微网并网运行时,与主配网有功率交换。
当微网孤岛运行时,微型燃气轮机必须通过逆变器控制重新分配出力,使之与负荷的需求相当。
根据图1图1微型燃气轮机发电系统及控制Fig.1Microturbine generation system and control图2微型燃气轮机微网结构图Fig.2Microturbine based microgrid architecture图3微型燃气轮机逆变器控制实现Fig.3Microturbine inverter control表1微网负荷Tab.1Load of microgrid负荷有功需求/M W无功需求/M VAL10.4550.72L20.550L30.950.1L40.360.1L50.450.2的逆变器接口电路,可得微型燃气轮机输出有功P514高电压技术2010,36(2)由式(1)计算[14]P=3U inv E2Xsin D p。
(1)式中,X为逆变器的端口滤波器L f、C f和滤波电感L c的等效电抗值;D p为U inv与E之间的夹角。
可见逆变器输出的有功主要决定于功率角D p。
然而由于其它燃气轮机电压初始相角未知,而频率的控制动态控制了功角和有功[15],所以下垂控制中用频率X代替功角D p来控制有功输出。
功率频率下垂曲线如图5所示。
联网运行时,在额定频率X0,汽轮机DG1与DG2的出力分别为P01与P02。
当孤岛运行时,根据微网之前对主配网的功率交换是输入或输出,频率降低或升高,导致电源之间的功角发生变化,重新分配每台燃气轮机的出力,达到与负荷需求的相当,此时微网频率X经过朝较低的同一值变化稳定为式(2)中值,有功下垂增益m P的计算如式(3),即X=X0-m P(P0i-P i);(2)m P=-X0-X minP max。
(3)式中,P0i为DG i在额定频率X0时的有功出力;X min 为最小允许频率;P max为DG的最大额定功率。
考虑到微型燃气轮机动态响应速度慢可能会引起电压和频率偏差。
为了保证功率响应的快速性,在每台微型燃气轮机直流侧加装储能设备[16]。
当负荷增加时,燃气轮机在逆变器控制下增加有功输出,其中第i台达到最大额定输出P i max。