智能电网并网问题探讨

智能电网的并网问题探讨

一、引言

电力系统是维持社会生活与生产的基本保障，然而随着越来越多的大面积停电时间的发生，传统大规模电网的弊端越来越明显。于是，世界各国都开始关注基于可再生能源的分布式发电技术，同时，微电网概念的提出很好的解决了分布式电源过多接入大电网所产生的不利影响。微电网是从系统的角度定义的，它将分布式电源、负荷、储能单元以及控制装置等结合起来，形成一个独立的系统，并且具有并网运行和孤岛运行两种典型的运行方式：正常情况下，微电网通过公共连接点与外部大电网连接运行，有效的解决了分布式电源大规模的接入问题，并为大电网提供支撑。当大电网产生故障，微电网能够快速断开并过渡到孤岛运行，保证了本地重要负荷的不间断供电。本文主要运用Matlab/Simulink软件搭建微电网模型，分析微电网的孤岛运行及并网运行。

二、原理

2.1孤岛运行原理（即下垂控制原理）

Droop控制方法是模拟传统电力系统中同步发电机的下垂特性，通过解耦有功功率、无功功率与电压、频率之间的关系从而进行系统的电压和频率的调节方式。

2.2并网运行原理

对等控制(Peer to Peer Control)

所谓对等控制策略，是指微电网中所有的微电源在控制上都具有同等的地位，各控制器之间不存在从属关系，每个微电源都根据接入系统点的电压和频率的本地信息进行控制，任一微电源的接入或退出运行都不对其它的微电源产生影响，可以实现即插即用，采用对等控制的微电网结构如图所示。对等控制策略根据微电网的控制目标，灵活选择与传统同步发电机相似的下垂特性(Droop Character)作为微电源的控制方式，将系统的不平衡功率动态地分配给各微型电源来承担，实现电压和频率的自动调节，不需要借助于通信，因而可以提高微电网的可靠性并降低成本。

图1.对等控制微电网结构图

图2.结构图

本文利用两台逆变型微电源并联组成了一个简单的对等控制微电网系统，其结构。微电源均采用下垂控制并以直流电源等效，敏感负荷Loadl、Load2为恒功率负荷，分别与DGl、DG2直接相连，公共负荷Load3接在微电网公共交流母线上，微电网通过开关K及变压器接入10kV配电网。

三、仿真结果图

仿真参数设置如下：

微电源DGl：Vdc=800V，Pn=20kW，fn=50Hz，Uo=311V，滤波参数

Rf=0.01Ω,Lf=0.6mH，Cf=1500μF；下垂系数，；PI 参数Kup=5，Kui=100，载波频率fs=6000Hz。

微电源DG2的参数与微电源DGl相同。

线路：380V线路R1=R2=0.6410/km，X1=X2=0.10lQ/km：

10kV线路R3=0.347Q/km，X3=0.2345Q/km。

负荷：P1=20kW，Q1=5kVar；P2=20kW，Q2=5kVar；P3=10kW，Q3=10k Var。

3.1.1 孤岛运行

微电网孤岛运行时，开关K处于断开状态，此时两个微电源负责给各自的本地负荷及公共负荷供电。仿真时间设为1s，0.5s时刻开关K3闭合，投入公共负荷Load3，1s时又将其切除。

3.1.2 结果图

图3.孤岛运行时DG1功率图

图4.孤岛运行时DG2功率图

图5.孤岛运行时母线电压

图6.孤岛运行时频率

3.1.3 结果分析

仿真结果表明，采用下垂控制的微电源符合P—f、Q—u下垂特性，能实现负

载变化时功率的自动分配，并保证微电网的电压和频率在允许的范围之内。

3.2 运行方式的切换

微电网运行方式切换的仿真过程为：1)0s～0.5s，微电网处于并网运行状态0.5s时刻开关K断开，微电网脱离10kV配电网向孤岛运行状态过渡；2)孤岛运行0.5s后即1s时刻，微电网重新与配电网连接并网运行。整个过程中，微电源DGl和DG2始终采用下垂控制。

3.2.1结果图

图7.并网运行时母线电压

图8.并网运行时频率

图9.并网运行时DG功率局部图（DG1与DG2情况一样）

图9.并网运行时DG功率全部图（DG1与DG2情况一样）

3.2.2结果分析

（1）由于两微电源参数设置一样，所以其输出功率波形也一样。

（2）0-0.5s并网运行时，微电网内的负荷从配电网吸收部分有功功率，所以O．5s进入孤岛运行后两个微电源输出的有功功率均增加，以弥补有功缺额，此时系统频率减小，表明Droop控制模型满足p-f下垂特性，而且系统频率减小的幅度小于2％，保证了孤岛微电网的频率稳定。并网运行时微电网向配电网输送部分无功功率，进入孤岛运行后两个微电源输出的无功功率也增大，电压幅值相应地减小(其变化不明显)，因而Droop控制模型满足Q—U下垂特性，保证了从并网切换到孤岛运行时电压的稳定。

四、所存在的问题

1.无功功率的问题

我所看的论文中都说，并入电网后断开，无功功率应减小，而我所仿出来的结果在无功功率上是个反的，是增加的。我的波形说明微电网并入大电网后，接受大电网的无功功率，断开后，恢复到负载的无功功率。

2.稳定问题

功率的波动太大了，接入电网或是断开时，功率的突变特别有害，我的波形中

体现得尤为明显。但是我看其他的论文他们的波形都很平滑。