微电网建模及并网控制仿真
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・
分布 式电源 ・
低压 电器 （０２ ． ） ２ １Ｎｏ８
微 电 网 建 模 及 并 网控 制 仿 真
李 明慧 李 国庆 ’ 王 鹤 白杨森 张 ， ， ， ，
（ ．东北 电力 大学 ， １ 吉林 吉林 ３ 华北 水利 水 电学 院 ， 南 郑 州 ． 河
摘
洋。
１２ １ ３ ０ ２；
运行分析 。 关 键 词 ： 电 网 ； 太 阳 能 电 池 ； 伏 逆 变器 ；电池 储 能 系统 ；最 优 控 制 微 硅 光 中 图分 类 号 ： Ｍ ６ ９ 文 献 标 志码 ： Ｔ １ Ｂ 文章 编 号 ： ０ １５ ３ （０ ２ ０ － ２ －５ １０ — １ ２ １ ）８０ ７０ ５ ０
规划 运行 、 稳定 性分 析 、 制保 护等各 项技术 研究 控 的基 础 。 目前 的仿 真工 具 缺 乏微 电 网模 型 ， 且微
析表达 式 ， 能较好 地 描 述 太 阳能 电池 一 般 工 作 状 态下 的 ， ． 性， 特 已被 广 泛 应 用 于 太 阳能 电 池 的 理论分 析 中 。在 特 定 的太 阳光 强 和 温 度 下 ， 应 对 的 ， 和 Ｐ 特性 如 图 ２ 所 示 。其 中 ， 为 － — ’ ， 短路 电流 ， 。 Ｕ 为开 路 电压 ， Ⅲ为最 大 功 率 点 电 ， 流， 为最 大功 率 点 电压 ， 为 最 大 功 率 。在 Ｐ 左侧 为近 似恒 流源段 ， 右侧 为近 似恒 压源 段 。
２ 郑 州新 力 电力有 限公 司 ， 南 开封 ． 河
４０８ ； ５ ０ １
４０ １ ） ５ ０ １
要： 针对现有仿真工具难 以准确仿 真微 电网及含 微 电网配 电网的现状 ， 研究
李 明 慧 （ ９ ９ ） １８ 一 ， 女 ， 士研究 生 ， 硕 研 究 方 向 为 微 电 网 运 行 和控 制 。
ｃ ｎｔｏ ｈ ｗ ｈａ ｈｅｂｕｌ ｏ ｅ ａ ｉ ｕａ ｅｔ ｅ ｍｉ ｒ 一 ｄ ｐａ ａｌｌｎ ｄｅａ ｃ ｒ ｔｌ ｏ ｒ ｌｓ ｏ ｔ ｔｔ ｉｔｍ ｄ ｌｃ ｎ ｓｍ ｌｔ ｈ ｃ ｏ ｒｌｅ ｉｇ ｍｏ ｃ ｕ ａ ｅｙ，ａ ｄ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ｉ ｒ ｃ ｎ ａ ｅ ｕ ｅ ｎ ｐ ａ — ｔｃ ｃｏ—ｒｄ ｐａ ａｌｌｎ ｐｅ ａｉｎ ａ ａｙ ｉ． ｉａ ｍｉｒ ｇ ｒｌｅ ｉｇ ｏ ｒ ｔ ｌ ｉ ｏ ｎ ｌｓｓ Ｋｅ ｗｏｒ ｓ：ｍ ｉｒ ｇ ｉ ；ｓｌｃ ｙ ｄ ｃ ｏ－ ｒｄ ｉｉｏｎ ｏｌ ｅｌ ｓ ａｒ ｃ ｌ ；ｐｈｏ ｏ ｌａｉ ｎｖ ｒ ｅ ｔ ｖｏ ｔ ｃ ｉ ｅ ｔ ｒ；ｂａ ｔ ｒ ｎ ｇ ｓｏｒ ｇ ｙ ｔｍ ；ｏｐｔ－ ｔｅ ｙ ｅ ｅｒ ｙ－ｔ ａ ｅ ｓ ｓ ｅ ｉ
ｍ ｕ ｏ ｒ ｌ ｍ ｃ ｎｔ ｏ
ｏ引言
微 电 网是 一 种 由微 型 电 源 和 负 载 组 成 的 系
王
蓍 ：
妻
、ｒ 风ａ Ｇ发 ｅ－ 力 ｎ ｅ
２ — ７
ｔｎ Ｄ 。微 电 网从 系统 出发 ， 发 电机 、 载 、 ｉ ， Ｇ） ｏ 将 负
李国庆（ ９ ３ ）男 ， １６ 一 ， 教授 ， 研究方 向为 电力系统安全稳定和控制。
（ ．Ｎ ｒ ｅｓ Ｄａ ｌ Ｕ ｉｅｓｙ Ｊｉ ３ ０ ２， ｈｎ ； ．Ｚ ｅ ｇｈ ｕＸｎｉ ｏ ｅ ｏ ｐ ｎ １ ｏｔ ａｔ ｉｎｉ ｎｖｒｉ ， ｉｎ１ ２ １ Ｃ ｉａ ２ ｈ ｎｚｏ ｉ ｗ ｒ ｍ ａ ｙ ｈ ｔ ｌ ｌＰ Ｃ
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了微 电网的建模技 术。基于 Ｄｇｉｎ 仿 真平台建立 了适用 于潮 流分析 、 ｉ ｌｔ ｓｅ 动态仿 真的光 伏发 电系统模 型 ， 包括光伏 电池组件 的 ， ＿ 特性模型 、 光伏 逆变器控制模型 和电池储能 系统模 型。在 验证 模型准确性的基础上 ， 使用 电力系 统分析 软件 Ｄｇｉ ｎ 对微 电 网并 ｉｓｅｔ ｌ 网运行控 制的恒功率输入／ 出控制 、 输 变功率输 Ａ／ 出控 制和 最优功率 控制三 种模式 输 进行仿真 。在 光伏 输出变化和负载变化 的情况 下 ， 对馈 线有功 功率控制 的仿真 结果表 明， 所建 的微 电网模型可准确模 拟微 电网并 网控制模式 ， 可用 于实 际微 电网系统 的并 网
电网 内部 含有 大量 电力 电子装 置 ， 真 工 具 难 以 仿 准 确仿真 微 电 网及 含 微 电 网 的 配 电 网 Ｊ 。本 文 对微 电网进行 建模 ， 包含 光 伏 发 电系统 和 电池储
能 系统两 部分 。在验 证模 型准确 性 的基础 上 ，
对 微 电网并 网运行 控制 的三种模 式进 行 了仿 真 。
２ 太 阳 能 电 池 Ｉｕ 和 Ｐ ｕ 特 性 － —
本文 基 于 Ｄｇｉｎ 仿 真平 台 的受控直 流 电流 ｉ ｌｔ ｓｅ 源， 建立 任意 光强 和 温 度下 的硅 太 阳能 电池 的数 学模 型 。为验 证 模 型 的准 确 性 ， 例 仿 真结 果 应 算
与图 ２的 电池参 数 一致 。取 日照度 １０ ０Ｗ／ ０ ｍ ， 组 件温度 ２ ５℃ ， 利用 Ｄ ｇｉ ｎ／ ｏ ｅＦ ｃ ｒ 真 ｉ ｌ ｔＰ ｗ ｒａｔ ｙ仿 ｓｅ ｏ 工 具 中的受 控 电 流源 元 件 ， 制 光 伏 电 池 的 ， 绘 ．
实际 数 据 （ 佳 工 作 电压 ３ 最 佳 工 作 电 流 最 ６ Ｖ，
）Ｄ ， ｌ
图 １ 太 阳 能 电 池 等 效 电路
５Ａ， 峰值 功率 １０Ｗｐ 一致 。 ８ ）
由图 １可知 电流 、 电压参 考方 向 ， 出太 阳能 得
电池非 线性 ， 特 性方程 为 ＿
鹤 （９ ３ ） 男 ， １８ 一 ， 硕士研究生 ， 究方 向为微 电网运行和控制 。 研
一
低 压 电器 （０２ ． ） ２ １Ｎｏ８
・ 布式电源 ・ 分
储能 装置及 控制 装 置 等 结合 ， 形成 一 个 单 一 可控 的单 元 ， 分 布 式 电 源 提 供 了 一 种 新 的 运 行 方 为 式 Ｊ 。其仿 真模 型是 分 析微 电 网暂 态 过程 ０ １ ， ｈｎ ） ｏ ｅ ， ｈｎ ｚｏ ５ ０ Ｃ ｉａ １
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１ 光伏 发 电系统 建模
典 型 的光 伏并 网系 统包 括 光 伏 阵 列 、 变 器 逆
和集成 的控 制 保 护装 置 。本 文 的建 模 工 作 分
为光伏 电池 组件 的 ， 特 性 模 型 、 伏 逆 变 器 控 － 光 制 模型 和 电池储能 系统模 型 三部分 。
１ １ 硅 太 阳能 电池的数 学模 型 ．
硅 太 阳能 电池 属 于半 导体 光 电器 件 ， 阳光 太 直 接辐 射 到太 阳能 电池 而产 生 电。根据 电子 学理 论 ， 阳能 电池 的特性 可 以用一 个 等效 电路 来 进 太
行 描述 ， 图 １ 示 。 如 所
特 性 曲线 ， 图 ３所 示 。 由图 ３可见 ， 真结 果 与 如 仿
・
分布 式电源 ・
低压 电器 （０２ ． ） ２ １Ｎｏ８
微 电 网 建 模 及 并 网控 制 仿 真
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摘
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１２ １ ３ ０ ２；
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２ 郑 州新 力 电力有 限公 司 ， 南 开封 ． 河
４０８ ； ５ ０ １
４０ １ ） ５ ０ １
要： 针对现有仿真工具难 以准确仿 真微 电网及含 微 电网配 电网的现状 ， 研究
李 明 慧 （ ９ ９ ） １８ 一 ， 女 ， 士研究 生 ， 硕 研 究 方 向 为 微 电 网 运 行 和控 制 。
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微 电 网是 一 种 由微 型 电 源 和 负 载 组 成 的 系
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２ — ７
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了微 电网的建模技 术。基于 Ｄｇｉｎ 仿 真平台建立 了适用 于潮 流分析 、 ｉ ｌｔ ｓｅ 动态仿 真的光 伏发 电系统模 型 ， 包括光伏 电池组件 的 ， ＿ 特性模型 、 光伏 逆变器控制模型 和电池储能 系统模 型。在 验证 模型准确性的基础上 ， 使用 电力系 统分析 软件 Ｄｇｉ ｎ 对微 电 网并 ｉｓｅｔ ｌ 网运行控 制的恒功率输入／ 出控制 、 输 变功率输 Ａ／ 出控 制和 最优功率 控制三 种模式 输 进行仿真 。在 光伏 输出变化和负载变化 的情况 下 ， 对馈 线有功 功率控制 的仿真 结果表 明， 所建 的微 电网模型可准确模 拟微 电网并 网控制模式 ， 可用 于实 际微 电网系统 的并 网
电网 内部 含有 大量 电力 电子装 置 ， 真 工 具 难 以 仿 准 确仿真 微 电 网及 含 微 电 网 的 配 电 网 Ｊ 。本 文 对微 电网进行 建模 ， 包含 光 伏 发 电系统 和 电池储
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对 微 电网并 网运行 控制 的三种模 式进 行 了仿 真 。
２ 太 阳 能 电 池 Ｉｕ 和 Ｐ ｕ 特 性 － —
本文 基 于 Ｄｇｉｎ 仿 真平 台 的受控直 流 电流 ｉ ｌｔ ｓｅ 源， 建立 任意 光强 和 温 度下 的硅 太 阳能 电池 的数 学模 型 。为验 证 模 型 的准 确 性 ， 例 仿 真结 果 应 算
与图 ２的 电池参 数 一致 。取 日照度 １０ ０Ｗ／ ０ ｍ ， 组 件温度 ２ ５℃ ， 利用 Ｄ ｇｉ ｎ／ ｏ ｅＦ ｃ ｒ 真 ｉ ｌ ｔＰ ｗ ｒａｔ ｙ仿 ｓｅ ｏ 工 具 中的受 控 电 流源 元 件 ， 制 光 伏 电 池 的 ， 绘 ．
实际 数 据 （ 佳 工 作 电压 ３ 最 佳 工 作 电 流 最 ６ Ｖ，
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图 １ 太 阳 能 电 池 等 效 电路
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由图 １可知 电流 、 电压参 考方 向 ， 出太 阳能 得
电池非 线性 ， 特 性方程 为 ＿
鹤 （９ ３ ） 男 ， １８ 一 ， 硕士研究生 ， 究方 向为微 电网运行和控制 。 研
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低 压 电器 （０２ ． ） ２ １Ｎｏ８
・ 布式电源 ・ 分
储能 装置及 控制 装 置 等 结合 ， 形成 一 个 单 一 可控 的单 元 ， 分 布 式 电 源 提 供 了 一 种 新 的 运 行 方 为 式 Ｊ 。其仿 真模 型是 分 析微 电 网暂 态 过程 ０ １ ， ｈｎ ） ｏ ｅ ， ｈｎ ｚｏ ５ ０ Ｃ ｉａ １
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１ 光伏 发 电系统 建模
典 型 的光 伏并 网系 统包 括 光 伏 阵 列 、 变 器 逆
和集成 的控 制 保 护装 置 。本 文 的建 模 工 作 分
为光伏 电池 组件 的 ， 特 性 模 型 、 伏 逆 变 器 控 － 光 制 模型 和 电池储能 系统模 型 三部分 。
１ １ 硅 太 阳能 电池的数 学模 型 ．
硅 太 阳能 电池 属 于半 导体 光 电器 件 ， 阳光 太 直 接辐 射 到太 阳能 电池 而产 生 电。根据 电子 学理 论 ， 阳能 电池 的特性 可 以用一 个 等效 电路 来 进 太
行 描述 ， 图 １ 示 。 如 所
特 性 曲线 ， 图 ３所 示 。 由图 ３可见 ， 真结 果 与 如 仿