微电网仿真

1.1

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2

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图1-1 微电网系统仿真模型

馈线1：额定容量为70 kW的燃气轮机一台，阻性负荷为38 kW，感性负荷为18 kV AR。联网时使用P/Q控制，Pref为40 kW，Qref为25 kV AR。孤岛模式下采用U/f控制。在下文中称为微型燃气轮机1。

馈线2：额定容量为20 kW的异步风机一台，阻性负荷为20 kW，带7.32 kV AR 的电容做无功补偿。

馈线3：额定容量为60 kW的燃气轮机一台，阻性负荷为30 kW，感性负荷13 kV AR。联网和孤岛模式下均采用P/Q控制，Pref=30 kW，Qref=15 kV AR。在下文中称为微型燃气轮机2。

馈线4：额定容量为16 kW的光伏电池组一座，阻性负荷为10 kW。联网和

孤岛模式下均采用P/Q控制，Pref随着光照强度变化而改变，Qref设置为0。

馈线5：一般负荷，阻性负荷为14 kW，感性负荷为3 kV AR。

其中，光伏电池组是三个电池串联，采用最大功率跟踪控制策略保证光伏电池利用效率。风力发电机通过无功补偿装置，在恒定风速时刻基本运行在整功率因素。并网运行时，由大电网来对环境变化时微电源的功率余额或缺额进行消纳，平滑微电网母线电压和频率。孤岛运行时，由额定容量为70 kW的微型燃气轮机对微电网进电压和频率调节，支持微电网平稳渡过暂态过程。模型可以实现微电网并网孤岛可调度。由于开关器件的阻抗，波形中功率电压等数值会有微小偏差，不影响仿真结果分析。

1.2联网环境改变对微电网运行特性仿真分析

本节将4个微电源一起并网运行，均采取P/Q控制。研究微电网在并网条件下对各种扰动的响应。

1.2.1联网光照变化时微电网运行特性仿真分析

仿真时间为10 s，仿真步长取0.00005 s。模拟一天中上午十一点至下午两点光照最强时光伏电池特性。假设光照强度在第3 s时增大，由800 W/m2增加至1000 W/m2，在第6 s时光照强度回到800 W/m2。仿真结果如图1-2-图1-6所示。

图1-2 光照强度变化时微电源输出有功功率

图1-3 光照强度变化时微电源输出无功功率

图1-4 光照强度变化时主网输出无功功率

图1-5 光照强度变化时母线电压有效值

图1-6 光照强度变化时系统频率

微型燃气轮机1输出有功经初期小幅波动后稳定在40 kW左右，无功25 kV AR。微型燃气轮机2输出有功经初期小幅波动后稳定在30 kW，无功15 kV AR。风力发电机经第一秒控制模式变换后，稳定在20 kW，无功维持在0 kV AR。光伏电池P/Q控制性能良好，在光照强度为800W/m2时输出有功为11 kW，光照强度变化后，Pref的值随着Vref的改变而改变，输出功率准确追踪了参考值的变化升高至16 kW，无功在光照变化时经微小振荡后稳定在0 kV AR。电网初期向微电网输出11 kW左右的有功，光照强度变化后，输出有功减少为6 kW左右，微电网向电网输送5 kW的无功，基本维持不变。

由于微电网中有两台以永磁同步机为原动机的微型燃气轮机，由于其良好的

无功调节性能，能在一定程度上对电网进行无功补偿。微电源的有功功率均按照给定参考值进行出力。主网在联网模式向微电网输送一定有功进行支持。

可以看出，在联网模式下，电压和频率由大电网支撑，波动非常微小。频率的波动主要是由于风力发电机在并网时刻和模式转换时产生的。电压基本维持不变。有功和无功功率在外界环境条件改变时也会有小幅度的改变，但是微电网与大电网间的整体功率交换平稳，各微电源的P/Q控制取得了很好的效果。

1.2.2联网风速变化时微电网运行特性仿真分析

上一节分析了光照变化对微电网运行的影响。这一节着重于风速变化对于微电网运行的影响，自然条件下的风速是时刻变化的，因此仿真中风能选用随机噪声风，最大限度的模拟现实环境。光照强度维持在1000 W/m2，仿真时间为10 s，仿真步长取0.00005 s。仿真结果如图1-7-图1-12所示。

图1-7 随机风下风速

图1-8 随机风下微电源输出有功功率

图1-9 随机风下微电源输出无功功率

图1-10 随机风下主网输出功率

图1-11 随机风下母线电压有效值

图1-12 随机风下系统频率

观察风速变化与风机出力曲线，风力发电机经第1 s控制模式变换后，有功输出和无功输出都受风速变化影响，风速增大时有功输出增多，风机吸收的无功也增多，风速减小时，有功输出减小，风机吸收的无功也减少。因此有功输出在20kW上下随着风速变化而波动，无功补偿不足以将输出无功始终维持在0，因此风机输出无功在0上下波动。大电网与微电网间的功率交换由于风速变化的影响也时刻变化。由于异步风力发电机自身的控制系统性能较好，风机机端输出功率变化相较于风速变化要平滑得多。由于大电网的支持，微电网母线电压虽然受到了风机馈线电压的影响，仍然较为平稳。微电网系统频率虽然受到风机输出馈线频率的影响，但其波动范围为50±0.02Hz能够满足联网运行要求。

由如图1-7-图1-12可以看出，随机噪声风对微电网的运行影响远比光照强度变化要大。对于系统频率和有效值均有影响，但由于由大电网的支持，维持在允许范围内。且其余各微电源由于大电网的支持，对风速变化并不敏感，均正常运行。

微型燃气轮机1输出有功经初期小幅波动后稳定在40 kW左右，无功25 kV AR。微型燃气轮机2输出有功经初期小幅波动后稳定在30 kW，无功15 kV AR。光伏电池输出有功为16 kW，无功恒定为0。风力发电机经第一秒控制模式变换后，有功输出和无功输出都受风速变化影响，风速增大时有功输出增多，风机吸收的无功也增多，风速减小时，有功输出减小，风机吸收的无功也减少。因此有功输出在20 kW上下随着风速变化而波动，无功补偿不足以将其维持在0，因此无功在0上下波动，稳定在20 kW，无功维持在0 kV AR。电网于微电网间的功率交换由于风速变化的影响也时刻变化。

1.2.3联网风机切除时微电网运行特性仿真分析

当风速变化波动较快时，微电网可以将风机切除，来得到较高水平的电网电压和频率质量。本小节在第5 s时候将风机切除，仿真结果如图1-13-图1-17所示。

图1-13 风机切除时微电源输出有功功率