微电网运行与控制
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
12/4/2019 16
双馈异步风力发电系统
双馈异步发电机是一种绕线转子异步发电机 功率等级通常在几百千瓦至几兆瓦之间 定子只能将风力机功率传输给电网，流动是单向的 转子回路中，功率流动是双向的 转子传送的最大功率大约为定子额定功率的30%
12/4/2019 17
双馈异步风力发电系统
微电网运行与 控制
2014-2015学年 第一学期
12/4/2019 1
微电网运行与控制
第一章 微电网概述 第二章 微电网组成元件 第三章 微电网基本控制方法 第四章 微电网多代理优化控制方法 第五章 微电网保护
12/4/2019 2
12/4/2019 3
第二章、微电网组成元件
2.1 开关器件 2.2 分布式电源 2.3 储能单元 2.4 电力电子接口电路
12/4/2019 18
双馈异步风力发电系统
运行状态： 亚同步运行：n<n1,转差频率������2 为正，转子电流产生的旋转 磁场与转子旋转方向同向
超同步运行：n>n1,转差频率f2为负，转子电流产生的旋转 磁场与转子旋转方向相反
同步运行：n=n1, ������2 =0，转子绕组的电流为直流电
12/4/2019 10
2.2 分布式电源
风力发电系统
风力发电系统组成框图
12/4/2019 11
2.2 分布式电源
风力发电剖面图
12/4/2019 12
2.2 分布式电源
风力发电种类： 根据风轮机分类:
风力发电
(1)水平轴风力发电机组 (2)垂直轴风力发电机组
根据发电机分类: (1)异步型 鼠笼异步发电机(逐步淘汰) 双馈异步发电机
12/4/2019 6
2.1 开关器件
• PCC : (point of common coupling) • 作用：
在故障或扰动时，有能力自动把微电网隔离出来，故障清除后，在自动 地重新与主网相连。PCC安装在用户低压母线上。其规划设计非常重 要，应确保有能力测量静态开关两侧的电压和频率以及通过开关的电 流，通过测量，静态开关可以检测到电能质量问题，以及内部和外部 故障。当同步性标准可以接受时，使微电网和主网联接。
12/4/2019 28
太阳电池
2.2 分布式电源
光伏发电系统
DC 负载
控制器
DC/AC 逆变器
AC 负载
蓄电池
12/4/2019 29
太阳电池
方阵接线箱
直流配电
逆变器
数据采集、显示和通信
交流配电
太阳能电池
光生伏打效应
12/4/2019 31
太阳能电池
单体
组件
方阵
光生伏打效应
12/4/2019 32
太阳能电池模型
12/4/2019 33
太阳电池的I-V特性及功率曲线
I: 电流 Isc: 短路电流 Im: 最大工作电流 V: 电压 Voc: 开路电压 Vm: 最大工作电压
标准条件： AM=1.5 Q’=1000W/m2 T=25C
光强 I
温度
12/4/2019 19
双馈异步风力发电系统
12/4/2019 20
双馈异步风力发电系统
12/4/2019 21
双馈异步风力发电系统
风力机输出功率特性
12/4/2019 22
通过调节转差评率来控制双馈异步发电机转速，采用最大 功率点跟踪控制算法来获得最大风能
12/4/2019 23
VSCF风力发电 系统运行区域
通常采用固态继电器（Solid State Relay ，SSR）
固态电子组件组成的新型无触点开关，利用电子组件（如开关三极管、 双向可控硅等半导体组件）的开关特性，达到无触点、无火花、而能 接通和断开电路的目的
12/4/2019 7
固态开关
2.1 开关器件
12/4/2019 8
第二章、微电网组成元件
12/4/2019 4
2.1 开关器件
1、开关 分成两类：断路器，静态开关
断路器：切除线路或微电源（过流/欠压 保护） 静态开关：PCC节点开关
12/4/2019 5
2.1 开关器件
低压断路器：低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称断路器。它是 一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。
(2)同步型 电励磁同步发电机(逐步淘汰) 永磁同步发电机
根据传动机构分类: (1)齿轮箱升速型（连接低速风轮机和高速发动机） (2) 直驱型
12/4/2019 13
12/4/2019 14
12/4/2019 15
双馈异步风力发电系统(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)
转速控制
转速控制
功率控制
12/4/2019 24
DFIG的磁场定向控制策略
12/4/2019 25
永磁同步风力发电系统 permanent magnet synchronous generator
永磁直驱风力发电系统
12/4/2019 26
永磁直驱风力发电控制系统
12/4/2019 27
永磁同步风力发电系统
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
并网控 制区域
最大风能 追踪区域
转速限 制区域
功率限 制区域
风力机变浆矩运 行，控制机组转 速，同时对发电 机进行并网控制
转速控制
风力机定浆矩运行 风力机变浆矩运行
控制机组转速以追踪 ，控制机组转速为 最大风能，风能系数 最高转速，防止转
保持为最佳值, 恒定 速越限。
，
风力机变浆矩运行， 控制机组功率为最大 功率，防止功率越限 。
永磁发电机具有最高的运行效率； 永磁发电机的励磁不可调，导致其感应电动势随转速和负
载变化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC变换， 可维持直流母线电压基本恒定，同时可控制发电机电磁转 矩以调节风轮转速； 在电网侧采用PWM逆变器输出恒定频率和电压的三相交 流电，对电网波动的适应性好； 永磁发电机和全容量全控变流器成本高； 永磁发电机存在定位转矩，给机组起动造成困难
2.1 开关器件 2.2 分布式电源 2.3 储能单元 2.4 电力电子接口电路
12/4/2019 9
2.2 分布式电源
• 定义： 通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦（也有的建议限制 在30～50兆瓦以下）的小型模块化、分散式、布置在用 户附近的高效、可靠的发电单元。
种类：光伏发电；风力发电；微型燃气轮机；燃料电池；生 物质发电；海洋能发电；地热发电；小型柴油发电机；微 型水利发电机
双馈异步风力发电系统
双馈异步发电机是一种绕线转子异步发电机 功率等级通常在几百千瓦至几兆瓦之间 定子只能将风力机功率传输给电网，流动是单向的 转子回路中，功率流动是双向的 转子传送的最大功率大约为定子额定功率的30%
12/4/2019 17
双馈异步风力发电系统
微电网运行与 控制
2014-2015学年 第一学期
12/4/2019 1
微电网运行与控制
第一章 微电网概述 第二章 微电网组成元件 第三章 微电网基本控制方法 第四章 微电网多代理优化控制方法 第五章 微电网保护
12/4/2019 2
12/4/2019 3
第二章、微电网组成元件
2.1 开关器件 2.2 分布式电源 2.3 储能单元 2.4 电力电子接口电路
12/4/2019 18
双馈异步风力发电系统
运行状态： 亚同步运行：n<n1,转差频率������2 为正，转子电流产生的旋转 磁场与转子旋转方向同向
超同步运行：n>n1,转差频率f2为负，转子电流产生的旋转 磁场与转子旋转方向相反
同步运行：n=n1, ������2 =0，转子绕组的电流为直流电
12/4/2019 10
2.2 分布式电源
风力发电系统
风力发电系统组成框图
12/4/2019 11
2.2 分布式电源
风力发电剖面图
12/4/2019 12
2.2 分布式电源
风力发电种类： 根据风轮机分类:
风力发电
(1)水平轴风力发电机组 (2)垂直轴风力发电机组
根据发电机分类: (1)异步型 鼠笼异步发电机(逐步淘汰) 双馈异步发电机
12/4/2019 6
2.1 开关器件
• PCC : (point of common coupling) • 作用：
在故障或扰动时，有能力自动把微电网隔离出来，故障清除后，在自动 地重新与主网相连。PCC安装在用户低压母线上。其规划设计非常重 要，应确保有能力测量静态开关两侧的电压和频率以及通过开关的电 流，通过测量，静态开关可以检测到电能质量问题，以及内部和外部 故障。当同步性标准可以接受时，使微电网和主网联接。
12/4/2019 28
太阳电池
2.2 分布式电源
光伏发电系统
DC 负载
控制器
DC/AC 逆变器
AC 负载
蓄电池
12/4/2019 29
太阳电池
方阵接线箱
直流配电
逆变器
数据采集、显示和通信
交流配电
太阳能电池
光生伏打效应
12/4/2019 31
太阳能电池
单体
组件
方阵
光生伏打效应
12/4/2019 32
太阳能电池模型
12/4/2019 33
太阳电池的I-V特性及功率曲线
I: 电流 Isc: 短路电流 Im: 最大工作电流 V: 电压 Voc: 开路电压 Vm: 最大工作电压
标准条件： AM=1.5 Q’=1000W/m2 T=25C
光强 I
温度
12/4/2019 19
双馈异步风力发电系统
12/4/2019 20
双馈异步风力发电系统
12/4/2019 21
双馈异步风力发电系统
风力机输出功率特性
12/4/2019 22
通过调节转差评率来控制双馈异步发电机转速，采用最大 功率点跟踪控制算法来获得最大风能
12/4/2019 23
VSCF风力发电 系统运行区域
通常采用固态继电器（Solid State Relay ，SSR）
固态电子组件组成的新型无触点开关，利用电子组件（如开关三极管、 双向可控硅等半导体组件）的开关特性，达到无触点、无火花、而能 接通和断开电路的目的
12/4/2019 7
固态开关
2.1 开关器件
12/4/2019 8
第二章、微电网组成元件
12/4/2019 4
2.1 开关器件
1、开关 分成两类：断路器，静态开关
断路器：切除线路或微电源（过流/欠压 保护） 静态开关：PCC节点开关
12/4/2019 5
2.1 开关器件
低压断路器：低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称断路器。它是 一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。
(2)同步型 电励磁同步发电机(逐步淘汰) 永磁同步发电机
根据传动机构分类: (1)齿轮箱升速型（连接低速风轮机和高速发动机） (2) 直驱型
12/4/2019 13
12/4/2019 14
12/4/2019 15
双馈异步风力发电系统(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)
转速控制
转速控制
功率控制
12/4/2019 24
DFIG的磁场定向控制策略
12/4/2019 25
永磁同步风力发电系统 permanent magnet synchronous generator
永磁直驱风力发电系统
12/4/2019 26
永磁直驱风力发电控制系统
12/4/2019 27
永磁同步风力发电系统
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
并网控 制区域
最大风能 追踪区域
转速限 制区域
功率限 制区域
风力机变浆矩运 行，控制机组转 速，同时对发电 机进行并网控制
转速控制
风力机定浆矩运行 风力机变浆矩运行
控制机组转速以追踪 ，控制机组转速为 最大风能，风能系数 最高转速，防止转
保持为最佳值, 恒定 速越限。
，
风力机变浆矩运行， 控制机组功率为最大 功率，防止功率越限 。
永磁发电机具有最高的运行效率； 永磁发电机的励磁不可调，导致其感应电动势随转速和负
载变化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC变换， 可维持直流母线电压基本恒定，同时可控制发电机电磁转 矩以调节风轮转速； 在电网侧采用PWM逆变器输出恒定频率和电压的三相交 流电，对电网波动的适应性好； 永磁发电机和全容量全控变流器成本高； 永磁发电机存在定位转矩，给机组起动造成困难
2.1 开关器件 2.2 分布式电源 2.3 储能单元 2.4 电力电子接口电路
12/4/2019 9
2.2 分布式电源
• 定义： 通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦（也有的建议限制 在30～50兆瓦以下）的小型模块化、分散式、布置在用 户附近的高效、可靠的发电单元。
种类：光伏发电；风力发电；微型燃气轮机；燃料电池；生 物质发电；海洋能发电；地热发电；小型柴油发电机；微 型水利发电机