微电网下垂控制及新型微网的研究

电力系统主要以集中发电、远距离输电的大型互联网络系统为主。但近年来随着用电负荷增加规模扩大,电力系统的运行难度大、损耗大、成本高的缺点越来越明显，同时也难以满足越来越高的安全和稳定性要求以及多样化的供电需求。而微电网的独立性、灵活性、交互性和经济性规避大电网所带来的不足。而微电网控制是微电网关键技术之一，是保证微电网功能实现的必要前提。在控制策略中，下垂控制具有灵活、可靠性高等优点。本文针对微电网下垂控制进行了研究，分析下垂控制原理以及其控制的过程，并通过仿真得到微电网孤岛运行模式的运行特性和微电网频率、电压的调节措施。初步探索了新型微电网ESM的基本概念、结构、组成和优缺点。主要研究内容有如下：(1)介绍了微电网在世界各国的研究动态，以及我国对微电网的研究和发展微电网的重要意义。简要说明了微电网的基本结构及组成构件，并列出了在研究微电网时的关键技术及发展现状。(2)分析微电源在不同运行模式下的几种控制方法，并网模式下的P/Q控制和孤岛模式下的U/f控制及下垂控制，构建其控制结构图并进行分析。而后从微电网的层面列举出了微电网的几种主要的控制策略，有对等控制、主从控制、基于多代理技术控制和基于功率管理系统的控制策略，前两种依照结构图进行分析，后两种对其进行了简要原理分析。(3)通过举例推导分析下垂控制的原理和P/f下垂特性及Q/U下垂特性的公式和曲线，同时对改变功率下垂特性进行推导，对改变有功P/f下垂特性和改变无功Q/U下垂特性得出最后的结论。(4)研究微电网采用对等控制及微电源逆变器采用下垂控制的原理图，并说明了控制图中各部分的作用。建立微电网孤岛运行小信号模型，考虑模型中网络、负荷和逆变器的状态空间特性。以一由三个节点、三个负荷、两个微电源组成的微电网为例，其在孤网运行的模式和下，通过MATLAB/SIMULINK环境中仿真分析，同时对微电网的特征值进行分析，得出以下结论：负荷或电源的增加或减少可以影响频率和电压的变化，但利用逆变器的无功设置参数和有功设置参数来调节负荷的功率分配实现无差调整；有功和无功下垂系数对微电网稳定性的影响较大；电气距离与扰动点远的微电源在暂态过程中有更少的不平衡功率承担；利用微电源输出功率的调节来实现负荷和微电源（DG）的“即插即用”。(5)初步探索能源保证型微网（Energy Surety Microgrid）的作用、研究方向及提出的目的，该新型电网能实现五个保证要素：能源的安全性，可靠性，可持续性，系统安全和经济性。弥补了当前只能实现其要素之中个别作用的不足。对其系统模型提出了初步的假设，在理论上进行了阐述分析，对其基本组件和组件的作用提出了设想，最后考虑了ESM所要面临的一些挑战及急需解决的下步问题。