微电网运行与控制策略研究

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万方数据分类号UDC作者姓名：指导教师：申请学位级别：学科专业名称：论文提交日期：学位授予日期：评阅人：密级学位论文微电网运行与控制策略研究陈利科王智良副教授东北大学信息科学与工程学院硕士学科类别：专业学位电气工程2014年6月论文答辩日期：2014年6月2014年6月答辩委员会主席：王占山王占山张宏宇东北大学2014年6月 万方数据AThesisinElectricalEngineeringResearchonOperationandControlStrategyofMicro--gridByChenLikeSupervisor：AssociateProfessorWangZhiliangNortheasternUniversityJune2014 万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：p夺勺怿十日期：汐f午．f上；学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两气夕学位论文作者签名：降蒜tI磊、导师签名：弓髫孛签字日期：沙坪-6·L)签字目期：2。f午62弓．I． 万方数据东北大学硕士学位论文微电网运行与控制策略研究摘要随着环境污染和能源危机的日益凸显，寻找清洁可再生能源成为全球关注的重点。同时，近年来，由于自然灾害和局部故障导致的区域电网大停电事故也时有发生，暴露了传统电力系统的弊端。为了解决这些问题，分布式发电技术越来越受到各方的关注。分布式发电以清洁可再生能源(如太阳能、风能)为主要的能源供应，分散在用户周围，避免了远距离输电的困难，也可以在传统电网发生故障时独立承担电能用户的需求。但分布式发电并网存在一些问题，为了更好地将分布式电源与传统电网相结合，可将分布式电源与附近的用户组合成一个小型电力系统，这就是微电网的由来。微电网的出现，可以促进可再生能源的进一步推广，也大大增强了传统电网的供电可靠性。逆变器是分布式电源与电网的接口，因此对逆变器的控制是微电网研究中的重点内容。目前，常见的控制方法有恒功率控制(PQ控制)，恒压恒频控制(Vff控制)以及下垂控制(Droop控制)。本文对三种控制方法的原理和参数设计进行了深入的介绍。微电网是集中了多种分布式电源的复杂系统，仅靠对单一逆变器的控制无法达成控制整个微电网的目的。因此在PQ控制、V／f控制和Droop控制的基础上，还需要建立微电网层面的整体控制策略。目前，研究较为深入的微电网整体控制策略包括主从控制和对等控制等。本文介绍了主从控制和对等控制的原理，并以PQ控制、V／f控制和Droop控制的模型为基础，在MATLAB／Simulink中建立仿真模型对主从控制和对等控制的可行性进行了验证，同时根据仿真结果，总结出两种策略的一些不足。为了克服这些不足，本文提出了一些改迸方法，并将这些改进方法加以结合。最后，在MATLAB／Simulink中建立模型验证了改进方法以及将改进方法相结合的综合控制策略的可行性。由于微电网实验系统的建立较为复杂且成本高昂，目前，仿真依然是深入研究微电网的重要手段之一，因此，本文所建立的模型是具有现实意义的。关键词：分布式发电，微电网，逆变器，控制策略．．III．． 万方数据东北大学硕士学位论文AbstractAstheenvironmentalpollutionandenergycrisishavebecomeincreasinglyprominent，itisbecomingthefocusofglobalattentiontolookingforcleanandrenewableenergy．Meanwhile，large-areapoweroutagesoccurfrequentlyinrecentyearsduetonaturaldisastersandpartialfailure，SOthatthevulnerabilityoftraditionalgridhasbeenfullyexposed．Tosolvetheseproblems，thetechnologyofdistributedgeneration(DG)hascaughtmoreandmoreattention．Distributedgenerationwithcleanandrenewableenergy(suchassolarenergyandwindenergy)asthemainsourcesupply，scattersaroundtheusers．Itavoidsthedifficultiesoflong-distancetransmissionanditcallindependentlybeartheneedsoftheuserswhenthetraditional鲥dgetsoutoforder．Combiningdistributedsourcesandloadsintoasmall-sized酣disgoodforthecombinationofdistributedSOUrCeSandthetraditional鲥d．ThisistheoriginofMicro一鲥d．TheemergenceofMicro-鲥dCanmakecontributiontothepromotionoftherenewableenergyandalsoimprovethepowersupplyreliabilityoftraditional西d．Astheinverteristheinterfaceofdistributedsourceandgrid，howtocontroltheinvertersisakeyproblemofMicro-gridresearch．NowthemaincontrolstrategiesconsistofPQcontrol，V／fcontrolandDroopcontr01．Thetheoriesofthesetypicalcontrolstrategiesareanalyzeddeeplyandtheselectionofmodelparametersarestudiedinthisthesis．AsMicro-面disacomplexsystemthatconsistsofmanydistributedsources，it'simpossibletocontrolthewholeMicro一鲥dbycontrollingasingleinverter．OnthebaseofPQ，V／fandDroopcontrol，it'snecessarytomakeoverallcontroloperationsforMicro-grid．Asthemainoperations，thetheoriesofmaster-slaveoperationandpeer-to。peeroperationareanalyzeddeeply．ModelsofthesetwooperationsareestablishedbyMATLABtoverifytheirfeasibility．Accordingtotheresultsofsimulation，somedefectsareexposed．Toovercomethesedefects，someimprovementmethodsareraisedandtheyarecombinedintoacomprehensivecontroloperation．Atlast，thefeasibilityofthesemethodsandoperationareverifiedbyMATLAB．．V． 万方数据东北大学硕士学位论文AbstractConsideringthecomplexityandvaluablenessofMicro-酊dexperimentalsystem，simulationcontinuestobeoneofthekeywaystoresearchMicro-griddeeply．Sothesimulationmodelsinthisthesishaveapracticalsignificance．Keywords：Distributedgeneration；Micro-舒d；inverter；controlstrategy—VI— 万方数据东北大学硕士学位论文目录目录独创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯IIIAbstract⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．V第1章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．1分布式发电和微电网的研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l1．2微电网的国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21-3本文主要工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8第2章微电网组成及相关技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1l2．1微电源和储能单元⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1l2．1．1微电源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～1l2．1．2储能单元⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．162，2微电网的结构特征分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．192．2．1直流微电网⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．202．2．2交流微电网⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯202．2．3交直流混合微电网⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2l2．3微电网的关键技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．212．3．1微电网的运行方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．212．3．2微电网的控制策略⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．222．3．3微电网的保护⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～232．3．4微电网的通信⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．242．3．5微电网能量管理系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．242．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25第3章微电网逆变器控制方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273．1正弦脉冲宽度调制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．273．2恒功率控制方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．283．2．1PQ控制原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．283．2．2PQ控制系统参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．313．3恒压恒频控制方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．32．VII． 万方数据东北大学硕士学位论文目录3．3．1v／f控制原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．333．3．2V／f控制系统参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．343．4下垂控制方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．373．4．1Droop控制原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯373．4．2Droop控制系统参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯413．5滤波器的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．41第4章微电网整体控制策略⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯434．1主从控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯434．1．1主从控制原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．434．1．2主从控制仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．444．2对等控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．554．2．1对等控制原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。554．2．2对等控制仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．56第5章微电网控制策略的改进⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯655．1多主从控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．655．2改进下垂系数对等控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．685．3微电网综合控制策略⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．71第6章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯756．1总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．756．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．75参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．77致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．83攻读硕士学位期间所做的工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．85 万方数据东北大学硕士学位论文第1章绪论1．1分布式发电和微电网的研究背景目前，尽管世界各国仍以煤炭、石油、天然气等不可再生能源作为主要的能源供应进行工业生产和日常生活，但很多国家却于近年来加快了探索和开发新能源以替代不可再生能源的步伐，究其原因主要有两点：一是以煤炭、石油、天然气等化石燃料为主的不可再生能源在利用的过程中会对环境造成危害。化石燃料在利用过程中，会产生多种气体和固体废物，包括二氧化碳、二氧化硫和烟尘等。二氧化碳的排放，使大气环境中的二氧化碳浓度上升，加剧温室效应，改变生态平衡。同时，化石燃料燃烧过程中排放的大量二氧化硫和烟尘，是造成我国大气环境恶化的主要因素。二是不可再生能源储量有限，人类的过分开采和巨大消耗，使其逐步走向枯竭。根据美国地质局的估计，按照目前的消费水平，煤炭最多还能维持200年，而天然气和石油在几十年的时间内就会枯竭。以我国的煤炭资源为例，储量达到了世界煤资源总量的13％，然而入均拥有量却远远低于世界平均水平【1-51。煤炭、石油、天然气等化石燃料对环境的危害和储量的减少，使得人们开始了对可再生能源的开发。可再生能源，是指能够在自然界中循环再生，取之不尽、用之不竭的能源资源总称，主要包括风能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能等。可再生能源应用前景广阔，其中，增速晟快的是风能[6_71。为了缓解上述矛盾，分布式发电(DistributedGeneration)越来越受到各方的关注。它可以利用风能、光伏等可再生能源发电，既能减轻环境压力，又能减少不可再生能源的消耗。此外，DG还具有许多其它优势，与传统的集中式发电技术相比，其主要特点有【8】=(I)DG的发电单元分散布置在用户周围，不需要进行远距离输电，降低了电力成本和维护费用。(2)不同地区的DG不会互相影响，可以避免因局部电力系统故障而导致的大面积停电，供电可靠性得到增强。(3)输电过程中损失的电能减少，提高了电能利用率。(4)分布式发电系统独立运行时，不受传统大电网的影响，调峰能力强，起．1． 万方数据东北大学硕士学位论文第1章绪论停快速，操作简单，易于实现全自动。(5)DG的能源以太阳能、风能等清洁能源为主，不会对环境造成污染，同时能够满足能源的可再生性要求。(6)给用户带来经济实惠。分布式发电打破了传统电网的垄断，能够促进电价的合理制定。同时，用户可以将分多余的电能出售至传统电网。尽管DG的优势明显，但是DG并网后会对传统大电网造成冲击，如DG使得电路调压复杂化、影响配电网电能质量、与主网通信的难度增大等，这些影响不容忽视。因此传统大电网往往对DG加以限制，以保证自身的安全和稳定。为了解决DG和传统电力系统间的矛盾，充分发挥DG的潜能，进一步提高电力系统的经济性，灵活性和可控性，并更好地满足用户对供电可靠性和电能多样化的需求，微电网的概念被众多学者提出【9】。目前，国际社会对微电网还没有统一的定义，但对微网的一些基本特征已达成了共识：微电网系统的组成部分包括分布式电源、储能元件、负荷以及监控和保护装置；具备灵活的运行方式和调度性能，可以在并网运行和孤岛运行两种模式之间进行切换；通过控制装置之间的协调，同时提供电能和热量：根据实际情况，微网系统容量在几千瓦到几兆瓦之间量；通常与低压配电网或者中压配电网相连接【10J。对于大电网而言，微电网是一个可控的负荷。当微电网对大电网的冲击过大时，可以断开两者，以保证大电网的安全。对于本地用户而言，微电网是可以供能的电源，满足用户对三联供的需求。微电网的出现，不仅能充分发挥DG的潜能，还有助于DG与大电网的协调配合。它是利用分布式电源的有效载体，能够在一定程度上缓解能源危机和减轻环境压力。同时，微电网也是大电网的有益补充，能够增强配电网的供电可靠性。这些突出特征，决定了微电网在未来的巨大应用前景【11-12]。1．2微电网的国内外研究现状1999年，美国可靠性技术解决方案协会(CERTS)对微电网多个方面的内容展开了研究，并且于2002年给出了微电网的定义：微网由分布式电源和负荷组成，它可以同时为用户提供电能和热量：通过对电力电子设备的控制完成微网内的能量转换；它表现为一个整体，并且能够满足其所覆盖区域内的电力用户对电能的 万方数据东北大学硕士学位论文第1章绪论需求。美国微网的设计理念是单点并网不上网，不需快速电气控制，同时可满足用户对电能质量多样性和供电可靠性的需求。这些先进理念使得美国的微网概念最具有权威性和认可度【13】【14】。徽电同主分离器⋯士_一箍二_口管理器燃科电池．_．电力传输线信息流线图1．1美国CERTS提出的典型微网结构图Fig．1．1ThetypicalstructureofMicro-gddbyCERTSinAmerica图1．1是CERTS给出的典型微电网结构图。该微网拥有A、B、C三条馈线，微电网内包含分布式电源、负荷以及储能装置等，并且通过PCC与大电网连接，同时配备有潮流控制器和能量管理系统。分布式电源可以是光伏电池、微型燃气轮机、燃料电池等，它们可以同时提供电能和热能，提高微电网的能源利用率。根据对供电可靠性的要求，负荷分为三类，包括位于馈线A的敏感负荷，位于馈线B的可中断负荷和位于馈线C的可调节负荷。敏感负荷和可调节负荷由配电网和分布式电源联合供电。当大电网发生故障时，馈线A、C的断路器断开，由分布式电源单独供电，以确保重要负荷能够继续工作。馈线B由大电网单独供电，当负荷能耗过大时，可以根据实际情况断开馈线C的断路器，切除可中断负荷。能量管理系统和潮流控制器负责协调和优化整个微网。CERTS定义的微网不允许向大电网供电，因此整个微网对大电网表现为单一的可控单元。美国的微电网结构是基于“即插即用”和“对等”的设计理念，其运行方式灵活，为实现美国电网智能化的目标提供了新的思路【15]06】。 万方数据东北大学硕士学位论文第1章绪论微电网的许多理论成果已通过了实验平台的测试。美国第一个微电网示范工程是由该国北部电力系统建设的微电网项目MADREVER，学者们希望借此项目进一步深化对微电网的理解，包括微电网的概念，检验方法，建模与仿真，控制策略，经济效益等多个方面的内容。同时，初步形成与微电网管理相关的政策和法规，为微电网项目建立一个完整的框架。美国微电网发展的重点是首先满足用户对供电可靠性和电能多样化等方面的需求，并且降低成本，加快电网智能化的建设进程【17】[181。欧洲对微电网的研究主要集中在满足各电力客户对电能质量的不同需求以及减轻环境压力和增强电力系统的稳定性等方面。许多欧洲学者认为微电网将成为未来欧洲电网的有效支撑，各国越来越重视对微电网的研究，并于近年来频繁开展与微电网相关的研讨与合作【191。欧盟微网项目给出的微网定义是：使用微型电源为分布式发电系统供能，分为完全可控，部分可控和不可控三种类型，配备有能源储存设备，通过电力电子设备进行控制和完成能量转换的过程，并且能以冷、热、电三联供的形式供能。微电网作为智能电网的重要组成部分，已经成为欧盟研究的重点，其研究主要分为两个阶段，第一个阶段是欧盟第五框架计划，该计划共拨款450万欧元对微电网研究计划进行资助。参与该计划的14个成员来自欧盟的7个国家，很多高校也积极参与其中。该项目已经顺利结束并且取得了实质性进展，其研究成果包括适用于低压非对称微网的仿真工具，微电网保护和接地的方案，实验室微网平台的理论验证，微电网可靠性分析，并网和离网的运行理念，基于代理的微电网控制策略等。欧洲微电网的第二个研究阶段由欧盟第六框架计划拨款850万欧元进行资助。目前，该计划正在进行中。这项新计划的研究目标主要包括[201121】：(1)创造新的网络设计理念以适应微电网的需要，比如更新保护策略以及使系统能够工作在频率可变的环境下等。(2)将微电网技术与商业应用结合起来。(3)研发新型的分布式能源控制器，以进一步推广分布式发电技术的实用性。(4)进一步开发硬件系统，以使微电网“即插即用”的设计理念得以实现。(5)探索微电网对基础电网所带来的补充作用，以增强用户的供电可靠性(6)寻找基于下一代通信技术的新型控制策略。图1．2是欧洲微电网项目提出的微网实验室结构图。微型燃气轮机、光伏(PV)、．4一 万方数据东北大学硕士学位论文第1章绪论燃料电池以及储能元件通过电力电子变换装置与微网相连。整个系统采用分层控制策略，同时允许微电网向大电网提供电能。图1．2欧盟提出的典型微网结构图Fig．1．2ThetypicalstructureofMicro-gridinEU微电网通过微网中央控制器(MGCC)对整个系统进行管理和控制。MGCC位于分层系统的首层，负责对微网进行经济性管理和控制。位于分布武电源控制侧的控制器(微电源控制器，MC)和位于负荷侧的控制器(负荷控制器，LC)位于分层系统的第二层。MC和LC通过MGCC进行信息交换，而MGCC通过对MC和LC的控制实现对整个微电网的控制。MC控制各微电源按照参考值输出有功和无功功率；LC则根据实际情况控制负荷的投切，以保证微网内部的功率平衡。目前，欧洲已建成多个微电网示范项目。微电网作为大电网的有益补充，能够推进欧洲电网实现能量多样性和电网现代化的目标，因此欧洲学者们加大了对微电网的研究力度【22|。日本国内能源供应日益稀缺，负荷需求日渐增长的现实状况，推进了国内微电网的相关研究。日本对微电网的定义如下：在某些区域，根据用户需要，使用可控的分布式电源提供电能和热能的小型系统。日本的微电网研究主要集中在用户需求的多样化、能源利用效率和环保问题。日本学者提出了智能能量供给系统， 万方数据东北大学硕士学位论文第1章绪论它的主要思想是添加一些灵活交流输电设备到配电网中，通过控制器灵活、快速的控制性能，优化配电网的能源结构，使电能质量满足能源用户多样化的电力需求。该系统已经成为日本微电网的重要形式之一，并且融入了热电联供的理念，以更好地提高能源使用效率和保护环境。为了能够更好的利用新能源，日本设立了新能源与工业技术发展组织。它致力于统筹国内的高校和科研机构展开对新能源的相关研究。新能源与工业技术发展组织在2003年开展了3个微电网试点项目，分别位于青森县、爱知和京都。这3个项目的研究都着重于新能源与当地配电网的互联，并且新能源在3个地区的微电网中都占据相当大的比重。—．J*捌齄鹕lJ．一I．c实时．1供需1．1舅量L171“”81一运行计划1I计划11I信号11一控制终端●D6I。l网络通控制I负荷跟『。l控制I通7I信端口输入『踪控嗣i]信号I信输出●m*—◆J陬Y▲霸端口络I监测LJ_善控翻运行I控制5wI模式计划．。l用白，H／’—i一'—，．1拄捌爵增●蝴撇制器商●．-J嫱捌曲世]．·。l田凸1'——-1仳I硼箕硼用厂图日本提出的典型微网结构图-酊d日本的爱知微网、京都微网、八户微网等微电网展示项目的结构均如图1．3所示。该微网结构分为层，上层是中心控制器，下层是和负荷等，中心控制器的作用至关重要。微电网工作时，中心控制器首先预测系统的运行状态，并根据预测结果制定相应的运行计划，再根据实际运行情况实时调整运行计划，从而确保了微电网的稳定运行。目前，日本政府已与国内多家高校和企业进行了多项合作，在新能源和可再生能源的利用以及对微电网的推广取得了良好的效果。我国微电网按照其运行特点分为表所示的两种典型类型，包括偏远地区微电网和城市片区微电网【251。 万方数据东北大学硕士学位论文第1章绪论表1．1中国微电网的分类!尘!曼!：!坠!!!箜!!里!堕i鱼旦Q!M堕翌：趔垒垫堡堂皇微电网类型偏远地区微电网农村微电网企业微电网城市片区微电网注：(1)GD(GddDependentMode)：与大电网并网，并进行功率交换；(2)GI(GridIndependentMode)：与大电网并网，但无功率交换；(3)IG(IsolatedGridMode)-孤网运行状态，断开与大电网的连接，独立运行。城市片区微电网首先在中国经济较发达的城市开始发展，按居民小区、办公楼、医院及商场等进行建设。这些地方用电需求量较大，同时部分重要负荷对供电可靠性也有较高的要求。微电网与大电网配合，能够有效平滑负荷曲线，削峰填谷，提高当地的供电服务质量。同时，微电网主要利用可再生能源供电，能够减轻发达地区的环境压力。偏远地区微电网在并网时与外界功率的交换很少，主要由当地微电源供电，当微电网发生故障时可将大电网作为微电网的启动备用电源。此类微电网有农村微电网和企业微电网两种形式。农村微电网有助于解决偏远地区的供电问题，推进农村城镇化的建设。企业微电网不仅可以满足企业对供电可靠性和电力安全性的需求，还能充分利用回热，有效提高能源利用率，降低企业生产成本、提高效益。尽管微电网在我国仍处于起步阶段，但微电网中的分布式电源，储能装置，和控制策略等关键技术近年来依然成为学者们科研探索的一个重要议题。下表是我国近年来建成的几个具有示范意义的典型微电网工程【26J。 万方数据东北大学项士学位论文笫1章绪论表1．1我国的几个典型微电网工程!型壁!：!墨婴曼鲤i型卫到璺坐堕塑呈翌：鲤璺垫堡迪项目名称微电网组成项目取得的实际效果和意义为了充分发挥我国的资源优势，加快电力改革，国家发改委将积极促进和鼓励可再生能源的发展列为重点的发展战略之一，因此，微电网将成为我国有效利用可再生能源的重要形式【271。1．3本文主要工作随着电子技术在各行各业的广泛应用，很多通过电量反映的实际数值需要测量，即将物理量转化为电量。特别是对深埋在噪声中的微弱信号进行有效检测受到越来越多人的重视。当前，微弱信号的检测已在化学、天文、生物、工程技术等众多领域广泛应用p81。本文在了解微电网相关概念的基础之上，对微电源逆变器控制方法和微电网整体控制策略的原理进行了介绍，并通过在Matlab／Simulink搭建仿真模型进行深入分析。同时，根据现有的控制策略存在的不足，进行了改进，通过仿真分析，验证了改进策略的正确性。本文的主要工作包括以下几个内容：(1)介绍了开发新能源和推广微电网的背景和意义，并对国内外微电网现状进行了综述性介绍。．R． 万方数据东北大学硕士学位论文第1章绪论(2)进一步介绍了微电网的组成结构和关键技术等。(3)对微电源接口逆变器的控制方法进行了深入分析。以恒功率控制、恒压恒频控制和下垂控制为研究对象，介绍了三种逆变器控制方法的基本原理，并通过在Matlab／Simulink中建立模型验证方法的可行性。(4)详细介绍了微电网的整体控制策略，分别给出了主从控制、对等控制、分层控制三种策略的设计思想，并对主从控制和对等控制进行了仿真。(5)给出了微电网控制策略存在的一些不足，并给出了改进意见，并将改进意见相结合，最后仿真验证了策略的可行性。 万方数据 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术微电网内不仅集成了多种能源输入和不同的产品输出，还具有多种能量转换单元，是电动力学、热力学、化学等行为互相之间耦合的复杂系统。它作为完整的电力系统，依靠自身的控制及管理实现功率平衡控制、电能质量管理、故障检测与保护、系统运行优化等方面的功能[281。2．1微电源和储能单元微电源和储能单元是微电网的重要组成部分。当微电源的输出功率大于负载需求时，多余的能量被储能单元储存起来；当微电源的输出功率不足时，储能单元释放能量，以维持负载的正常运行。因此，微电源与储能单元的配合，能够有效地提高能源利用率、改善系统性能。2．1．1微电源微电源是指不直接与集中输电系统相连接的电源，它们通常分散在用户周围，功率在数千瓦到50兆瓦之间。目前，应用较为广泛的微电源包括风力发电机、太阳能光伏电池、微型燃气轮机以及燃料电池等【29113们。2．1．1．1风力发电风能有多种利用形式，其中最主要的是风力发电。风力发电，是指通过风力推动风车旋转，带动发电机工作，进而完成发电的过程。风力发电系统由一台或者多台风力发电机组组成。每个风力发电机组主要包括以下基本元件：塔架结构；轮毂上连接有两到三片叶片的风轮：齿轮箱：发电机：偏航机构，如尾部风向标；传感器和控制系统。其中，控制系统使风力发电机组能够接受来自远程控制中心提供的运行和保护功能，因此它的设计显得尤为重要131]。剖刮I．．．．．．J图2．1一种离网型的风力发电利用形式Fig．2．1Electricitygenerationbywindpowerwithoutgridconnection 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术电网图2．2一种并网型的风力发电利用形式Fig．2．2Electricitygenerationbywindpowerwithgridconnection风力发电主要有两类运行方式。一类是独立运行的自给供电系统，即在传统大电网无法覆盖的偏远地区，利用风电机组向蓄电池充电，并通过电力电子变换装置转换为交流电向负荷供电，能够解决小的社区供电问题。另一类是与大电网并联运行，联网运行是大规模利用风能最经济的运行方式。风力发电机组的单机容量范围通常在200-2500kW之间，具备单台并网的能力，也可以由多台甚至数百台组成风力发电场。风电技术发展很快，风电机组科技含量高，可靠性强，单机容量在2500KW以内的技术已经十分成熟。尽管目前风力发电的成本还比较高，但是随着技术的进一步提高和生产批量的增大，成本将持续下降。风电最大的优点是环保，发电过程中不会产生任何有害气体。虽然风电场的建设需要占用大片土地，但风电机组基础使用的面积较小，不会影响牧场和农田的正常生产。风力资源丰富的地方往往是山地或者荒滩，建设风电场的同时也能促进对当地旅游资源的开发【321。目前，风能以其清洁高效和可再生性，收到越来越多国家的重视。风力资源蕴量巨大，可开发和利用的风能达到可开发利用的水能总量10倍以上。我国风能分布广，储量大，仅在陆地上的风能就有约2．53亿千瓦。世界风能市场逐年递增，同时，随着环保事业的发展和技术的成熟，进一步推动了风能发电的普及进程D31。2．1．1．2光伏发电太阳能不仅是绿色能源，而且是可再生能源。除了深海，山洞等，各地基本都可以接收到阳光的照射。据统计和粗略估算，如果能够尽数利用照射到地球上的太阳能，则每分钟大约产生相当于四十亿吨石油的能量。由此可见，太阳能将在人类社会的发展中扮演愈来愈重要的角色。而目前太阳能较为普遍的利用形式，就是光伏发电。．．12．． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术太阳能光伏电池，简称光伏电池，是直接将太阳能转换为电能的半导体装置。目前，光伏电池的种类已经超过了100种。PN结的光伏效应，是光伏电池的主要工作原理。图2。3为典型的光伏电池发电原理图。当阳光照射到电池的N区，能量大一些的光子将会使PN结中产生电子．空穴对。而由于内建电场的存在使得电子．空穴对被分离。电子漂移到N区，N区呈负极性；同时P区产生空穴，呈正极性，从而形成电压。这就是太阳能电池导电的原理。阳光⋯⋯⋯～一＼＼|＼j—』二．；。_—忑——了—銮一—一．坚．一一-。一一∈}。叁半导体一一’；≥。@蒜一旦_鱼里一皿一旦半导体o；≥了’，稻’—_f◇釜电流图2．3太阳能光伏电池发电原理图Fig，2．3TheprincipleofElectricityGenerationbyPVcell太阳能光伏电池有多种等效电路，但目前应用比较广泛的是单二极管等效电路，如图2．4所示。在一定的光照强度下，电池可以看作电流源并联一个二极管。考虑到材料的电阻和可能存在的磨损漏电情况，分别用串联电阻B和并联电阻如进行表征。_————————————u_r_———+———————]■一疋LD上一_<≥亚如砜}!吃ID≈＼I矗由图2．4可得：——————．。．．．．．．，，，，，，．．．．．．。．、—．—————————．．．．．．．、．．．．．．．．．．!i．，，．，，一图2．4太阳能光伏电池等效电路Fig．2．4TheequivalentcircuitofPVcellIL=Iph—ID—I,h式中：屯为负载电流；％为光生电流；乇为流过二极管的电流；L为流过如的电流【341。光伏发电的过程不需要消耗燃料，避免了废气的排放；同时也不需要机械传．13． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术动部件，不会产生机械磨损，系统可靠且寿命长，易于维护，同时太阳能取之不竭、用之不尽，光伏发电系统也易于安装、无噪音、可就地发电，这些优势共同决定了光伏电池在未来的巨大前景。2．1．1．2燃料电池燃料电池作为一种清洁能源，其发电过程与传统的火力发电有很大的不同。传统火力发电方式是通过燃料的燃烧形成高温高压蒸汽，蒸汽推动汽轮机旋转，进而带动发电机发电，其能量转化过程为燃料化学能一热能一机械能-电能。而燃料电池不需要如此复杂的过程，它通过借助电解质能够直接将燃料与氧气或其它氧化剂发生化学反应，同时向外部输出电能，因此其实质是化学能发电。燃料电池发电被认为是继火力发电、水力发电和原子能发电之后的又一重要发电方式。燃料电池与平时所说的蓄电池和干电池有很大区别。平时所说的蓄电池和干电池，没有反应物质的输入和生成物质的排出，其寿命有一定限度；而燃料电池可以连续地对其供应反应物(燃料)及不断排出生成物(水等)，因而可以连续地输出电力。以酸性电解液氢氧燃料电池为例，介绍该类发电装置的工作原理。债载H2H，卿废气a电楹电解预b电擞图2．5燃料电池原理图Fig．2．4Theprincipleoffuelcell工作时，氢气进入a电极-N，在催化剂的作用下，分解成氢离子和电子。氢离子通过酸性电解液到达b电极，而电子则通过导线到达b电极。紧接着，氢离子、电子和进入b电极一侧的氧气发生反应，生成水。整个过程中，电子从a电极到b电极，从而形成了由b级到a级的电流。这就是典型的酸性电解液氢氧燃料电池的工作原理。传统的热机发电需先将燃料的化学能转换为热能，再将热能转变成机械能，最后将机械能转换为电能。在这样的过程中，不可避免的会造成能源的多次浪费，．14． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术但是燃料电池完成了从化学能直接到电能的转化步骤，由此可见，燃料电池不仅是清洁能源，而且能源利用率也很高[35-37】。2．1．1．3微型燃气轮机微型燃气轮机(Microturbine或微型涡轮机)是一种近年来逐渐流行的小型热机，单机功率范围是25～300kW，其最基本的技术特点是采用向心式透平和离心式压气机。微型燃气轮机不仅可以应用于分布式发电，还可以用于备份电站、热电联产等，能够提供清洁、可靠、高质量的能源供应。近年来，随着全球能源结构的调整和环保要求的变化，微型燃气轮机越来越受到电力、动力等相关部门的重视。尤其是在欧美地区，微型燃气轮机已经具备相当大的市场竞争力。回热器负荷图2．6微燃机原理图Fig．2．6Theprincipleofmicro·gasturbine微燃机和永磁同步电机是微型燃气轮机发电系统的主要组成部分。图2．6是微燃机的结构示意图，其主要组成部件包括回热器、燃烧室、燃气涡轮及压气机等。压气机先对空气增压，再由燃烧室将燃料与增压后的空气混合燃烧，形成高温燃气并通过在燃气涡轮内膨胀做功，将燃料的化学能转化为机械能。一部分机械能用于提供发电机的原动功率，另一部分用于带动压气机工作。温度、燃料和速度等控制环节依据实际转速等条件控制燃烧室的进气量和温度上限，以确保发电过程安全和提高系统运行效率[38】。与常规发电装置相比，微型燃气轮机的优点包括环保、效率高、适用于多种．15． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术固体和液体燃料、维护费用低、运行方式灵活、安全性强、耐用等多个方面。这些突出特征提高了分布式发电技术应用于小型用户的可能性。随着微型燃气轮机发电技术的逐步成熟，其对于现代电力系统的重要意义越来越受到认可【391。2．1．2储能单元随着光伏，风能等分布式发电技术的推广和普及，给电网带来了前所未有的发展前景。然而，伴随着机遇的到来，现代电力系统也将面临更多的困难。分布式电源所具备的闯歇性等特点，不仅使得用电峰谷问题更加明显，并且还会对大电网的稳定性造成破坏。因此，研究储能技术，已经成为研究分布式发电技术的核心内容之一。2．1．2．1蓄电池蓄电池主要是通过池内的氧化还原反应进行充放电，被广泛应用于分布式发电系统中。目前，常见的蓄电种类包括铅酸电池，镍氢电池，镍镉电池，镍离子电池以及镍聚合物电池等等。蓄电池简化后可等效为下图，由电压源E和内阻r串联。·壅皇塑』+图2．7蓄电池等效电路Fig．2．7Theequivalentcircuitofstoragebattery电压E和内阻r随着电池存储电量的释放，分别呈线性减小和增大的趋势。需要特别注意的是，蓄电池在开路状态下会自然放电，因此在电池充满电以后，需要继续对电池充入微弱电流。在充电过程中，蓄电池的充电速度越来越慢，最后以微弱电流保持蓄电池电容量的动态平衡。由于温度会影响电池内的氧化还原反应，因此温度对电池的容量有不可忽略的影响。蓄电池储能是目前最重要的储能方式之一，它不仅可以解决随机性电源出力波动的问题，还可以应用于移动电子设备、电动汽车等。进一步提升蓄电池的技术水平，延长循环寿命，可使其长期服务于人类【40】。．16． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术2．1．2．2抽水蓄能蓄能式水电站储能技术成熟，被用来调和大规模的负荷峰谷问题。当负荷处在低谷时，电力系统中多余的电能将下游的水提到上游，以重力势能的形式存储电能。与国外相比，我国抽水蓄能电站的建设起步相对较晚，上世纪60年代才开始对抽水蓄能的研究。随着改革的深入，经济的发展，我国的蓄能电站建设进入新的阶段。可以说，抽水蓄能电站是电力系统目前最经济，最稳定，技术最成熟的储能装置，很多国家抽水蓄能装机占比在已经达到百分之十甚至更高的水平[411。图2．8抽水蓄能电站结构不惹图Fig．2．8Thes廿IJctureofpumped-storagepowerstation目前，抽水蓄能并不是微电网的主要储能方式，但它可以作为微电网的后备能源。即将大电网的电能以抽水蓄能的形式存储起来，当微电网出力不足时，再将存储于水电站的电能释放出来，以满足微电网中负荷的需求。2．1．2．3超级电容超级电容器，简称超级电容，是一种介于普通电容器和电池之间的储能元件，主要组成部分包括电极、电解液、集电极、连线极柱、隔离膜、排气阀和密封材料。电极的材料、制造技术，隔离膜的质量和电解质的组成对超级电容的性能有较大影响。超级电容主要可分为两类：(1)由电极与电解液界面上的离子或电子的定向排列导致电荷的对峙而产生的双电层电容；(2)以金属氧化物为电极，于电极表面和体相发生氧化还原反应，从而产生可逆吸附的法拉第准电容。需要指出的是，双电层电容和法拉第准电容并不互相排斥，它们是共同存在的。但是在不同的电容器中，这两种成分所占的比例是不同的。在实际生产中，人们常常将制作双电层电容的材料和制作法拉第准电容的材料掺杂在一起，制成混合的电容器，以提高电容的性能。下面以双电层电容为例，介绍超级电容的工作原理。．17． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术极化电极电解灏电解鼹图2．9超级电容原理图Fig．2．9Theprincipleofsupereapaeitor图2．9为双电层电容器的工作原理图，当电容两个极板被施加外电压后，正极板储存正电荷，负极板储存负电荷。电解质中的正离子被吸附到负极板附近，同理，负离子被吸附到正极板附近，形成了两个容性存储层。两个容性存储层的极间距离d很小。超级电容采用活性碳纤维和活性炭粉作为可极化电极，大大增加了与电解液的接触面积。这些措施，保证了超级电容的超大容量【42I。超级电容的能量密度比静电电容器高，且功率密度比电池高，因此，其不仅可作为短时间的功率输出源，还可广泛应用于航空航天等高新技术领域。2．1．2．4超导储能图2．10基于超导线圈的储能系统结构图Fig．2．10Thestructureofenergystoragesystemwithsuperconductingcoil超导储能是将超导材料制成线圈，用电流流经线圈时所产生的电磁场存储电能。图2．10是简化的超导储能系统。线圈的电阻与温度有关，当温度下降到某一临界值时，线圈电阻R=0，电流可以稳定的在线圈中流通，电磁能被储存起来。此时，电流能够在超导线圈构成的闭合电感内不断的循环且不会消失。当负荷需要能量时，再将电能释放出来。超导磁体储能能够满足输配电网对无功补偿、电．1R． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术压支撑、频率调节、功率输送能力和提高系统稳定性等方面的要求，能够实现与电力系统的大容量能量交换。超导储能具有的转换效率高，响应迅速，便于控制，并且储能密度大等优点，使其得以初步应用于美国、日本、欧洲的一些国家和地区。伴随着分布式电源的推广和微电网的建设，超导储能也将成为各国学者们研究的一个重点【431。2．1．2．4飞轮储能飞轮储能是将电能以惯性机械能的方式进行存储。充电时，电机吸收电能，飞轮转速上升，其存储的动能E和转动惯量，、旋转角速度∞存在如下的关系：E：!励29一当飞轮系统释放能量时，高速旋转的飞轮拖动发电机，将存储的机械能转化为电能。图2．11基于毪轮的储能系统结构图Fig．2．11Thestructureofenergystoragesystemwithflywheel图2．11是简化的飞轮储能系统结构图。整个系统包括储能飞轮、轴承支撑系统、集成驱动电动机／发电机、功率变换装置、控制器及辅件等。飞轮储能系统的转子转速可达60000r／min以上，放电深度可达75％以上。它高功率密度、充放电次数无限、长寿命、建设周期短、不受地理环境限制及响应速度快等特点，在解决光伏、风能等间歇性资源发电的随机性和波动性问题上表现出极大的潜力。除上述介绍的几种储能方式外，还有压缩空气储能、相变储能等方式。储能系统能够调节微电源特性，确保负荷供电质量，很大程度上解决了新能源发电过程中的随机性、波动性问题，因此研究储能技术成为微电网研究中的重要内容。2．2微电网的结构特征分类根据微网内母线电流的不同形式，可以将微电网分为直流微电网、交流微电网以及交直流混合微N[441。．19． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术2．2．1直流微电网直流微电网的特征是分布式电源、储能装置以及负荷等均通过电力电子设备与直流母线连接，直流网络再通过逆变设备与外部交流电网连接。直流微电网通过电力电子设备能够向不同电压等级的直流负荷与交流负荷提供电能，同时，储能装置能在直流侧调节分布式电源和负荷的波动。配电网图2．12直流微网结构图Fig．2．12ThestructureofDCMicro-舒d图2．12是典型的直流微网结构图。与交流微网相比，直流微网更易进行有功潮流控制，各微电源间协调方便；同时直流微网也不存在无功环流、频率和功角稳定性等问题。2．2．2交流微电网在交流微电网中，分布式电源、储能装置等均通过电力电子设备与交流母线连接。一n』仄、、心7』U变压墨图2．13交流微网结构图Fig．2．13ThestructureofACMicro-鲥d．20．配电同 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术目前，交流微电网仍旧是微电网的主要形式。2．2．3交直流混合微电网在交直流混合微网中，同时含有交流母线和直流母线。它能直接向交流负荷供电，也能直接向直流负荷供电，因此被称为交直流混合微网。图2．14交直流混合微网结构图Fig．2．14ThestructureofACandDChybridMicro-鲥d图2．14是典型的交直流混合微网结构图。与单纯的交流微网和直流微网相比，交直流混合微网将直流负荷接至直流母线，交流负荷接至交流母线，有效减少了电力电子器件的使用。需要指出的是，混合微网中的直流部分可以看作一个独特的电源通过逆变设备接入交流母线，因此交直流混合微网的实质仍然是交流微电网。2．3微电网的关键技术微电网的关键技术，主要涉及到微电网的运行、控制、保护、通信和能量管理等方面[45491。2．3．1微电网的运行方式微电网的运行方式，包括并网模式和离网模式(也Ⅱq孤岛模式)。并网模式，是指微电网与大电网并列运行，并且两者之间能够进行功率交换。当微电网的输出功率高于微网内负荷的需求时，多余的电能可以被输送到大电网中：当微电网内出现功率缺额时，由大电网进行补充。．21．． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术离网模式，是指微电网与大电网断开，独自运行的模式。当大电网发生故障或者需要检修而停运时，微电网解列，进入自给供电的状态。离网后，由微网内的分布式电源可继续为重要负荷供电。由此可见，系统的安全性和可靠性得到加强。微电网作为传统大电网的重要补充，在离网运行模式下，更能体现出微网的安全性、经济性以及实用性。微电网存在两种工作模式，也就必然存在两种模式切换时的过渡状态。如何实现微电网的无缝切换和平滑切换，一直是学者们的研究重点。通过理论和实验验证，采用合理的控制策略，能够实现微电网的无缝切换和平滑切换，不会对大电网造成冲击。2．3．2微电网的控制策略2．3．2．1逆变器控制方法微电网中的分布式电源，需要经过逆变设备后才能与交流电网连接。因此对分布式电源的控制，可以转化为对分布式电源接口逆变器的控制。针对微电网的逆变器控制方法主要有3种，包括：恒功率控制(PQ控制)、恒压恒频控制(V／f控制)和下垂控制(Droop控制)。恒功率控制，是指控制逆变器的有功出力和无功出力等于设定的参考值；恒压恒频控制，是指使逆变器的输出电压和频率稳定；下垂控制，是指根据各个逆变器的自身容量，把频率和幅值两个要素通过有功功率和无功功率的近似解耦来控制。对逆变器采用何种控制方法，应当根据分布式电源的特性和实际情况的需要来决定。对于风能和光伏等间歇性资源，易受外部环境影响，人们最关心的是如何按计划的高效利用这些资源。因此，风力DG和光伏DG适宜采用PQ控制方法。但是，采用PQ控制的DG需要有电压和频率支撑。对于微型燃气轮机和燃料电池这样的分布式电源，它们与光伏和风能等随机资源有较大区别，不易受外部环境影响，因此，当微电网需要电压频率支撑时，它们可以采用V玎控制，提供稳定的压频支撑，当微电网已经有电压频率支撑时，它们可以采用PQ控制。下垂控制，通常也适用于性能稳定的DG，采用下垂控制的DG共同参与系统的电压和频率调节[50-54]。2。3。2。2微电网控制策略主从控制，是指根据控制方法的不同，将微电网内的分布式电源分为主电源和从电源，赋予它们不同的职能。主电源采用V／f控制方法，为整个微电网提供压．22． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术频支撑，从电源采用PQ控制方法，按照设定值输出功率。对等控制，是指微电网内的分布式电源采用相同的控制方法，没有主次之分。对等微网中的分布式电源均采用下垂控制，共同参与系统的电压和频率调节。分布式电源地位等同，可以有效避免微电网在主从模式下因主电源故障而造成整个微网崩溃的危险。分层控制，是指将电力系统的组成单元划分层次后再进行控制。DG性能的差异性、负荷的优先级以及控制方法的多样化等因素，共同决定了微电网的复杂与繁琐。因此，根据微网组成单元的不同特性，分层次进行控制，能够有效提高微电网的管理效率[55-581。关于微电网逆变器的控制方法和微电网整体控制策略，本文将在第三章和第四章深入探究，故此处不再赘述。2_3．3微电网的保护微电网的保护问题与传统大电网的保护有很大的区别，具体表现为：潮流的双向流通；电压等级较低；微电网在并网运行与孤岛运行两种模式下的短路电流差异很大：分布式电源与负荷的电气距离较近等。这些特征使得微电网故障电流的持续时间、大小和方向均与传统的辐射型配电网和闭式输电网有较大差别【591。当微电网孤岛运行时，分布式电源所提供的故障电流只有正常电流的2倍或者更小，传统的电流保护装置难以做出快速和有效地响应，这无法满足微电网保护的要求，因此必须采取更为先进的故障诊断方式。综上所述，微电网运行保护策略既要消除微网接入对大电网的保护带来的负面影响，又要满足包含微电网的配电系统对保护所提出的新要求，所以微电网运行保护策略是保证分布式发电系统能够可靠运行的关键。具体而言，微电网的保护要求可归纳为：(1)在并网运行时，微电网内部若发生故障，微电网保护应可靠切除故障，如：低压配电网电气设备发生故障时，其保护装置应确保切除故障源，使微网系统能继续安全稳定地并网运行。(2)微电网外部的配电网发生瞬间故障，微电网的保护应快速动作，当配电网的保护切除故障后，微电网继续并网运行。(3)微电网外部的配电网失去电源，微电网的孤岛保护立刻动作，确保微电网与配电网断开，微电网离网运行。．23． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成反相关技术(4)离网运行时，微电网内部故障，微电网保护应可靠切除故障，离网运行的微电网继续安全稳定地离网运行。(5)微电网外部的配电网电源恢复，微电网恢复并网运行。从目前分布式发电系统实践所取得的成果来看，微电网的保护和控制问题是限制其进一步发展的主要技术瓶颈之一。2．3．4微电网的通信现有的各种信息通信技术均可广泛应用于微电网，如电力线通信PLC、电缆通信、光纤通信、无线局域网WLAN、无线个人局域网WPAN、无线广域网WWAN、无线城域网WMAN、卫星通信、3G／B3G通信、微波通信、短波通信、超短波通信、空间光通信等。微电网的运行与控制需要通过配网级、微网级以及单元级各控制器之间的通信来实现。各类分布式电源的特性差异较大，且均要通过电力电子变换才能接入电网，因此分布式电源与常规同步机的特性存在很大区别，这就对微电网的通信技术提出了更高的要求。微电网的运行、控制及能量管理都需要建立在快速、可靠的通信技术基础之上，此外，通信技术还在很大程度上决定了微网能否提供更快的辅助服务。将通信协议标准化和对高性能、低成本、标准型网关的需求成为微电网通信技术开发的重要组成部分。2．3．5微电网能量管理系统微电网被定义为发电与负荷的集合，而负荷往往不仅包括电负荷，还包括热负荷和冷负荷，即热电联产CHP或冷热电联产CCHP。因此，微电网在发电的同时，还要利用发电的余热进一步提高微网的能量利用率。能量管理系统的任务就是作出决策以使微网最优地产生电能和热能。影响该决策的因素包括电价、燃料成本、气候状况以及当地设备对热址的需求等。能量管理系统(EMS)具备对微网调度控制的功能。它服务于整个微电网，即为系统级的，因此其首要任务是明确区分系统控制和设备控制，使各自的功能和用途简单明了。在CERTS的微网模型中，EMS仅负责系统的潮流调度与电压控制。潮流调度时需要考虑的因素包括电价、气候状况、燃料成本等。电压控制时，EMS仅控制微网内某些重要母线的电压幅值，并与多个微电源控制器配合完成，而与配电网相联的母线电压应该由上级配电网的调度系统进行控制。．24．． 万方数据东北大学硕士学位论文第2章微电网组成及相关技术除了对微网的调度控制功能外，EMS还具备别的一些功能。如：微网与主网解列后快速切负荷的功能，以使孤岛运行模式下的微网内部仍然功率平衡；由于微网同时提供电能和热能，调度时需要同时兼顾，通常采取的原则是“以热定电”，即在满足用户热能需求的前提下再进行电能的调度；微网内应配备一些储能装置，如蓄电池、惯性飞轮、超级电容器等【601。2．4本章小结作为利用分布式能源的有效载体和大电网的有益补充，微电网已经引起各国学者的广泛关注。微电网运行方式灵活，它与大电网并列配合运行时，能够起到削峰填谷的作用，进而实现电网的经济运行。同时它也能在恶劣天气下独立为用户提供电能，满足用户对供电可靠性和电能多样化的要求。此外，微电网还有助于推广热电联产等[61-63】。尽管将微电网实用化还需要进一步研究其组成及相关技术等方面存在的问题，但毫无疑问，微电网具备十分巨大的发展潜力。．．25． 万方数据 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法电力电子技术广泛应用于分布式发电和微电网中，因为所有的微电源和储能元件均需要通过电力电子变换才能接入微电网。分布式电源分为直流源型和交流源型，前者包括太阳能光伏电池、燃料电池和蓄电池等，后者包括风力发电机和微型燃气轮机等。直流源型分布式电源通常电压较低，因此可先经过DC．DC变换升压，再经过DC．AC变换接入微电网；而交流源型分布式电源如风机等性能不稳定，需要先通过AC．DC变换成稳定的直流电，再经过DC．AC变换接入微电网。可以看到，无论哪种分布式电源，最终都需要通过DC．AC逆变环节才能接入交流微网，因此研究分布式电源控制方法的重点即是研究分布式电源接口逆变器的控制方法。目前，微电网中应用较为广泛的逆变器控制方法有三种，包括恒功率(PQ)控制方法，恒压恒频(V／f)控制方法和下垂(Droop)控制方法。恒功率控制是指控制DG的输出功率等于预设值；恒压恒频控制是指使DG的输出电压幅值和频率稳定；而下垂控制源于逆变器并联系统，其目的是使各DG能够根据自身的下垂系数分摊负荷需求并参与压频调节。本章将建立这三种控制方法的数学模型，并对正弦脉冲宽度调制和滤波器的设计做了简单介绍。3．1正弦脉冲宽度调制PWM(PulseWidthModulation)，即脉冲宽度调制，是指对逆变电路开关器件的通断加以控制从而获得等效的所需的波形和幅值的控制技术。它是一种模拟控制方式，可以根据相应载荷的变化进而调制MOS管栅极或晶体管基极的偏置，以实现MOS管或晶体管导通时间的改变，从而改变稳压电源的输出。这种控制方式能使电源输出的电压在工作条件发生变化时保持恒定，是使用微处理器产生的数字信号控制模拟电路的一种有效技术。面积等效原理，是PWM控制技术的理论基础。其具体描述为：当冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，所产生的效果基本相同。SPWM(SinusoidalPWM)，是指脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。这一系列脉冲通过控制逆变器开关管的通断，从而控制逆变器的输出波形。同时，设计参数合理的滤波器，就能使输出波形以正弦的形式输出畔J。．27． 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法采用SPWM技术的逆变器输出电压的幅值由载波、调制波的幅值和直流电压共同决定，而输出电压的频率和相位仅由调制波的频率和相位决定。因此，对分布式电源输出电压的频率控制可以转化为对调制波频率的控制。本文中的调制方法均采用SPWM技术。3．2恒功率控制方法恒功率控制(PQ控制)，是指控制分布式电源的输出功率等于参考值。风能和光伏等DG，属于间歇性能源的范畴，它们的发电过程很大程度上取决于DG周围的外部环境，具有明显的随机性。对于此类DG，人们关注的重点是如何提高它们的能源利用率。因此为了发挥它们的潜能，使其按照设定值输出尽可能多的功率，通常对该类DG采用PQ控制方法。PQ控制方法可以应用于微电网并网模式，也可以应用于离网模式。当微电网并网运行时，由大电网提供微网运行所必需的电压和频率，所有的分布式电源都可以采用PQ控制方法；当微电网孤岛运行时，需要由微网内的分布式电源提供电压和频率支撑，其余的电源依然可采用PQ控制方法。3．2．1PQ控制原理逆变器输出三相基波电压可以表示为：U口=％COSOJt％：‰c。s(∞r一昙刀)(3．1)％=以cos(纠+委万)式中：甜口、‰、U。分别为三相基波电压；U为相电压幅值。为了使PQ解耦，需要借助于park变换。对三相电压进行dq变换，可得：阱c。。研cos(卅；石)cos(cot+詈万)，’-sincot—sin(国，一；万)一sin(cot+詈万)卧铡㈣式中：‰、‰分别为电压的d、q轴分量。由此可见，蜥和“，之间没有耦合关系，且％为非零常数，Uq为0。逆变器在．28— 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法旋转坐标系下的输出功率计算公式为：式中：P、Q分别为有功功率和无功功率，％、Uq和乞、‘分别代表电压的d、q轴分量和电流的d、q轴分量。将％=0代入上式，可得：fP=％岛1Q=-ud毛(3．4)由式(3．4)可以看出，有功功率和无功功率之间没有耦合关系，并且分别取决于电流的d轴分量和q轴分量。当分别给定有功功率与无功功率的参考值时，可得：．％z耐2i。Und(3．5)．蟛耐oⅣ一言式中：白为给定的逆变器输出有功功率参考值：％为输出无功功率参考值；k和‘可为参考电流。由上式可知，只要设计的PQ控制器能够使实际电流跟踪参考电流，就可以实现对逆变器的恒功率控制，故采用设计电流环的方式实现PQ控制。电流环采用PI控制器，可以消除静差，提高系统性能。0图3．1PQ控制原理图Fig．3．1TheprincipleofPQcontrol图3．1是PQ控制策略总体框图。由图可得，逆变器输出电流和滤波器输出电压经p破变换分别得到岛、iq汞]ud、1,1q，再与％、％通过功率控制部分得到k．29．、J3／L．：W．，勺如如+一．b．b％‰=PQ，，，●J、●●L 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法和‘阿。屯、‘通过电流环控制部分实现对％和锄的跟踪，从而达到通过控制电流来控制功率的目的。进一步分析可知，dq旋转坐标系下的逆变器数学模型为：[宅]=『￡-sco+l，￡；主厂][笔]+[Z]c3．6，由式(3．6)可知，这是一个强耦合系统。为了能独立调节d轴和q轴电流，需要对d、q轴解耦。引入电流状态反馈，可以实现这一目的。电流环采用PI控制器，控制方程如下：州小巧+争[≥二Ⅲ铆瑚B7，将式(3．7)代入式(3．6)，可得：∞州盼c％+争[乏二乏]@8，由式(3．8)可知，引入电流状态反馈后，实现了对电流环解耦的目的。同时，引入甫网串J压前馈补偿，可以减小电网申．乐对系统的扰动。图3．2功率-电流环控制部分原理图Fig．3．2Theprincipleofpower-currentcontrol图3．2给出了功率．电流环的工作原理。由图可得，电流环PI控制器的输出与电网电压前馈补偿及电流状态反馈合成逆变器交流侧输出电压的d、q轴参考值“州和％一。“埘和％一经park反变换和SPWM调制生成逆变器的开关管驱动信号。电流环采用PI控制器，不仅响应快速，而且还可以实现对参考量的无差跟踪。通过前面的分析可知，当电流控制误差为0时，即可保证输出电压对参考电压的跟踪，同时使输出电流更加接近正弦波，没有直流或零序分量，便于有功和无功的解耦控制，使DG具有良好的灵活性。．30． 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法3．2．2PQ控制系统参数设计暑+警佃‘g，矿j：一控豺器传超函羹bi一'lg图3．3电流环控制系统框图Fig．3．3Theblockdiagramofcurrentloopcontrolsystem图3．3是电流环控制结构图。下面先计算PI参数。PI控制器的传递函数为：啪M+等：掣(3．9)逆变器的传递函数为：啪)2去(3．10)式中：kp．m是逆变器放大倍数，若采用SPWM调制，则通常取kl。／m=己么／2，己么为逆变器直流侧电压；z_。是逆变器的时间常数，考虑到波形计算、发生等环节有半个周期的延迟，可取乙。为开关管周期的一半。滤波器传递函数为：G3(s)2而1(3·11)于是可得不考虑PI控制器的系统开环传递函数为：磁(s)=G2(s)G3@)=—T∥垒ms生+l上Ls+r(3．12)考虑PI控制器，并采用零极点相互抵消的方式，以提高系统的性能，因此令PI控制器中传递函数中的七。、砖与滤波器传递函数中的上、r有如下关系：_kp：墨(3．13)于是可得加入PI控制器后的系统开环传递函数为：陟：(s)=G1(J)G2(s)G3(J)=姜{；i：等(3．14)则闭环传递函数为：．31— 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法哪，=焉=瓦‰—(k∥mk—)lr(3．15)一一一一!五苎s：+上s+!叠型!其特征多项式为二阶形式，根据-阶-r-程最佳参数设计方法，可令阻尼下降系数取值为：善2诱丽12譬(3．16)铲孤i丽一了u_∞则：％3瓦L(3．17)r恕=——‘2k。啊，根据式(3．17)可确定PI控制器参数的初值，再根据仿真或者实验结果对PI参数进行调整。3．3恒压恒频控制方法微电网的运行需要电压和频率的支撑，当微电网与大电网并网运行时，可以由大电网提供稳定的电压和频率支撑。当大电网发生故障或者需要检修时，微电网需要与大电网解列并进入离网运行模式。离网运行时，需要由微网内部的分布式电源提供电压和频率支撑，才能安全运行。这就是对分布式电源采用恒压恒频控制(v／f控制)的目的所在。V／f控制，是指无论分布式电源发出的功率如何变化，输出电压和频率依然稳定。光伏发电和风力发电受环境的影响很大，具有明显的间歇性。若失去光照或者风力消失，光伏DG和风力DG就会退出运行。故此类DG不能持续稳定的运行，不适宜为微网的运行提供电压和频率支撑。微型燃气轮机、燃料电池和蓄电池等微电源，受外界干扰较小，可以稳定的输出电能。当微电网并网运行时，这些DG可以采取PQ控制方法，控制有功和无功出力按计划输出；当微电网离网运行时，这些DG中的一个可以转换为V／f控制，剩余的分布式电源依然采用PQ控制方法，．32． 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法微电网继续稳定运行。3．3．1V／f控制原理V／f控制方法，是指控制逆变电源的输出电压和频率稳定。该方法通常采用电压外环和电流内环的双闭环控制策略，电压外环用以保证输出电压能够跟随参考值，电流内环则提高了系统的稳定性。电流内环分为电容电流内环和电感电流内环，若采用电感电流做内环，系统稳定性更好，采用电容电流做内环，系统外特性更硬。本文采用电容电流做内环。图3．4V／f控制原理图Fig．3．4TheprincipleofV／fcontrol在旋转坐标系下，d轴和q轴的设计完全相同，因此，dq轴的可以合并设计。由图3．4可得，逆变器采用SPWM调制，三，、C，、R，分别是LC滤波器的电感、电容和小电阻，L，与C，参数的设计与并网系统类似。为滤波器串入一个小电阻r，是为了抑制LC滤波器的震荡。z删为负载阻抗。电网电压首先经过park变换得到％、Ⅳ。，％、甜。再通过电压外环对d、q轴参考电压甜州、“g阿进行跟踪，得到电流内环的参考信号。电容电流与参考电流经电流内环生成参考电压信号，再通过SPWM调制，生成逆变器开关信号。同时，为了保证系统的频率稳定，V／f控制中的dq变换频率为50Hz，由虚拟锁相环产生。图3．5为参考电压合成部分的框图。此系统为强耦合系统，因此引入电压状态反馈∞C“耐、cOCuq,可以实现解耦，其原理与PQ控制系统设计中引入电流状态反馈原理相似，此处不再赘述。电压外环采用PI控制器，电流内环采用P控制器。．33． 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法Uarq-、钳耐通过电压电流双环控制，得到电压信号”d’和甜g‘。Ud’Uq*经SPWM调制，生成逆变器开关驱动信号。——幢豇]‰：r群t—IUdl厂一伍己+『!_—计；：+uqrq"+。r；_+工!{一丫甘誓lL_!型电压外环电流内环图3．5逆变器驱动信号合成部分框图Fig．3．5Theblockdiagramofdrivesignalsynthesis本文的V／f控制中的电压参考值均为Ud=311V，“，=0V，频率则由虚拟锁相环给定，大小为50Hz。3．3．2V／f控制系统参数设计由图3．4可得如下数学关系：z，a出i,_=％一％c，dun：0一屯djtuIH其中，玎值可取a、b、c，分别代表abcZ相系统控制框图如下：(3．18)图3．6双环控制框图Fig．3．6Theblockdiagramofdoublecontrolloops其中，电压PI控制器传递函数为％+屯／s，电流P控制器传递函数为％、sPwM控制的逆变器传递函数为～。，滤波电感传递函数为1／正，滤波电容传递一34．。．_。．_。堡。生||懂凰～ 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法函数为1／5C。参考电压经PI控制器环节得到参考电流，参考电流再经P控制器环节、逆变器环节和滤波环节得到滤波输出电压。为了推导出控制器的参数，对双闭环分开考虑。(1)电流内环P控制器参数设计由图3．7可得：图3．7电流控制部分框图F远．3．7Theblockdiagramofcurrentcontrolloop[(曲一芒)～‰一％】×瓦1一‘=fc．1‰2七×iSL以fc为输出，fc町为输入，上式可转化为：毛=尚h一(2)电压外环PI控制器参数设计LCs2(3．19)(3．20)图3．8电压控制部分框图Fig．3．8Thebrockdiagramofvoltagecontrolloop由图3．8可得：哳x。+(‰一％)％+争)=b(3．21)将式(3．20)代入式(3．21)，可得：．35． 万方数据东北大学硕士学位论文笫3章微电网逆变器控制方法驴蹦畿一_@22，。面万硒i再瓦砑=丽再面ik故电流比例内环传递函数q(s)、电压比例积分外环传递函数岛(s)以及逆变器等效输出阻抗z(5)为：一矗‰啪，=素锯筹铸等惫蠢B23，邵)2面瓦巧再篆未而两瓦电压外环传递函数的推导是建立在电流内环传递函数的基础上，因此电压外环的特征多项式D(s)即为整个双闭环系统的特征多项式，具体表达式为：肿^牛^掣J+訾B24，这是一个三阶系统，设其闭环期望极点为：s。=一§∞r+j∞r再孑是=一触一以正了(3．25)邑=一m善co,式中：S、是为主导极点；S为非主导极点。将D(s)以极点的形式表示，可得：D(J)=(J一_)(s一是)(s一为)=(s2+2900ds+co2)(J+，竹善弛)(3．26)对比(3．24)和(3．26)可得：(2+m)氟=强L(1+2mf2)q2一％‰b。+l￡C耐=警对式(3．27)进行整理，即：．36一(3．27) 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法％2鼍警％：—(1+了2—mg—2)—cor一2LC-1(3．28)2”印(+m)参co,LV。⋯吒。=西m孝丽COr3甄LC因此，可根据式(3．28)确定PI控制器和P控制器参数的初值，再根据仿真或实验的实际效果对参数进行调整。3．4下垂控制方法下垂控制(Droop控制)源于逆变器并联控制技术，通过模拟同步电机的外特性对逆变器实施控制，可以实现有功和无功功率在逆变器间的均匀分配，均流过程无需电源之间的通信，适合微电源即插即用【651。3．4．1Droop控制原理图3．9Droop控制原理图Fig．3．9TheprincipleofDroopcontrol下垂控制结构主要包括功率控制部分和电压电流双环控制部分。功率控制部分包括功率计算模块和下垂控制模块，电压电流双环控制部分与V／f控制的双环相．37． 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法同。下垂控制源于逆变器并联技术，因为当微电网孤岛运行时，相当于多个逆变器并联，其实质可概括为：在逆变电源的并联系统中，各个逆变单元首先计算自身的输出功率，然后利用下垂控制得到频率和输出电压幅值的指令值，最后通过调节频率和输出电压幅值以达到系统有功功率与无功功率的合理分配。由图3．9可得，系统首先采集电压和电感电流，计算出逆变器输出的有功功率和无功功率。再将有功功率和无功功率经过下垂控制模块产生频率和电压信号。信号再经电压电流双闭环得到SPWM的驱动信号。Droop控制的双环部分与Vlf控制的双环部分相同，两种控制方法最大的区别在于V／f控制中电压外环的参考信号是人为给定的，而Droop控制中电压外环的参考信号是通过功率控制部分计算得到的。下垂控制源于逆变器并联技术，因此下面以两个逆变器并联为例对下垂控制的原理进行介绍。v二8c，6圪么瓯图3．10两逆变器并联结构图Fig．3．10Theparallelconnectionoftwoinvertors如图3．10所示，系统包含a和b两个逆变电源，对逆变电源a进行分析，电源b的分析同理可得。电路a侧电压向量为vozso，b侧电压向量为K么暖，O点电压为VZO，则逆变器a向0点输出的复功率表达式为：so=Po斗：Qo=Vxio。叫【坚笔筹业]’。2∞由上式可见，功率计算公式较为复杂，下面分两种情况对上式进行简化。(1)当逆变电源所在支路的阻抗呈感性，即．x远远大于R时，可以忽略R，同时J通常很小，可以近似得到如下关系：I兄≈0{sinS=≈80(3．30)【cos80≈1将13。30)代入复功率计算公式(3．29)，可得：．38． 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法并联系统的输出电压幅值矿往往是系统需要重点保持稳定的参数，其变化量不大，可以近似看作为一个常数。则式(3．31)表明，当逆变电源a所在支路的阻抗呈感性时，该电源输出的有功功率只主要取决于功角瓯，无功功率Q主要取决于电源输出电压的幅值圪。幅值控制只需直接控制逆变电源输出电压的幅值即可，而功角控制则通常不是直接对功角进行控制。功角J与角速度∞、频率厂之间存在如下的关系：一d6：—竺：ff3．32)防2万。在实际情况中，主要通过调节角速度国或频率厂以实现功角控制。综上所述，逆变电源输出的有功功率与频率存在近似线性关系，无功功率则与输出电压的幅值存在近似线性关系。(曲P-f下垂曲线(b)Q-V下垂曲线(a)ThecurveofP．fdroopcontrol(b)ThecurveofQ-vdroopcontrol图3．II下垂曲线Fig．3．11Thecurveofdroopcontrol根据图3．11，可以得出如下公式：j，=z—m(P-只)∞3)弋lj．jjf【矿2％一nO式中：P为逆变器输出有功功率；五为电网额定频率；m为e-f垂系数；Q为逆变器输出无功功率；圪为逆变电源输出无功功率为0时对应的输出电压幅值；肛为Q—y无功下垂系数。下面对下垂曲线图中的A、B、C、D四个运行状态进行分析。在e-f下垂曲线中，假设系统初始运行状态为A点。当系统有功负荷突然增大时，系统有功出．39，旷一屯二匕警号￡Q 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法力不足，导致频率下降。此时，Droop控制器发挥作用，根据频率的减小，调节系统输出的有功功率按Droop特性增大，运行状态从A点过渡到B点，进入新的平衡状态。当系统有功负荷突然减小时，频率上升，Droop控制器调节系统的有功出力减小，运行状态向A点方向过渡。同理，Q—y下垂曲线的调节过程类似。当系统无功负荷增大时，导致电压幅值下降，Droop控制器调节系统运行状态从C点过渡到D点，当无功负荷减小时，系统运行状态从D点向C点方向过渡。(2)当逆变电源所在支路的阻抗呈感性，即X远远小于R时，可以忽略X，同时万很小，可得：lxo≈0{sinSo≈80(3．34)【cosS．≈l将(3．34)代入式(3．29)，可得：即当逆变电源a所在支路阻抗呈高阻性时，有功功率主要取决于输出电压的幅值，无功功率主要取决于功角。因此可以得到：{；三羔二mn'弋QP一昂)c336，【厂=五一p。哪式中：优+为P-V下垂系数，n’为Q一厂下垂系数。本文采用P—f、Q—V下垂关系，且￡=10kW，Z=50Hz，v0=311V。图3．12下垂控制模块框图Fig．3．12Theblockdiagramofdroopcontrolmodule综上所述，可以对功率控制部分中的下垂控制模块进行设计，结构如图3．12所示。40竿争￡Q 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法3．4．2Droop控制系统参数设计3．4．2．1下垂系数的设计由图3．11可知，根据B、D的坐标可以求得脚、，2的表达式。将下垂曲线的B点坐标(P蚴，厶)代入(3．33)dPffOe-f关系式，将D点坐标(Qm。，‰)代入Q—v关系式，整理可得：m：丛芝矿j”(3．37)聆：盟V⋯7‰同时，分布式电源输出的有功和无功功率需满足下式：{兰差童‰㈣【一Qm缸≤Q≤QkV⋯7式中：‰为微电源频率下降时允许的输出的最大有功功率；只为额定频率下的输出有功功率；Z为微电网的额定频率；厶。为微电源输出最大有功时允许的最小频率；‰为微电源电压下降幅度达到最大允许值时输出的无功功率；z0为微电源输出无功等于0时的输出电压幅值；‰为允许范围内的最小电压幅值。3．4．2．2电压电流双闭环系统的设计Droop控制是建立在V，f控制的基础之上，其双环推导过程与V／f控制相同，故此处不再赘述Droop控制的双环推导过程。Droop控制与v／f控制的区别在于，V／f控制的参考电压和频率是人为给定的，而Droop控制的电压和频率信号是通过下垂控制模块得到的。3．5滤波器的设计逆变器使直流电可以并入交流网络，但是也带来了大量的谐波污染。当逆变器的开关频率很高时，会在开关频率处会产生大量的电压电流纹波。因此，设计合理的滤波器，对于提高逆变器输出电压和电流的质量至关重要。滤波元件的设计，不仅影响电路的动态和静态响应，还直接与系统损耗相关。本文采用LC滤波器[661，拓扑结构如下：41 万方数据东北大学硕士学位论文第3章微电网逆变器控制方法图3．13滤波器结构图Fig．3．13Thestructureoffilter其中，串入电阻值很小的电阻r，可以有效的抑制LC滤波器的震荡。滤波器的设计，要考虑几方面的因素。如果电感L和电容C的参数过大，滤波电路的体积和重量也会较大，导致相位滞后增大，进而影响整个闭环系统的稳定性，同时增大电路成本。如果电感L和电容C的参数过小，将难以发挥滤波的功能，电压和电流失真，无法输出较好的正弦波。同时，还应尽可能减小电感和电容造成的基波损耗。滤波器参数设计的经验公式为[67】为：卜去<去石B39，【fc22万√0C，式中：石为基波频率；五为滤波器的谐振频率；石为SPWM的载波频率；三，为滤波电感：C，为滤波电容。滤波器应用于大功率电路时，式(3．39)较难满足，此时可以采用下式：赢心万石0(3．40)工程实际中常采用式(3．40)。3．6本章小结本章详细的介绍了PQ控制、V／f控制和Droop控制的原理以及控制器的设计过程，三种方法均采用SPWM调制，同时也给出了滤波参数的选择范围。利用本章推导出的各参数可作为仿真和实验的初值，再根据实际结果对参数进行调整以达到最优效果。42 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略第三章建立了V／f控制、PQ控制和Droop控制的模型，但是微电网是包含多个分布式电源的复杂系统，对单个分布式电源的控制不可能实现控制整个微电网的目的，这就需要提出微电网的整体控制策略。目前，微电网的整体控制策略主要包括主从控制、对等控制以及分层控制。本章将着重介绍主从控制策略和对等控制策略。4．1主从控制4．1．1主从控制原理典型的主从控制微电网结构图如下所示。公共负荷图4．1微电网主从控制结构图Fig．4．1Thestructureofmaster-slavecontrolstrategy．．43．． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略如图4．1所示，在主从结构的微电网中，主电源可以工作在V／f控制模式下，也可以工作在PQ控制模式下，而从电源则一直工作在PQ模式下。微网并网运行时，由配电网提供微网运行所需的电压和频率，此时主微源和从微源均采用PQ控制方式。当微电网孤岛运行时，主控电源迅速由PQ控制切换到V／f控制，为微电网提供电压和频率支撑，从电源则继续保持PQ控制方式。因此，主从控制最大的特点就是微网内的主电源和从电源具有不同的职能。当微电网孤岛运行时，需要由主电源提供微电网所需的电压和频率，这就对主电源的稳定性和容量提出了更高的要求。一旦主电源发生异常，整个微电网的运行必然受到影响甚至崩溃。4．1．2主从控制仿真分析为了验证主从控制策略的可行性，本节共设计了三个算例用以验证不同情况下主从微电网的整体控制性能。(1)算例1：本算例是为了验证参考功率发生变化时，主从控制策略中采用PQ控制方法的分布式电源能否跟踪参考功率。仿真时间为6s，前3s微电网并网运行，后3s孤岛运行。系统包含两个DG，DGl为主电源，DG2为从电源。并网运行期间，主电源DGl和从电源DG2均采用PQ控制方法，3s时微电网从主网解列，DGl切换到V／f控制，DG2控制方法不变。图4．2算例1仿真模型Fig．4．2Thesimulationmodelofcase1DGl作为主电源，当微电网并网运行时要求其工作在PQ模式，微电网离网运行时则要求其工作在V／f模式。DGl工作模式的切换，其实质为电流控制和电 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略压控制的切换，可能会造成较大的冲击。因此，微电网的无缝切换和平滑切换是微网技术研究的重点内容之一。为了避免冲击，需要对传统的PQ控制和V／f控制进行一些处理，文献【68】、[69]、【70]均提出了微电网的无缝切换和平滑切换控制策略，本文由于篇幅有限，故对其工作原理不再赘述。算例l主要参数设计如下：表4．1算例1主要参数Table4．1Themainparametersofcase1DGDGl：u出=1000V，DG2：Udc=800V运行0～3s微电网并网运行，DGl和DG2均为PQ控制过程3～6s微电网离网运行，DGl为v／f控制，DG2为PQ控制负荷1‰=6kW．‰=2kVar负荷2‰=5kW，Q耐=3kVar大电网线电压有效值U=380V仿真结果如图所示：t／s(a)DGl的有功功率参考值(a)ThereferenceactivepowerofDGl108；6卫≥42O123456t／s(c)DGl输出的有功功率(c)TheactivepowerofD01．．45．．108≥6卫≥d2Ot／s(b)DG2的有功功率参考值(b)ThereferencereactivepowerofDGlt，s(d)DG2输出的有功功率(d)ThereactivepowerofDG2 万方数据东北大学硕士学位论文t／s(e)DGl的无功功率参考值(e)ThereferencereactivepowerofDGl(g)DGl输出的无功功率(g)TheactivepowerofDG2(i)大电网向微电网注入的有功功率(i)TheactivepowerfromtraditionalgddtoMicro·grid第4章微电网整体控制策略t／s(f)DG2的无功功率参考值(f)ThereferencereactivepowerofDGl(h)DG2输出的无功功率(h)ThereactivepowerofDG20)大电网向微电网注入的无功功率fj)ThereactivepowerfromtraditionalgddtoMicro-grid∞母线B5处的电压∞TheVoltageofB5．．46．．一一一㈣一～㈣黻一黼㈣燃一9一㈣驴一㈣一～黼㈥嬲一一㈣一O0O0O0O星柏{；；∞竹∞砌鲫砌． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略t4s(1)系统频率(1)ThefrequencyofMicro-grid图4．3算例I仿真结果Fig．4．3Thesimulationresultsofcase1由图4．3(c)、(d)可以看到，前3s内微电网并网运行，DGI输出的有功功率从6kW降到4kW，再升到5kW，DG2输出的有功功率从4kW升到8kW，再降到6kW，这与(a)、(b)中DGl和DG2有功功率参考值的变化规律一致。3s时，微电网从大电网解列，进入孤岛运行模式。这时，主电源DGI转换为v／f控制方式，DG2仍然保持PQ控制方式不变。微电网离网后，不再与大电网发生功率交换，而DG2的输出只能跟随参考值，所以由DGl承担DG2的输出功率与负荷需求的差值部分(即当DG2的输出功率高于负荷需求时，DGl吸收多余的功率：当DG2的输出功率小于负荷需求时，DGl补充不足的功率)。因此在微电网离网运行期间，DGl的有功出力为7kW-3kW-5kW，DG2的有功出力为4kW-8kW-6kW，始终满足两个负荷共llkW的有功需求。由图4-3(g)(h)可以看到，并网运行时，DGl输出的无功功率从4kVar降到2kVar，DG2输出的无功功率从2kVar升到3kVar，都能有效跟踪各自的无功功率参考值。孤岛运行时，DGl的无功出力用于弥补DG2的无功出力与负荷无功需求的差值部分，DG2依然根据参考值确定自己的无功出力。3,-一4s内，DGl的无功出力为3kVar，DG2的无功出力为2kVar。4,-一6s内，DGl和DG2的无功出力分别为2kVar和3kVar。可以看到，在微电网孤岛运行期间，DGl和DG2的无功出力满足两个负荷共5kVar的无功需求。图4．3(i)是大电网向微电网注入的有功功率波形图。0一'ls时，DGl和DG2的有功出力只能跟随参考值，未能满足负荷的需求，因此由大电网承担功率缺额，向微电网注入lkW的有功功率。1～2s时，DGI和DG2的有功出力大于负荷需求，因此多余的lkW有功功率被大电网吸收，即大电网向微电网注入一lkW的有功功率。2～3s时，DGI和DG2的有功出力等于负荷需求，因此大电网不再向微．47． 万方数据东北大学硕士学位论文笫4章微电网整体控制策略网注入有功功率。图(．j)是大电网向微电网注入的无功功率波形图。0--一ls时，大电网吸收DGl和DG2高于负荷需求的无功出力部分，因此大电网向微网注入．1kVar的无功功率。1"--3s时，DGl和DG2的无功出力刚好与负荷需求持平，因此大电网不再向微网注入无功功率。3s后，微网解列，大电网不再与微网发生功率交换。图4．3(k)是母线B5处的电压在2．5"3．5s时的波形。可以看到，3s时，由于大电网的切除和DGl控制模式的转变等动作，导致电压有一定变化。大约经过0．04s，电压重新恢复稳定，这说明DGl的V／f控制能够起到电压支撑的作用。图4．3(1)是微网频率图。可以看到，频率的初始值为50Hz，且其变化范围始终在49．9997Hz'～50．0003Hz之间，这说明系统的频率一直很稳定。(2)算例2本算例是为了验证负荷的投切对主从结构微电网的影响。仿真时间为4s，0～1s微电网并网运行，1～3s微电网离网运行。DGl为主电源，DG2为从电源。并网运行时，DGl和DG2都采用PQ控制；离网时，DGl采用V／f控制，DG2仍然采用PQ控制。负荷1为重要负荷，始终保持正常工作状态。负荷2为次要负荷，2s时被切除，3s时再投入运行。系统仿真模型如下：图4．4算例2仿真模型Fig．4．4Thesimulationmodelofcase2系统主要参数设计如下：．．48．． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略表4。2算例2主要参数Table4．1Themainparametersofease2DGl与算例I相同DG2与算例1相同O～1s并网运行(DGl、DG2均为PQ控制)运行DGl：％=6kW，％=2kVar；DG2：％=4kW，％=3kVar过程1～4s离网运行(DGl为v／f控制、DG2为PQ控制)DGl：‰=311V，％=0V；DG2：％=4kw，％=3kVar负荷1‰=5kW，‰=3kVar负荷2‰=6kW，(≥删=3kVar(2s时切除，3s时再投入运行)大电网线电压有效值U=380V6至4n2O仿真结果如下：64苫主2’、d01234t／s(a)DGl输出的有功功率(a)TheactivepowerofDGl234t／s(c)DGl输出的无功功率(c)ThereactivepowerofDGl．．49．．；卫、山t／s(b)DG2输出的有功功率(b)TheactivepowerofDG2(d)DG2输出的无功功率(d)ThereactivepowerofDG2 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略t／s(e)大电网向微电网注入的有功功率(e)TheactivepowerfromtraditionalgddtoMicro-gdd(f)大电网向微电网注入的无功功率(f)TheactivepowerfromtraditionalgridtoMicro—grid-4呷．82．22．42．8t，s(曲母线B5处的电压瞧)TheVoltageofB5卜厂／／／—L——厂—_『一t，s(h)系统频率∞ThefrequencyofMicro·gdd图4．5算例2仿真结果Fig．4．5Thesimulationresultsofcase2．．50．． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略首先分析主电源DGI。由图4．5(a)、(c)可得，主电源DGl在并网运行的0～1s期间，由于采用PQ控制方式，其输出的有功和无功功率由参考值决定。l"一4s时，微电网孤岛运行，DGl的有功和无功出力等于DG2的输出功率与负荷需求的差值。由于负荷2在2s时切除，3s时重新投入，导致负荷的需求发生改变，因此DGI的有功出力和无功出力也会产生相应的变化。DGl在1～4s的有功出力为7kW-IkW-7kW，无功出力为3kVar-0kVar-3kVar，有功功率和无功功率的变化对应于负荷2的切除与再投入，这就说明了负荷需求的改变量完全由主电源承担，因此主从结构的微电网往往要求其主电源容量较大。现在分析从电源DG2。由图4．5(b)、(d)可得，DG2输出的有功功率始终为4kW，无功功率始终为3kVar。这是因为DG2自始至终均工作在PQ模式下，其有功和无功出力由参考值决定，负荷需求的改变不会影响DG2的工作状态。这说明当微网内部的负荷需求发生改变时，从电源依然能够有效跟踪参考功率。图4．5(e)、(f)是大电网向微电网注入的有功和无功功率。O一'ls时，微电网并网运行，DGl和DG2的出力由参考值决定，因此需要大电网来承担微网内的功率缺额。并网运行期间，微网系统内的有功缺额为lkW，无功缺额为lkVar，所以大电网在0～ls内向微电网注入lkW的有功功率和lkVar的无功功率。1"--4s时，微电网与大电网解列，因此大电网不再与微电网进行功率交换。图4．5乜)是母线B5处的电压在1．8"-'3．2s时的波形。可以看到，负荷的投切不会影响电压，主电源能够有效支撑微网的电压。图4．5(11)是微网系统的频率。频率在1s、2s和3s时有很小的畸变，对应于微电网从并网到孤岛的切换和负荷2的切除与再投入。可以看到，系统频率的变化量极小，说明频率也是很稳定的。(3)算例3：本算例是为了测试孤岛运行的主从结构微电网的并网特性。仿真时间为4s，O～ls内微电网孤岛运行，主电源DGl采用V／f控制方法，从电源DG2为PQ控制。1s时，切除主电源DGl，DG2与大电网并网，2s时，切除负荷2，3s时负荷2再投入运行。仿真模型如下所示：．51． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略DG2B3B4(PQ)图4．6算例3仿真模型Fig．4．6Thesimulationmodelofcase3算例3主要参数设置如下：表4．3算例3主要参数Table4．3Themainparametersofcase3DGDGl：U出=1000V；DG2．Udc=800VO～1s离网运行(DGl为V／f控制，DG2为PQ控制)仿真DGl：‰2311V，％=0V；DG2．％=6kW，％=3kVar过程1-、,4s并网运行(DGl被切除，DG2为PQ控制)DG2-％=6kW，％=3kVar负荷1‰=7kW，‰=3kVar负荷2e／oad=6kW，‰=5kVar(2s时切除，3s时再投入运行)仿真结果如下所示：(a)DGl输出的有功功率(a)TheactivepowerofDGl．．52．．(b)DG2输出的有功功率(b)TheactivepowerofDG2 万方数据东北大学硕士学位论文笫4章微电网整体控制策略(c)DGl输出的无功功率(c)ThereactivepowerofDG1(e)大电网向微电网注入的有功功率(e)TheactivepowerfromtraditionalgridtoMicro-grid400200；0．200408．5o．60．7o．8019圄4妻2aO-21毛s34(d)DG2输出的无功功率(d)ThereactivepowerofDG2(f)大电网向微电网注入的无功功率(f)ThereactivepowerfromtraditionalgddtoMicro-grid1．11．21．31．41．5(曲母线B5处的电压(曲TheVoltageofB5(h)系统频率(h)ThefrequencyofMicro-gdd图4．7算例3仿真结果Fig．4．7Thesimulationresultsofcase3．．53．． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略由图4．7(a)、Co)、(c)、(d)可得，0"ls时，DGl和DG2输出的有功功率分别为7kW、5kW，无功功率分别为6kVar、3kVar，满足两个负荷共计13kW的有功需求和8k、协的无功需求。1s时，切除DGl，因此DGl不再参与出力。DG2在0～4s内均保持PQ控制方式，其输出的有功功率和无功功率不变。这说明微电网并网后，能够重新接受来自大电网的电压和频率支撑，使从电源工作在正常状态。图4．7(e)、(f)是大电网向微电网注入的有功和无功功率。1s时，DG2并网，大电网开始参与出力，补充DG2输出功率低于负荷需求的部分。2s时，由于切除负荷2，大电网降低有功和无功出力，3s时，负荷2再次投入运行，大电网提高功率输出，以重新满足负荷的需求。而DG2的出力则一直跟随参考值。这说明，DG2由于工作在PQ模式下，它的输出功率只能由参考值决定，负荷需求的变化完全由大电网承担。图4．7(g)、(11)分别为母线电压和系统频率。可以看到，DG2并网前后，系统的电压和频率基本没有变化。这说明，大电网能够接替主电源对微电网起到支撑的作用。通过对以上3个算例的仿真研究，可以看出，主从微电网中的主电源能够在微电网孤岛运行时提供电压和频率支撑，从电源能够按照参考值输出有功功率和无功功率。当微电网并网运行时，由提供压频支撑的大电网承担负荷的变化，微电网离网运行时，由提供压频支撑的主电源承担负荷的变化，因此主电源的容量和稳定性对于孤岛运行的主从微电网有着至关重要的作用。4．2对等控制4．2．1对等控制原理对等控制，顾名思义，是指各微电源的地位是平等，没有主次之分，也即对各微电源采用相同的控制方式。对等控制一般基于下垂控制或者倒下垂控制方式。本节讨论建立在下垂控制基础上的微网对等控制策略。．．54．． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略配电网公共负荷图4．8微电网主从控制结构图Fig．4．8Thes仃ucnlreofmaster-slavecontrolstrategy如图4．8所示，对等微网中的所有微电源均采用相同的控制方法，无论微电网工作在并网模式下还是离网模式下，各微电源的控制方法不会发生改变。而主从微电网切换工作模式时，需要相应的调整主电源的控制方法，以满足系统运行的需要。这就说明，在对等微网中，每个分布式电源的“地位”相等，没有互相依赖的关系，而在主从微网中，主电源对于微电网有很大的影响，从电源依赖于主电源提供的电压和频率，因此主电源的“地位”远远高于从电源。当对等微网孤岛运行时，同样需要电压和频率的支撑。通过第三章的分析，可以知道，Droop控制方法是建立在V／f控制方法的基础之上，有的文献直接将Droop控制的本质总结为v／f控制，这就是说，Droop控制也能起到提供电压和频率支撑的功能。由于对等微电网中的各个分布式电源“地位”相同，所以每个DG都会参与调节微电网的电压和频率，同时，某个DG的退出和加入，也不会影响系统整体的运行效果，各DG之间没有相互依赖的关系。在上一节的主从控制策略仿真分析中，微电网并网运行时由大电网提供电压和频率支撑。本节为了更好地验证对等微网内各分布式电源的调压调频能力，不．．55．． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略考虑大电网的影响，即微电网孤岛运行。4．2．2对等控制仿真分析本节共设计三个算例对对等结构微电网进行仿真研究。(1)算例一：本算例是为了验证对等控制策略下的微电源“地位”是否等同，即某个微电源的退出是否对其它电源的运行造成影响。如果没有影响其它电源的正常工作，则说明微电源之间没有相互依赖性，“地位”对等。DGl和DG2均采用下垂控制方法。仿真时间为ls，0．5s时开关断开，DG2从微网中切除，DGl独立支撑系统。算例1仿真模型如下：图4．9算例1仿真模型Fig．4．9Thesimulationmodelofcase1系统主要参数设置如下：表4．4算例1主要参数Table4．4Themainparametersofease1％=1200V，R，=o．01Q，0=0．8x10。3H，C，=1800x10_6FDGl￡=10kW，Z=50HZ，z0=311VDG2参数与DGl相同(O．5s时切除)m=3x10一，刀=2x10。DGl的Droop参数％=5，吒=80，％23DG2的Droop参数参数与DGl的Droop相同负荷1P=6kW，Q=0kVar负荷2P=4kW，Q=0kVar．．56．． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略仿真结果如下图所示：(a)DGl输出的有功功率(a)TheactivepowerofDGl(b)DG2输出的有功功率(b)TheactivepowerofDG2400E__—i—______—————_200·之。一3砌f一4000o．10．20．30．40．50．6o．7o．8o．91t／s(c)母线B2处的电压(C)TheVoltageofB2t／s(d)系统频率(d)ThefrequencyofMicro-grid图4．10算例1仿真结果Fig．4．10Thesimulationresultsofcase1从图4．10(a)、(b)可知，在0～0．5s内，DGl和DG2分别输出5kW的有功功率，以满足两个负荷共计10kW的有功需求，动态响应时间大约为0．02s。由于DGl和DG2的参数完全相同，因此两个DG均分负荷的有功需求。O．5s时，由于DG2被切除而负荷不变，因此DGl承担系统内所有的有功需求。DGl的有功出力．57． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略大约经过0．03s上升至10kW。由图4．10(C)可得，为了使微电网系统的功率平衡，DGl以降低频率的方式增大有功出力。系统频率的初始值为50．3Hz，大约经过0．03s后，系统频率稳定在50．15Hz，0．5s时，频率再次下降，大约经过0．03s后，稳定在50Hz。将频率变化与式(3．33)联系起来可知，当DGl的有功出力为0kW时，对应的频率为50．3Hz；DGl的有功出力为51(W时，对应的频率为50．15Hz；当DGl的有功出力为10kW，即P=只时，频率．厂则正好等于额定值50Hz。可见，频率的变化值与DGl的有功功率变化值满足式(3．33)，系统以牺牲频率的方式增大DGl的有功出力，这印证了有功功率和频率的Droop特性。从图4．10(d)可以看出，DG2切除时，B2处的电压仅有很小的跌落，并随即恢复，说明DG2的切除对于电压基本没有影响。由于本算例中并未涉及到无功功率的变化，由式(3．33)可知，无功功率不发生变化时，电压也不会发生变化。(2)算例二：本算例是为了验证负荷的投切对于对等微网的影响。系统包括两个DG和三个负荷。DGl和DG2均采用Droop控制方法。负荷1和负荷2是重要负荷，保持工作状态不变。负荷3为次要负荷，可投切。仿真时间为1．5s，0．5s时开关断开，切除负荷3，1s时开关闭合，负荷3重新投入运行。DGl，DG2以及各自的下垂系数与算例1中相同，负荷1的参数为‰=6kW，‰=0kVar；负荷2的参数为‰=4kW，‰=0kVar；负荷3的参数为‰=10kW，‰=0kVar(0．5s时切除，1s时再投入运行)。算例2仿真模型如下：图4．11算例2仿真模型Fig．4．11Thesimulationmodelofease2．．58．． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略仿真结果如下：(a)DGl输出的有功功率(a)TheactivepowerofDGl(b)DG2输出的有功功率(b)TheactivepowerofDG20．51t／s(c)母线B5处的电压(c)TheVoltageofB5(d)系统频率(d)ThefrequencyofMicro—gdd图4．12算例2仿真结果Fig．4．12Thesimulationresultsofcase2由图4．12(a)、(b)可以看到，DGl和DG2在系统整个运行期间均分功率。0-0．5s内，DGl和DG2输出的有功功率都是10kW，满足三个负荷共计20kW的有功需求，暂态响应时间大约为0．03s。0．5s时，由于切除负荷3，系统的有功需求下降．59．jiil㈣喜茎㈣㈣㈣㈣删㈣㈧㈣㈥㈣㈣㈣㈣㈣蓁|㈣㈣㈣删舢i?iiiiiii¨¨i6ijiiiiM㈣㈨：三⋯瓢川⋯⋯⋯ⅢM㈣㈨㈨川叫非洲川⋯㈨㈣川niiiiijijjjm⋯iiijjii¨i悯⋯川删删⋯茎薹ⅨijiiiiiUⅢⅢmml．1l●¨¨i聊⋯Ⅲ删⋯川加扣 万方数据东北大学硕士学位论文笫4章微电网整体控制策略为10kW。DGl和DG2共同承担功率的下降，各自减少5kW的有功出力，功率下降的暂态响应时间大约为0．03s。ls时，负荷3重新投入运行，DGl和DG2的有功出力均从5kW回升至10kW，功率上升的暂态响应时间大约为0．03s。由图4．12(c)可得，电压在O～1．5s内基本没有变化。这是因为投切的负荷仅仅只消耗有功功率，即系统只有有功功率的变化，而无功功率没有发生改变，因此电压也不会发生变化。由图4．12(d)可得，频率初始值为50．3Hz，当分布式电源的有功出力上升至额定值10kW时，频率也下降到额定值50Hz。0．5s时，频率开始上升，并稳定在50．15Hz；ls时，频率开始下降并回到了额定值50Hz，可以看到频率的变化对应于有功功率的变化，符合式(3．33)。(3)算例三：本算例是为了研究微电网分裂为子微网后的特性。系统中包含两个采用下垂控制方法的DG和两个负荷。仿真时间为1s，0．5s时，开关断开，系统分解成两个子微网。DGl和负荷1构成子微网A，DG2和负荷2构成子微网B。DGl，DG2以及各自的下垂系数与算例1中相同，负荷1的参数为‰=8kW，‰=4kVar，负荷2的参数为‰=12kW，‰=2kVar。算例3仿真模型如下：仿真结果如图所示：图4．13算例3仿真模型Fig．4．13Thesimulationmodelofcase3．．60．． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略(a)DGl输出的有功功率(a)TheactivepowerofDGl怕(c)子微网A的频率(c)ThefrequencyofMicro一出dAt／s(e)DGl输出的无功功率(e)ThereactivepowerofDGl．61．t／sCo)DG2输出的有功功率(b)TheactivepowerofDG2t／s(d)子微网B的频率(d)ThefrequencyofMicro一舒dB(f)DG2输出的无功功率(DThereactivepowerofDG2 万方数据东北大学硕士学位论文笫4章微电网整体控制策略4002>＼3．2‘4000o2o．4o．6o81t／s(曲母线B2处的电压(DTheVoltageofB24002>＼3．2钏UO0．2o40160．81t／s0a)母线B4处的电压(h)TheVoltageofB4图4．14算例3仿真结果Fig．4．14Thesimulationresultsofcase3先根据图4．14(a)、(b)、(c)、(d)分析有功功率与频率的Droop关系。0---0．5s内，DGl和DG2均分两个负荷的有功需求，有功出力都是10kW。0．5s时，开关断开，DGl和负荷1构成子微网A，DG2和负荷2构成子微网B。系统分裂成两个子微网后，两个DG独立承担各自负荷的需求。因此DGl的有功出力上升至负荷1所需求的12kW，而DG2的有功出力则降至负荷2所需求的8kW。两个子微网均是靠牺牲频率以调节有功输出，前0．5s内AB子微网的频率即分裂前微网的频率。分裂后，子微网A为了增大有功出力以满足负荷的需求，频率开始下降；而子微网B则正好相反，由于负荷的有功需求降低，频率有所上升，以减少有功出力。这说明微电网分裂前后均具有较好的Droop特性。现在根据图4．14(e)、(D、(g)、01)再来分析无功功率与电压的Droop关系。0～0．5s内，DGl和DG2的无功出力相等，均为3kVar，以满足两个负荷共计6kVar的无功需求。O．5s时，系统分裂，子微网A中的电源DGl只需承担负荷1的无功．．62．． 万方数据东北大学硕士学位论文第4章微电网整体控制策略需求，因此无功出力降为2kVar。而子微网B中的DG2为了满足负荷2的需求，无功出力上升至4kVar。0．5s时，子微网A在母线B2处的电压有所上升，以对应DGl无功出力的减少；子微网B在母线B4处的电压则有所下降，以对应DG2无功出力的增加。这也印证了系统的无功功率和电压间的Droop关系。三个算例的仿真结果说明本节所建立的对等微网具有良好的Droop特性，各分布式电源能够根据本地负荷的变化调整输出的有功功率和无功功率。对等控制策略是建立在Droop控制基础之上的微电网整体控制策略，对等微网内各DG“地位”相同，没有主从之分，体现了“即插即用”与“对等”的控制思想。它在调节功率的过程中，虽然牺牲了频率和电压，但是频率和电压的变化量都在允许的范围之内。目前，尽管这种策略依然存在许多问题，但对等微网避免了主从微网中从电源对主电源的依赖，任意一个DG发生故障都不会影响对等微电网的整体运行效果，因而它越来越受到学者们的重视。4．3本章小结本章共建立了6个算例以验证主从控制微电网和对等控制微电网的性能。仿真结果说明，两种控制策略都是可行的，但也暴露了各自的不足。主从微电网的稳定性很大程度上依赖于主电源，主电源一旦故障，可能会导致整个微电网崩溃。而对等微电网的功率平衡需要牺牲频率和电压，当功率变化过大时，频率和电压的变化可能超出允许的范围。．．63．． 万方数据 万方数据东北大学硕士学位论文第5章微电网控制策略的改进第四章通过仿真验证了主从控制策略和对等控制策略的可行性。但两种控制策略均有一定的不足，采用主从控制策略的微电网孤岛运行时，其稳定性十分依赖于主电源，一旦主电源退出运行，容易导致整个微电网的崩溃，因此系统的可靠性不强。对等控制策略的微电网虽然避免了电源间的相互依赖，体现出“即插即用”和对等的控制思想，但是每个DG是通过牺牲频率和电压的方式以调整自身的输出功率，一旦功率变化量过大时，频率和电压的变化量也相应增大，甚至有可能超出允许的范围。因此本章提出一些改进方法，并将改进后的策略结合起来。5。l多主从控制当主从结构的微电网孤岛运行时，其稳定性很大程度上取决于主电源。为了增强系统的稳定性，许多文献提到了可以采用多个电源作为主电源的多主从控制策略，但大部分并未进行仿真分析。因此，本文将通过仿真验证多主从控制策略的可行性。第四章中的所建立的主从控制结构模型，只有一个主电源，也就是单主从控制策略。与单主从控制策略不同，多主从控制策略的微网内含有多个可以采取V仃控制的分布式电源。当微电网孤岛运行时，如果主电源发生故障需要退出运行，别的电源可以从PQ控制方式切换到V／f控制方式，以提供微网运行所需的电压和频率。尽管微网内有多个分布式电源可以作为主电源，但是在同一时间段内，只能有一个电源担当主电源的角色。这是因为如果系统在同一时间段内有多个电源采取V／f控制方式，相当于电源并联运行，容易产生较大的环流。为了验证多主从控制策略的可行性，本节将在MATLAB／Simulink中建立仿真模型。模型包含4个DG，DGI和DG2为主电源，DG3和DG4为从电源。仿真时间为4s，0～ls时，微电网并网运行，4个DG均工作在PQ控制模式下，ls时，微电网与大电网解列，DGl首先作为主电源，切换到V／f控制模式，DG2依然采用PQ控制模式，2s时，模拟DGl发生故障，将DGl切除，DG2切换到V／f控制模式。3s时，模拟DG2发生故障并且大电网恢复正常，因此将DG2切除且DG3和DG4重新并网，DG3和DG4在系统整个运行期间一直采用PQ控制模式。系统主要参数：DGl的PQ参数为％=6kW，幻=2kVar；DG2的PQ参．65． 万方数据东北大学硕士学位论文第5章微电网控制策略的改进数为％=7kW，％=3kVar；DG3的PQ参数为％=5kW，％=3kVar；DG4的PQ参数为％=6kW，％=2kVar；负荷参数为P／oad=8kW，‰=5kVar；大电网参数为线电压有效值U=380V。系统仿真模型如下：干E!!：：Fl|=【一引Ij=LoJ：Il-”wTu⋯B9Bnneker4JThhie-PhllseSoul阿E而Ic鲑i国——Ili-—一‘-_t【_—a幽丰陌诈lDG3矗。’’。矗(Po)十际了；矗=-——lE11r”：[1图5．I多主从控制仿真模型Fig．5．1Thesimulationmodelofimprovedmaster-slavecontrolstrategy系统仿真结果如下：(a)DGl输出的有功功率(a)TheactivepowerofDGl(C)DG2输出的有功功率(c)TheactivepowerofDG2．．66．．k-旧>卫、o．t／s(b)DGl输出的无功功率(b)ThereactivepowerofDG1(d)DG2输出的无功功率(d)ThereactivepowerofDG2_I旧立＼d 万方数据东北大学硕士学位论文第5章微电网控制策略的改进(e)DG3输出的有功功率(e)TheactivepowerofDG3洮(曲DG4输出的有功功率(酚TheactivepowerofDG4“s(i)大电网向微电网注入的有功功率(i)Theactivepowerfromtraditional鲥dtoMicro—grid．．67．t忙(f)DG3输出的无功功率圆ThereactivepowerofDG3t风(h)DG4输出的无功功率(h)ThereactivepowerofDG4t，s0)大电网向微电网注入的无功功率(i)ThereactivepowerfromtraditionalgridtoMicro-grid 万方数据东北大学硕士学位论文第5章微电网控制策略的改进0八t／s(k)系统频率(k)ThefrequencyofMicro-鲥d图5．2系统仿真结果Fig．5．2Thesimulationresultsofimprovedmaster-slavecontrolstrategy由图5．2(a)～(j)可得，0～1s时，所有的DG工作在PQ模式，输出功率由参考值决定。微网内的电源输出功率高于负荷需求的部分由大电网吸收。1～2s时，DGl作为主电源，切换到V／f控制模式，其输出功率由负荷需求与另外三个DG的输出功率的差额决定。2s时，DGl发生故障被切除，DG2作为新的主电源，切换到V圩控制模式，且其输出功率同样由负荷需求与另外两个DG共同决定。3s时，DG2被切除，DG3和DG4重新并网。由于DG3和DG4始终保持PQ工作模式，故其输出功率没有发生变化。频率在微电网解列的时候有很小的畸变，其变化范围在系统整个运行期间保持在49．9996Hz--一50．0004Hz之间。5．2改进下垂系数的对等控制当对等微电网中的负荷需求变化增大时，系统频率和电压的变化也相应的增大。为了避免频率和电压的过度变化，本文将式(3．33)中的下垂系数以一个一次函数替代，即m、，z不再是常数，其表达式为：∞篙暇叩’辑，，将式(5．1)代入式(3．33)，可得：{丢三zZo二晋二nm2Q2‘)只Q—P刀‘只一P’(5．2)【矿=一(啊一”一7式中：确、m2、％、n2均为正数。以有功功率和频率的Droop特性为例，当P增大时，(只一P)减小，而 万方数据东北大学硕士学位论文第5章微电网控制策略的改进[碍一所：(只-e)]增大，则两者的乘积趋于平缓，从而有效的抑制因有功功率的过量改变而造成频率的过度变化。下面通过仿真以对比m为常数和m为一次函数时频率．厂变化幅度的区别。本算例主要验证m的不同形式对于频率的影响，因此取刀值为常数。玎的形式对电压的影响由m对频率的影响同理可得。整个微电网包含两个采用下垂控制的DG，DG参数与4．2中的算例相同，负荷1的参数为‰=6kW，‰=0kVar；负荷2的参数为‰=4kW，Olo口d=0kVar。当m为常数时，下垂系数取值为m=3x10～，力=2x10一；当m为一次函数时，下垂系数取值为m=3x10～一lxl0。9(￡一P)，刀=2x10～。仿真模型如下：DG283(Droop)图5．3改进下垂系数的对等控制仿真模型Fig．5．3Thesimulationmodelofimprovedpeer-to-peercontrolstrategym为常数时的仿真结果如下：t／s(a)DGl输出的有功功率(a)TheactivepowerofDGl．．69．．(b)DG2输出的有功功率(b)TheactivepowerofDG2习d—abC— 万方数据东北大学硕士学位论文第5章微电网控制策略的改进“S(c)系统频率(c)ThefrequencyofMicro一鲥d图5．4m为常数时的系统仿真结果Fig．5．4ThesimulationresultsofMicro-鲥dm为一次函数时的仿真结果如下：量壹t／s(a)DGl输出的有功功率(a)TheactivepowerofDGl5(b)DG2输出的有功功率(b)ThereactivepowerofDG2Vs(c)系统频率(c)ThefrequencyofMicro—grid图5．5m为一次函数时的系统仿真结果Fig．5．5ThesimulationresultsofMicro-grid由图5．4和图5。5可得，无论m为常数或一次函数，均不会影响微网内两个DG的有功出力。m为常数时，在0～0．5s内，f从50．3Hz开始下降，并最终稳定50．15Hz左右，下降了O．15Hz：0．5～ls内，厂从50．15Hz开始上升，并稳定在．70．√一 万方数据东北大学硕士学位论文第5章微电网控制策略的改进50．24Hz，上升了O．09Hz；1～1．5s内，厂从50．24Hz开始下降，并稳定在50．15Hz，下降了0．09Hz。m为一次函数时，0,-一0．5s内，．厂从50．2Hz开始下降并稳定在50．124Hz左右，下降了0．076Hz；O．5-、,ls内，厂从50．124Hz上升并稳定在50．176Hz左右，上升了0．052Hz；1～1．5s内，厂从50．176Hz下降并稳定在50．124Hz左右。由此可以看出，在每个时间段，所为一次函数时的变化量均比m为常数时的变化量小，同时，下垂系数的改变，也不会影响系统的原有输出功率。这就说明，改进下垂系数后，可以有效削弱频率和电压的变化且不会影响系统原有的功率平衡。5．3微电网综合控制策略本节将5．1和5．2所提的多主从控制策略与改进对等控制策略相结合。在分布式发电技术中，微电源种类繁多，各自的特征明显。比如光伏DG和风能DG，属于间歇性能源的范畴，其发电能力很大程度上取决于外部环境。对于该类DG，人们往往更关心能源利用率。因此，风能DG和光伏DG通常采用r'Q控制。对于微型燃气轮机和燃料电池，它们的运行不易受到外界环境的干扰，并且可以接受人为的调节。比如当微型燃气轮机的燃料耗尽时，可以人为得加入新的燃料，以保证发电过程继续。此类DG工作在主从微网时，既可以作主电源也可以作从电源，同时，它们还可以采用下垂控制方法，使微电网工作在对等模式。为了将多主从控制策略与改进下垂系数的对等控制策略相结合，设计如下的算例：微电网中包含四个稳定的DG(如微型燃气轮机和燃料电池等)和一个随机的DG(如光伏电池)。当微网中有随机DG时，为了使随机DG工作在PQ模式，微电网采用多主从控制策略。当随机DG退出运行时(如光伏电池夜晚不能工作)，为了避免电源间的依赖，微电网转为对等控制。同时，为了防止负荷过量改变引起电压和频率的过度变化，下垂系数采用一次函数的形式。五个DG工作模式如表5．1所示：表5．1DG的工作状态Table—5．．1TheworkingstateofDG—．．0～1s1～2s2"--3s．7l， 万方数据东北大学硕士学位论文第5章微电网控制策略的改进微电网工作在孤岛模式，O～1s时，DGl做主电源，其余的DG工作在PQ模式。1s时模拟DGl发生故障，对其进行切除，DG2转为主电源。2s时模拟DGl发生故障，对其切除，DG2转为主电源。3s时，模拟夜间光伏电池退出运行，因此切除DG4，同时，由于夜间负荷需求降低，令DG2退出运行，剩余的DG3和DG4进入对等控制模式。为了验证微电网能否跟踪负荷需求，令负荷一直处于变化之中。综上所述，建立如下的仿真模型：(PQ)图5．6微电网综合控制仿真模型Fig．5．6Thesimulationmodelofcomprehensivecontrolstrategy系统仿真结果如下：t／s(a)DGl输出的有功功率(a)TheactivepowerofDGl．．72．．t／s(b)DGl输出的无功功率(b)ThereactivepowerofDG1 万方数据东北大学硕士学位论文第5章微电网控制策略的改进；_t／s(c)DG2输出的有功功率(c)TheactivepowerofDG2(e)13(33输出的有功功率(e)TheactivepowerofDG3t／s(曲DG4输出的有功功率Q)TheactivepowerofDG4t／s(i)DG5输出的有功功率(i)TheactivepowerofDG5．73．．高主at，s(d)DG2输出的无功功率(d)ThereactivepowerofDG2(f)DG3输出的无功功率(f)ThereactivepowerofDG3(”DG4输出的无功功率(h)ThereactivepowerofDG40．51'．52253t／sa)DG5输出的无功功率a)ThereactivepowerofDG5 万方数据东北大学硕士学位论文第5章微电网控制策略的改进t，s∞负荷消耗的有功功率∞Theactivepowercomsuptionofloadt，s(I)负荷消耗的无功功率(1)Thereactivepowereomsuptionofload图5．7系统仿真结果Fig．5．7ThesimulationresultsofMicro一鲥d由图5．7的仿真结果可知，将主从控制与对等控制结合后的微网系统具有良好的功率输出特性。多主从控制期间，从DG按照参考值输出功率，主DG负责承担从DG的输出功率与负荷需求的差额部分。2s时，微电网进入对等控制模式，两个DG共同参与压频调节，均摊负荷需求。进入对等控制模式后，如果其中一个DG退出运行，剩下的DG将独自承担负荷的需求。这样，只要系统内的电源没有全部退出运行，微电网就能满足负荷的需求，从而实现了改进下垂系数的对等控制与多主从控制的结合。5．4本章小结本章介绍了多主从控制策略的原理，并给出了仿真结果，从而验证了多主从控制策略的可行性。同时，本文以一次函数作为下垂系数对下垂公式进行了改进，仿真结果证明该改进方法可以有效削弱频率和电压的变化，从而增强了对等结构微电网的电压和频率的稳定性。最后，本文将多主从控制与改进下垂系数的对等控制进行了结合。白天时，由于有光伏电源的存在，微电网工作在多主从模式。晚上时，微电网工作在对等模式，任意一个DG因发生故障而退出运行时，其余DG会自动增加出力以满足负荷的需求，从而不需要管理者在夜间处理单个DG的故障，降低了管理难度。仿真结果进一步证明了将两种控制策略加以结合是可行的。．．74． 万方数据东北大学硕士学位论文第6章总结与展望6．1总结第6章总结与展望分布式发电与微电网的出现，为解决能源危机和减轻环境压力提供了新的思路。同时，也增强了用户的供电可靠性。然而，分布式发电具有随机性等诸多特点，随意并网会对大电网造成冲击，因此，对分布式发电和微电网的控制与运行进行深入研究，是很有必要的。DG并网时均需要经过逆变环节后才能接入交流母线，因此对逆变器的控制方法是微电网研究内容的重点内容之一。PQ控制适用于光伏等随机性DG；v／f控制适用于稳定的DG；Droop控制则是建立在V／f控制的基础上，采用Droop控制的DG共同参与电压和频率的调节。主从结构的微电网，由主DG提供电压和频率支撑，并且承担负荷需求的变化，因此工作在v／f模式，而从DG只能按照参考值输出功率，工作在PQ模式。对等结构的微电网，所有DG地位相同，均采用Droop控制，共同参与压频调节和承担负荷的变化。仿真结果证明了主从控制和对等控制的可行性，同时也暴露了主从控制和对等控制的一些不足。文中针对这些不足，给出了多主从控制策略和改进下垂系数的对等控制策略，并将两种改进方法结合，最后通过仿真验证了这些策略的可行性。6．2展望本文虽然对微电网及其控制策略进行了深入研究，但由于本人的精力及能力有限，以及微电网自身的复杂性，本文仍然存在着以下问题需要进一步的研究与探索。1．本文对微电网的研究仅停留于仿真验证的阶段，然而仿真与实际不可避免的会存在差异。因此在将来的学习和工作中，应当尽可能地为本文的理论成果建立实验模型。2．本文对于微电网的保护和通信等方面的研究不够深入，仅给出了综述性的介绍：3．本文中主从结构微电网的离网运行均为计划孤岛的形式，应当更多的考虑非一75． 万方数据东北大学硕士学位论文笫6章总结与展望计划孤岛现象，并加入孤岛检测环节。．76． 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万方数据东北大学硕士学位论文攻读硕士学位期闭所做的工作攻读硕士学位期间所做的工作已发表的论文：1．WangChuang，WangNan，LiuBo，ChenLike．TheExcitationControlSystemDesignBasedonFuzzyPID[C]，锦州自动化平行会议，2013，6(EI检索)参与完成的科研课题：1．交互式智能配电关键技术与系统装置研发：该项目搭建了一套能源管理系统，项目采用HMS公司的AB7013网关实现Profinet与多功能电力仪表的通讯，多功能电力仪表通过RS485接口将电表中的电能信息采集并存储到Anybus网关内部的数据缓存区，再通过编程将数据采集到PLC中进行处理，最终将相关电能数据编译上传到Wincc中，实现电能数据的显示，电能数据比较，负荷管理，归档，报表以及费率设置和费率计算等功能。本项目中主要负责合作完成MODBUS通讯。．85．