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风光储微电网并网联络线功率控制策略

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资料介绍

主动配电网环境下,将发电具有间歇性和随机性特点的小风电、光伏发电与蓄电池组成微电网,协调控制其内的多个可再生发电单元使其成为发电功率分时恒定的发电单元或者负荷,既方便配电网对微电网群的调度和管理,又能促进分布式可再生能源的安全消纳.在综合考虑风光储微电网风速曲线和光照条件瞬时变化且储能容量配置较小等实际情况下,提出一种分层协调控制策略.首先根据每时段风速及光照强度预测信息给出了联络线分时交换功率的计算方法,上层中心控制器将该联络线交换功率参考值与上级主动配电网调度中心通信,制定分时联络线交换功率.上层中心控制器并依据此分时功率需求实现系统运行模式的选择及切换以及底层控制器的选择和管理.该分层控制策略实现了运行状态的无缝转换,保证了风光储微电网按照联络线交换功率需求输出,即联络线功率分时恒定.当微电网内风电和光伏输出的瞬时功率之和与联络线交换功率需求相差较大时,微电网内可能会出现部分弃风弃光.该文建立了风光储微电网仿真系统,仿真结果验证了所提策略的正确性与有效性.

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V01．32

Aug．

No．15

2017

2017年8月

电工技术学报

ELECTROTECHNICAL SOCIETY

TRANSACTIONS 0F CHINA

第32卷第15期

DOI：10．19595／j．cnkj．1伽岫石753．tces．161151

风光储微电网并网联络线功率控制策略

双

肖朝霞

贾

朱建国樊世军

(天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津300387)

摘要主动配电网环境下，将发电具有间歇性和随机性特点的小风电、光伏发电与蓄电池组成微

电网，协调控制其内的多个可再生发电单元使其成为发电功率分时恒定的发电单元或者负荷，既方便

配电网对微电网群的调度和管理，又能促进分布式可再生能源的安全消纳。在综合考虑风光储微电网

风速曲线和光照条件瞬时变化且储能容量配置较小等实际情况下，提出一种分层协调控制策略。首先

根据每时段风速及光照强度预测信息给出了联络线分时交换功率的计算方法，上层中心控制器将该联

络线交换功率参考值与上级主动配电网调度中心通信，制定分时联络线交换功率。上层中心控制器并

依据此分时功率需求实现系统运行模式的选择及切换以及底层控制器的选择和管理。该分层控制策略

实现了运行状态的无缝转换，保证了风光储微电网按照联络线交换功率需求输出，即联络线功率分时

恒定。当微电网内风电和光伏输出的瞬时功率之和与联络线交换功率需求相差较大时，微电网内可能会

出现部分弃风弃光。该文建立了风光储微电网仿真系统，仿真结果验证了所提策略的正确性与有效性。

分层协调控制中心控制器底层控制器

关键词：风光储微电网联络线功率分时恒定

中图分类号：TM615

for

Tie-LiI伧Power FIow Control

Grid-Co硼ected

and

Strategy

Wind，PhotoVoItaie

Battery

Microgrid Contailling

XinD劢Ⅱ鲋缸

For E1ectric Power

^ⅡS^∞凡g Z^￡上胁昭∞ 几n|S^驰凡

of New

300387

China)

(Key Laboratory

Technology

Tianjin Polytechnic UniVersity

Tianjin

Abstraet In an ae矗ye distribution network

ln￡enllittent and random renewable

enVironment，the

and

generatlon

can be

battery，

as small wind

units，such

energy

unit， e．g．

generation， photovoltaic(PV)，

storage

conlbined to fom

The

can be contmlled as

Ioad with

timed

microgrid(MG)．

microgrid

the

power output

generator

of its

renewable

units． This

constant

helpful

now

way

power

by coordinating

multiple

generation

for the active distribution network to

and

the

and to

the

promote

disPatch

manage

microgrid group

of distributed renewable

sources．

hierarchical c00rdination contml

strategy employed by

as well as the limited A

storage capacity．

penetration

energy

the

of wind

and solar radiation

intensity

of the

considering

method to

change

speed

the

wind

calculate

interchange

plow

micIDgrid tie-lineaccording

cenn柚contmller is

expected

power

predicted

to fbmulate

and solar radiation

in each time

speed

the

intensity

period

pItsented．

with the

designed

center of the ac“ve dist^bution network

tie—line

plan

interchange power plow

dispatch

center． The central controUer can also select the coH℃ct

grid

microgrid

with

active disn{bution

communicating

upper

modes and achieve the smooth switch between difbrent

select and

manage

the local

ensures

operation

operation modes，to

controllers．The hierarchical control

realizes the seamless transfomation of the

strategy

state，and

mnning

the

nowof the

to foUow the demand of the“e-line

When the dif亿rence

output power

micmg—d

interchange power．

and tie—line

microgrid

between the

power plow

wind

PV in the

power ^of

geneI．ation，

interchange

of wind and PV

power power

sum

outpu￡instantaneous

the

abandon the

actiVe

big，

micIDgdd may partly

generation

国家自然科学基金(51577124)、天津市重点基金(15JCzDJc32100)和天津市科技支撑计划重点项目(15JczDJc32100)资助。

收稿日期2016旬7_2l 改稿日期2016卿．02

万方数据

170

电工技术学报

2017年8月

simulation model of

is established and the simulation results confirrn the

generation．

wind／PV／battery micmgrid

effectiVeness of fhe

control

proposed

strategy．

timed constant

10cal

contmUer

now of

hiemrchical

Keywords： Wind／PV／battery micmgrid，

tie—line，

power

microgrid

coordination

center

control，

contmUer．

献[18]提出一种蓄电池和采用电热泵可控负荷作为虚

拟储能来平抑微网联络线功率波动的微电网协调控制

策略。通过为虚拟储能和电池储能系统设置两种不同

时间常数的巴特沃兹滤波器，实现其分别平抑微网联

络线功率波动中的高频和低频成分。文献[19，20]为

了抑制高可再生能源渗透率并网微电网联络线功率波

动对电网的不利影响，根据出力波动的频谱分析结果

平滑出力波动，并提出了用于控制微电网联络线功率

输出的储能系统容量优化确定方法。

引言

分布式发电是可再生能源发展的主要途径之一，

而微电网是集成分布式可再生能源发电的重要形

式、”3。随着能源互联网和主动配电网的发展，未来

主动配电网中分布式发电和微电网必将规模化应

用。6。“。基于这种控制方案，如何对微电网或微电网

群进行有效的管理、调度和控制，使其对大电网来说

成为一个“好公民”，即成为一个发电功率分时恒定

的发电单元或者负荷，方便配电网在未来的电力市场

环境下对其进行调度且辅助电网运行，成为微电网领

域一个有意义的研究课题。常规分布式可再生电源，

如光伏、风电等，其出力具有间歇性和随机性的特

本文首先提出了一种联络线功率分时恒定的计算

方法。其次，设计了风光储微电网的结构，在该结构

中采用了蓄电池通过DC—DC变换器直接连接在光伏侧

的结构，该结构方便利用光伏功率．电压输出特性与储

能的配合，因此增加了光储微电网对内部电源的可调

度维度。该结构所采用的一次设备较少，并充分发挥

了光伏单元的功率调节作用减小了储能的配置，并与

其内风电单元的配合实现了联络线交换功率的分时恒

定输出。提出的分层协调控制策略充分考虑了风速曲

线和光照条件瞬时变化且储能容量配置较小等实际情

况下系统的各种实际运行．丁况，并模拟各类实际工况

的运行状态，实现了不同运行状态间的无缝转换。然

后介绍了风光储微电网的结构，给出了联络线交换功

率分时恒定的参考功率计算方法和风光储微电网各种

可能运行状态及状态转换条件，同时介绍了风电单元

点，存在输出功率波动大、稳定性差、可靠性差等缺

点。将发电具有间歇性和随机性特点小风电、光伏发

电与蓄电池组成风光储微电网，通过制定合理的控制

策略对风光储微电网进行协调控制和能量管理，使其

与大电网联络线输出功率分时恒定，可充分发挥分布

式可再生能源发电的潜力，促进分布式可再生能源安

全消纳，利于未来主动配电网对微电网和微电网群的

调度管理。

国内外对风光储微电网联络线功率协调控制进行

了大量的研究。文献[8一12]提出了微电网分层控制的

思想，但主要基于下垂控制的独立运行微电网。文献

[13]提出了采用热泵负荷的启停来平抑微电网联络线

Power Point

的最大功率跟踪(Maximum

Tracking，

功率波动的方法。文献[1

1]提出了利用复合储能技术

MPPr)控制和变桨距控制、光伏侧逆变器的恒功率控

制器和蓄电池各种充放电控制。最后给出了系统参数

和仿真结果及分析。

分别平抑风光联合发电系统的输出功率在不同时间段

的波动。文献[14]分析了风光储联合发电系统的特点

以及数学模型，提出了一种储能充放电优化控制来平

系统总体结构

滑系统输出功率波动。文献[15]针对间歇性能源并网

出力波动较大，提出一种有效抑制功率波动且改善低

电压穿越能力的风光储联合发电系统模型及其控制策

略。文献[16]设计了联合控制模式和场站控制模式．

实现了风、光、储独立控制和互补控制的无缝切换，

并提出考虑了储能荷电状态反馈的改进平滑控制策略

和“风光捆绑、储能解耦”的协调跟踪策略。文

献[17]为改善风光储联合系统功率输出波动特性和降

低储能功率补偿压力，提出了一种在线滚动优化和有

功实时控制相结合的功率协调优化控制方法。文

风光储微电网结构如图1所示，包括一次回路和

控制系统。一次回路主要包括双馈风力发电单元、光

伏发电单元以及由蓄电池组成的储能单元。双馈风力

发电单元包括风力机、变速齿轮箱、双馈发电机和转

子侧的背靠背变频器，双馈发电机直接连接至风光储

微电网交流母线。光伏电池经防反二极管与蓄电池组

通过双向DC—DC连接到直流母线，逆变后的交流输出

经L型滤波器接至交流母线。风光储微电网通过升压

变压器接入配电网。

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