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当今世界能源问题得到广泛关注。资源瓶颈、环境污染及能源供需之间的矛盾日益突出,成为未来社会发展的阻碍。以集中式大机组、长距离超高压输电为特征的传统供电模式已无法满足现代社会经济发展的需要。分布式发电技术的出现对现代电力工业产生了巨大影响,其具有传统大电网无法比拟的清洁、经济、可靠和“即插即用”等优势。但是分布式电源在与大电网的接入以及控制方面仍然存在诸多问题。为此,利用分布式电源构建一个规模较小的低压配电网成为了一个新的解决办法,这也就是近几年研究的热点——微电网。微电网将分布式电源、负荷、储能装置及其他一些辅助设备有效地结合起来,成为一个小型的单元,不仅有效解决了分布式电源与大电网接入难和控制难的问题,还引领了电力系统技术的进步。但微电网的控制一直是微电网研究领域的一个难题。对于一个只有几个分布式电源和储能设备的微电网,传统的逆变器控制可以基本达到电网要求,诸如一些P/Q控制、V/F控制和Droop控制等控制方法。但是对于一个有几十、几百个分布式电源、储能设备以及负荷的多微电网来说,除了关注其可控性外,运行的经济性和对环境的影响也需要得到重视。
为此,本文针对微电网的经济性和可控制性问题,提出了“全局经济优化、控制就地化”的分层控制策略。本文首先分析了微电网中分布式电源(主要包括燃料电池、风能、微型燃气轮机和光伏电源)的原理和模型,并将他们与一些变换器连接起来,成为一个小型的、可控的微电网。在此基础上,利用优化算法,在所要求的经济性和环境性的要求下,控制各个分布式电源的输出功率,并通过实际算例,验证了这种控制方法的可行性。
本文设计的微电网控制为三层控制结构——微电源控制层、本地控制层和全局优化控制层。微电源控制层主要负责每个分布式发电单元控制,如最大功率输出等;本地控制层主要以P/Q、V/(f)或者Droop控制方法为基础,负责控制微电网运行的电压和频率控制;全局优化控制层是以负荷需求为目标,发电成本和环境影响为影响因素,合理、经济地调度微电源的功率分配,以达到在给定条件下的最优运行。最后,将优化控制层和本地控制层相结合,利用算例验证了在多微电网的情况下所提出的“全局经济优化、控制就地化”的控制策略能够有效地控制微电网的安全经济运行。