微電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)控制與保護(hù)裝置的研究

1、微電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)控制與保護(hù)裝置的微電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)控制與保護(hù)裝置的研究研究 學(xué)生：楊浩亮學(xué)生：楊浩亮 導(dǎo)師：秦立軍導(dǎo)師：秦立軍 教授教授主要內(nèi)容主要內(nèi)容n選題的背景及意義選題的背景及意義n國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)n課題主要研究?jī)?nèi)容課題主要研究?jī)?nèi)容n研究方案及主要難點(diǎn)研究方案及主要難點(diǎn)n預(yù)期成果和可能的創(chuàng)新點(diǎn)預(yù)期成果和可能的創(chuàng)新點(diǎn)選題的背景及意義選題的背景及意義n微網(wǎng)(MG)：是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)。n微電網(wǎng)的特點(diǎn)要適應(yīng)中國(guó)電力發(fā)展的需求與方向，在中國(guó)有著廣闊的發(fā)展前景。但是微網(wǎng)接入大電網(wǎng)

2、還存在很多問(wèn)題，如分布式電源供電的可靠性、電能質(zhì)量和供電效率等問(wèn)題，為了保證穩(wěn)定、可靠的系統(tǒng)運(yùn)行，需要對(duì)接入電網(wǎng)的微源發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制是解決問(wèn)題的有效方法之一。 n 微電網(wǎng)的運(yùn)行與控制微電網(wǎng)的運(yùn)行與控制微電網(wǎng)有兩種典型的運(yùn)行模式微電網(wǎng)有兩種典型的運(yùn)行模式并網(wǎng)模式和孤島模式并網(wǎng)模式和孤島模式微電網(wǎng)控制的主要目標(biāo)微電網(wǎng)控制的主要目標(biāo) 調(diào)節(jié)微網(wǎng)內(nèi)的功率潮流，實(shí)現(xiàn)功率解耦控制調(diào)節(jié)微網(wǎng)內(nèi)的功率潮流，實(shí)現(xiàn)功率解耦控制 調(diào)節(jié)微電源出口電壓，保證局部電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)微電源出口電壓，保證局部電壓穩(wěn)定 孤島模式下，提供電壓頻率參考，實(shí)現(xiàn)微電源快速響應(yīng)和孤島模式下，提供電壓頻率參考，實(shí)現(xiàn)微電源快速響應(yīng)和功率功率分

3、擔(dān)分擔(dān) 平滑自主實(shí)現(xiàn)與主網(wǎng)分離、并聯(lián)或二者過(guò)渡平滑自主實(shí)現(xiàn)與主網(wǎng)分離、并聯(lián)或二者過(guò)渡 n 目前微電網(wǎng)控制策略的不足之處目前微電網(wǎng)控制策略的不足之處 控制算法在模式轉(zhuǎn)換時(shí)存在沖擊大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題控制算法在模式轉(zhuǎn)換時(shí)存在沖擊大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題 只考慮負(fù)荷、微電源功率、或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只考慮負(fù)荷、微電源功率、或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單一單一變化的影響變化的影響 多采用簡(jiǎn)化的微電源模型多采用簡(jiǎn)化的微電源模型 微電源控制策略主要通過(guò)仿真驗(yàn)證微電源控制策略主要通過(guò)仿真驗(yàn)證保護(hù)與大電網(wǎng)不同，微網(wǎng)的保護(hù)與運(yùn)行具有自己的特殊性： 微網(wǎng)潮流內(nèi)部的結(jié)構(gòu)決定了微網(wǎng)的雙向潮流特性，傳統(tǒng)保護(hù)中的選擇性原則在微網(wǎng)保護(hù)中較難滿(mǎn)足。微網(wǎng)中一

4、般根據(jù)不同電源的特點(diǎn)采取不同的控制方式，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電這些輸出功率受天氣影響比較大的電源，若通過(guò)配備儲(chǔ)能裝置的方法使這類(lèi)電源根據(jù)負(fù)荷需求調(diào)整發(fā)電量，則需要配備較大容量的儲(chǔ)能裝置，這會(huì)降低系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，因此這類(lèi)可再生能源的目標(biāo)是保持最大的利用率，分布式電源能輸出多少功率就輸出多少功率，微網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)滿(mǎn)足此類(lèi)電源“即插即用”的特點(diǎn)。這就加劇了微網(wǎng)中潮流流動(dòng)的不確定性，設(shè)計(jì)保護(hù)方法時(shí)應(yīng)盡可能做到不受潮流的影響。 通信在同等電壓等級(jí)配電網(wǎng)中一般較少采用基于通信的保護(hù)。微網(wǎng)中，故障的判斷較為復(fù)雜，有時(shí)需要利用多點(diǎn)的信息；為了維持微網(wǎng)的穩(wěn)定，也需要確保故障能夠及時(shí)地切除。基于通信的保護(hù)可以很好地

5、完成這些功能。DG不同控制方式與保護(hù)的對(duì)應(yīng)DG 的控制是微網(wǎng)控制的基礎(chǔ)，目前關(guān)于 DG的控制方法的研究比較多，常見(jiàn)的有恒壓恒頻控制、PQ 控制、P-f，Q-V 下垂控制、f-P，V-Q 下垂控制等。不同方法的控制模塊輸入量及其所控制DG 的輸出量不同，當(dāng)控制方式中沒(méi)有加入任何針對(duì)故障的模塊時(shí)，故障情況下，控制方式也會(huì)使所控制 DG 的輸出量向參考值靠近，從而引起可以用以保護(hù)的電氣量例如電壓、電流等發(fā)生失常變化。在對(duì)分布式電源控制方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮到故障情況并采取必要措施，例如數(shù)值限幅，跳閘時(shí)間配合等；同時(shí)保護(hù)方式也應(yīng)該充分地考慮到DG 控制方式的影響，設(shè)計(jì)與對(duì)應(yīng)控制方式相協(xié)調(diào)的保護(hù)或是可

6、適用于任何控制方式的保護(hù)。故障切除時(shí)間微網(wǎng)中的分布式電源多采用電力電子接口，這使得微網(wǎng)具有缺少慣性、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。若采用配電網(wǎng)相同電壓等級(jí)下的故障切除時(shí)間，容易使微網(wǎng)系統(tǒng)失去穩(wěn)定。故障切除時(shí)間還應(yīng)該考慮到負(fù)荷的敏感程度，保證故障切除后系統(tǒng)還能保持穩(wěn)定。例如，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷所占的比例越大，臨界故障切除時(shí)間越短；三相短路故障點(diǎn)離感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷點(diǎn)越近，臨界故障清除時(shí)間越短。采用微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池作為主要的電源，儲(chǔ)能裝置連接在直流側(cè)與分布式電源一起作為一個(gè)整體通過(guò)電力電子接口連接到微網(wǎng)。其控制方案相關(guān)研究重點(diǎn)是分布式電源的“即插即用”式控制方法。到目前為止，他們不允許微網(wǎng)向大電網(wǎng)供電。 美國(guó)微網(wǎng)國(guó)

7、內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)日本沒(méi)有明確給出微網(wǎng)定義，但是在發(fā)展微網(wǎng)展示平臺(tái)方面做出了重要貢獻(xiàn) 。日本仙臺(tái)微網(wǎng)國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 我國(guó)在微網(wǎng)中控制系統(tǒng)的研究尚處于起步階段，但與歐洲、美國(guó)等研究機(jī)構(gòu)取得的研究成果上仍存在較大差距，有必要進(jìn)一步開(kāi)展微電網(wǎng)控制方法策略的研究，促進(jìn)微電網(wǎng)在我國(guó)的應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)主要研究?jī)?nèi)容n 1、設(shè)計(jì)微電網(wǎng)系統(tǒng)控制器：n 微電網(wǎng)系統(tǒng)控制器承擔(dān)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的聯(lián)結(jié)控制作用，結(jié)合相應(yīng)的二次設(shè)備完成微電網(wǎng)并網(wǎng)到離網(wǎng)，離網(wǎng)到并網(wǎng)的平滑過(guò)渡。該裝置主要完成的功能包括：孤島檢測(cè)功能、自動(dòng)同期并網(wǎng)功能和保護(hù)測(cè)控功能。n 2、控制器具體硬件設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、主控制器模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、保護(hù)模塊、最大功率跟蹤模塊和通信模塊。n 3、研究新的控制算法，實(shí)現(xiàn)更有效的控制與保護(hù)。n 4、根據(jù)已經(jīng)建立系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)微電網(wǎng)中并網(wǎng)、孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)出口端電壓、功率、頻率等進(jìn)行仿真分析。 研究方案及主要難點(diǎn) 1、將對(duì)對(duì)系統(tǒng)控制器模塊中的核心模塊內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計(jì)，一些輔助模塊則只做出設(shè)計(jì)思路2、孤島檢測(cè)方法的選擇3、微電網(wǎng)容量較小時(shí)，微電網(wǎng)控制器對(duì)微網(wǎng)的保護(hù)辦法。預(yù)期成果和可能的創(chuàng)新點(diǎn) 1：提出新的并網(wǎng)控制器的設(shè)計(jì)方