光伏-微燃机-蓄电微网系统动态特性分析及负荷控制方法研究文献综述

 2022-10-23 10:10
  1. 文献综述（或调研报告）：

目前，世界上很多国家都在开展微电网技术的研究，其中美国、欧洲、日本等一些发达国家率先展开研究并建立了微电网示范性工程和微网实验平台，形成了各自典型的微网系统结构[1]。美国最早提出了微网的概念并对微网的应用进行了前期研究。美国电力可靠性技术解决方案协会(Consortium for Electric Reliability Technology Solutions , CERTS)提出的微网概念侧重于提高电力系统的供电可靠性，针对不同用户提供多种电能质量，并降低投资成本，由此形成了微网“即插即用”和“对等控制”的思想。2005年，美国第一个微网示范工程开始运行，对微网的建模仿真方法和控制保护策略等进行了检验，并初步形成了相关政策法规[2]。此后，美国相关研究机构和企业大量资助了微网研究，对微网发展起到了很大的推动作用。欧洲各国也很重视微网技术的研究，主要侧重于利用微网接入多种分布式电源，提高用户的供电可靠性。欧盟联合了多家科研机构、大学和电力公司等制定了多个微网发展资助计划，在微网建模仿真、控制策略、继电保护、供电可靠性及运行经济性等方面取得了一定的研究成果[3]。日本的微网研究比较侧重于微网的控制保护策略和储能技术研究，其微网示范工程在国际上处于领先地位，如 2003年建设的日本爱知县微网、青森县微网等[4]。近年来，我国对微电网的研究也步上正轨。关于微电网的研究，主要从并网与独立/孤岛/离网运行的建模与分析、设计与实施、运行控制等方面展开。

在微网系统中各分布式电源的动态建模、仿真和控制方面，国内外已经进行了较多的研究，光伏电池、微燃机等分布式电源的数学模型逐渐完善，微电源逆变器接口的控制策略也逐渐完善，用的较多的逆变器控制方法包括下垂控制、恒压频控制、恒功率控制等。文献[5]研究了光伏发电系统各组成部分的模型，分析光伏阵列的模型和工作原理，进而建立了其数学模型，最后通过仿真验证了各组成模型的正确性。同时也研究了光伏微电源模块在并网和离网时的控制方法。文献[6]详细介绍了单轴微型燃气轮机发电系统的暂态模型，包含微燃机原动系统、高速永磁同步发电机、电力电子变频器及其相应的控制策略，并利用微型燃气轮机系统的实验数据分别对仿真系统稳态运行点和暂态过程的仿真模型进行了改进。文献[7]介绍了风能-光伏-微燃机-蓄电装置微网系统孤岛运行时的动态建模和各分布式电源的逆变器接口控制策略。文献[8]总结了混合能源系统的建模、最优规模、能源管理、运行控制策略，介绍了微控制器、比例积分控制器、滞环控制器和模糊控制器等不同控制器的可行性。在各微电源的动态建模中，微燃机的模型最为复杂，因此其模型的可靠性需要特别关注，但是仅有较少的研究通过实验数据对其模型进行了修正，较多研究仍然使用理想化模型，与实际数据会有偏差；光伏阵列和蓄电装置的动态建模也存在相同问题，没有针对实际问题进行修正。

在微网系统整体运行控制策略方面，根据各分布式电源的不同特性，目前微电网的主要控制结构分为：主从控制、对等控制、分层控制。文献[9]对主要控制结构进行了介绍和建模分析。主从结构的微电网中通常选择一个分布式电源作为主电源，而将其他分布式电源作为从电源；对等结构的微电网中各分布式电源的地位是平等的，不存在从属关系，孤岛运行时各分布式电源之间不需要建立通信连接；分层结构微电网中，由微电网中心控制器负责对微电网进行统一的协调控制，并负责微电网与大电网之间的通信与协调配合。

在包含光伏微电源的微网系统并网运行时，为了达到平滑微网等效出力波动的目的，国内外学者也进行了研究。在包含光伏微电源的微网系统中，由于光伏微电源受环境条件影响具有波动性和随机性，所以通常使用光伏微电源内部控制器或配合其他微电源对其输出功率进行控制。文献[10]介绍了一种新型高性能控制器，用于跟踪光伏（PV）模块在快速辐照变化和部分遮蔽条件下的最大功率点（MPP）。文献[11][12]介绍了通过电力电子装置或外部电路的调节作用，实现光伏电源最大输出功率的跟踪控制，进而达到平滑光伏出力波动的目的。除使用光伏微电源内部控制器，也会使用其他微电源对光伏微电源输出功率进行控制。文献[13]利用微网中蓄电池组的调节，平滑光伏波动性出力。文献[14]提出利用超级电容和蓄电池复合储能系统来平滑光伏波动性出力。文献[15]提出利用微网系统内部相对容量较大的微型燃气轮机调峰，通过优化调度微型燃气轮机的电、热出力，实现接入微网的光伏出力的等效平滑。文献[16]介绍了一种用于由太阳能电池板、微型燃气轮机和存储单元集成的混合能源系统的经济监督预测控制方法。

微网系统中各微电源的动态建模中，相关研究多使用理想模型，与实际数据会存在一定的偏差；在微网系统整体运行控制策略上，因光伏微电源受环境影响具有波动性，相关研究多用蓄电池缓和光伏阵列对微电网的冲击，但是会造成蓄电池寿命的急剧减少。基于以上问题，本文光伏-微燃机-蓄电微网系统研究中，各微电源的动态建模结合已有文献的数据，使微电源和集成系统的动态特性分析更具有实际应用价值。而在微网系统的负荷控制方法研究中，选择合适的蓄电装置，使其既能缓和波动性较大微电源的冲击，又保证自身性能的良好运行，同时与微燃机协调，从而达到集成以上三种不同特性微电源的微网系统安全稳定运行、提供稳定的负荷和优质的电能的目的。

参考文献

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  4. 郑漳华，艾芊．微电网研究现状及在我国的应用前景[J]．电网技术，2008，32(16): 27-31
  5. 黄成. 光伏微网与光伏电站的建模与仿真方法研究[D] ：[硕士学位论文] . 长沙：湖南大学电气与信息工程学院，2018
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  7. M. Kalantar , S.M. Mousavi. Dynamic behavior of a stand-alone hybrid power generation system of wind turbine, microturbine, solar array and battery storage [J]. Applied energy. 2010, 87:3051-3064
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  16. J. Dieulot, F. Colas, L. Chalal. Economic supervisory predictive control of a hybrid power generation plant[J]. Electric Power System Research, 2015,127:221-229

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