（电力系统及其自动化专业论文）分布式电源接口逆变器的控制方法研究.pdf

i i i l lllii ll l ll l ll l i iiil y 17 4 5 5 3 6 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n gu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g yf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n gs c i e n c e s t u d y o nc o n t r o ls t r a t e g i e sf o ri n v e r t e r i n t e r f a c e dd i s t r i b u t e ds o u r c e s m a s t e rc a n d i d a t e ：c h ul i n g s h i s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f m a ox i a o m i n g j u n e2 0 1 0 f a c u l t yo fa u t o m a t i o n g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u , g u a n g d o n g ，p r c h i n a , 5 10 0 0 6 摘要 摘要 基于化石能源| 益枯竭和环境保护的考虑，加上单纯依赖大电网供电存在 的安全缺陷，利用清洁能源的分布式发电技术受到了日益广泛的关注与重视。 微电网是一种将各种小型分布式电源、储能装置组合起来为当地负荷提供电能 的低压电网，是未来分布式电源的主要运行模式，它有联网和孤岛两种运行模 式，能提高重要负荷的供电可靠性。微网中的分布式电源常采用电力电子接口， 这一方面增加了分布式电源接口控制的灵活性，但同时减少了系统的惯性，增 加了系统在维持能量平衡及频率稳定等方面的控制难度，研究各种分布式电源 接口逆变器的控制方法，发展微电网的运行控制策略便显得十分必要。 分布式电源接口逆变器主要有恒压恒频控制、下垂控制、恒功率控制三种 控制方法。本文在探讨其控制原理的基础上，分别设计了分布式电源接口逆变 器的恒压恒频( v j ) 控制器、下垂( d r o o p ) 控制器及恒功率( p q ) 控制器，并考察了 它们的运行特性，主要工作如下： 1 分析微型燃气轮机、光伏阵列、风力发电机组的工作原理，在 m a t l a b s i m u l i n k 环境下分别建立3 种分布式电源的动态仿真模型。 2 阐述s p w m 电压源逆变器的工作原理，为进一步发展微电源接口逆变 器的控制策略奠定基础。 3 分析微电源接口逆变器的恒压恒频控制原理，设计相应的控制器，建立 带v f 控制器的分布式电源接口逆变器仿真模型，考察控制器的运行特性。 4 分析分布式电源接口逆变器的下垂控制原理，设计一种下垂控制器，建 立带d r o o p 控制器的分布式电源接口逆变器仿真模型，考察控制器的运行特性。 5 分析微电源接v i 逆变器的恒功率控制原理，设计一种尸q 控制器，建立 p q 控制器的分布式电源接口逆变器仿真模型，考察控制器的运行特性。 所进行的工作对逆变器接口分布式电源的控制研究有一定的参考价值，也 为进一步发展微电网控制策略奠定了基础。 关键词：微电网；分布式电源；恒压恒频控制；下垂控制；恒功率控制 a b s t r a c t b a s e do ni n c r e a s i n g l yf o s s i l e n e r g yd e p l e t i o na n de n v i r o i u n e n t 村p r o t e c t i o n c o n s l d e r a t l o n s ，f u r t h e r m o r e ，p o w e rs u p p l y i n gs i m p l yr e l y i n go nt h eb i gp o w e r g r i d 晰l lb r i i l gs e c u r i t yf l a w s ，d i s t r i b u t e dg e n e r a t o ru s e dc l e a n e n e r g yt e c h n o l o g i e sa r e 1 n c r e a s l n g l ya t t r a c t i n ga t t e n t i o n m i c r o g r i di sal o w - v o l t a g ep o w e r 鲥dc o m b i n e s s l t i a l ld i s t r i b u t e ds o u r c ea n de n e r g ys t o r a g ed e v i c e s t o g e t h e rt op r o v i d ep o w e rf o r t h e l o c a ll o a d a n di ti st h em a j o ro p e r a t i o nm o d eo fd i s t r i b u t e d s o u r c ei nt h e 血t u r e m i c r o g r i dh a s 咖o p e r a t i o nm o d e s ，n e t w o r ka n di s l a n d e d ，i tc a n i m p r o v es u p p l y r e l i a b i l i t yo ft h ei m p o r t a n tl o a d p o w e re l e c t r o n i c i n t e r f a c ei so r e nu s e d i 1 1 d l s t r i b u t e qs o u r c ei nm i c r o g r i d ，b e c a u s eo f t h i s ，t h ec o n t r o lf l e x i b i l i t yo fd i s t 曲m e d s o w c ei n t 盯f a c ei s i n c r e a s e d ，m e a n w h i l e ，t h ei n e r t i ao ft h es y s t e mi sr e d u c e d t h e s y s t e me n e r g yb a l a n c em a i n t e n a n c ea n df r e q u e n c ys t a b i l i t y , e t c a r em o r e d i f f i c u i tt o c o n t r 0 1 s o ，r e s e a r c hi na l lk i n d so fd i s t r i b u t e ds o u r c e si n t e r f a c e i n v e n e rc o n t r 0 1 m e t h o d , a n dd e v e l o p m e n to fm i c r o - g r i d o p e r a t i o nc o n t r o ls t r a t e g yw i l lb ev e n ， n e c e s s a r y d i s t r i b u t e ds o u r c ei n t e r f a c e i n v e r t e rh a st h r e ec o n t r o l m e t h o d s ，t l l e ya r e c o n s 协tv o l t a g ec o n s t a n tf r e q u e n c yc o n t r o l ( z fc o n t r 0 1 ) ，d r o o pc o n t r 0 1 ，c o n s t a n t p o w e rc o n 仃o l ( 尸qc o n t r 0 1 ) i nt h i sp a p e r , b a s e do n d i s c u s s i n gt h ec o n t r 0 1t h e o r y , t l l e s et h r e ek i n d so fd i s t r i b u t e ds o u r c e si n t e r f a c ei n v e r t e r c o n t r o l l e ra r ed e s i g n e d a l s 0 t h e l ro p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c sa r ee x a m i n e d m a i nr e s e a r c h w o r k sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h em i c r o t u r b i n e ，s o l a rb a t t e r y , w i n d t u r b i n e s w o r k i n gp r i n c i p l ea r ea n a l y z e d t h e s et h r e ek i n d so fd i s t r i b u t e ds o u r c e sd y n a m i cs i m u l a t i o nm o d e la r e a l s ob u i l ti n m a t l a b s i m u l i n ke n v i r o n m e n t 2 t h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fs p w m v o l t a g es o u r c ei n v e n e ri si l l u m i n a t e d i t l a y sm ef o u n d a t i o nf o rt h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to fm i c r o s o u r c ei n t e r f a c e i n v e r t e r c o n t r o ls t r a t e g y 3 m i c r o s o u r c ei n t e r f a c ei n v e r t e rv f c o n t r o lt h e o r yi sa n a l y s e d ，t h ea p p r o p r i a t e c o n t r o l l 盯i sd e s i g n e d a l s om i c r o s o u r c ei n t e r f a c ei n v e r t e rm o d e lw i t h v fc o n t r o l l e r t t i sb u i l ti nm a t l a b s i m u l i n ke n v i r o n m e n t ，i t s o p e r a t i n g c h a r a c t e r i s t i c si s e x a m i n e d 4 m i c r o s o u r c ei n t e r f a c ei n v e r t e rd r o o pc o n t r o lt h e o r yi sa n a l y s e d ，ad r o o p c o n t r 0 1 1 e ri sd e s i g n e d a l s om i c r o s o u r c ei n t e r f a c ei n v e r t e rm o d e lw i t ht h i sd r o o p c q n n o u e ri sb u i l t ，i t so p e r m i n gc h a r a c t e r i s t i c si se x a m i n e d 5 m i c r o s o u r c ei n t e r f a c ei n v e r t e re o c o n t r o lt h e o r yi sa n a l y s e d ，ap o c o n t r o l l e r i sd e s i g n e dc o r r e s p o n d i n gt oo n e k i n do ft h ep qc o n t r o lp r i n c i p l e a l s om i c r o s o u 佗e i i l t e r f 犯ei n v e f t e rm o d e lw i t ht h i sp oc o n t r o l l e ri sb u i l t ，i t so p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c s i se x a m i n e d w 6 r kc a r r i e do u ti n t h i s p a p e rp r o v i d e s s o m er e f e r e n c ev a l u e f o rt h e m i e r o s o u r c ei m e r f a c ei n v e r t e rc o n t r o ls t u d y , a l s o ，i t l a yt h e - f o u n d a t i o n f o rt h e f u r t h e rd e v e l o p m e n to fm i c r o g r i dc o n t r o ls t r a t e g y k e y w o r d s ：m i c r o g r i d ；d i s t r i b u t e ds o u r c e ； i i i v f c o n t r o l ；d r o o pc o n t r o l ；pq c o n t r o l 广东工业大学工学硕士学位沦文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 研硫背景及研究意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 微电网- 的研究进展：2 1 2 。2 微电源建模与控制研究5 1 3 本文的主要工作及章节安排8 第二章微电源动态建模与仿真9 2 1 微型燃气轮机动态建模与仿真。9 2 1 1 燃气轮机的工作原理9 2 1 2 分轴燃气轮机模型1 0 2 1 3 微型燃气轮机组的建模和仿真分析1 2 2 2 光伏电池动态建模与仿真1 5 2 2 1 光伏电池概述15 2 2 2 带有m p p t 功能的光伏阵列建模1 6 2 2 3 光伏阵列运行特性仿真分析1 8 2 3 风力发电机组动态建模与仿真1 9 2 3 1 风力发电的基本原理1 9 2 3 2 风力发电机组建模和仿真分析2 0 2 4 微电源的接口方式2 3 2 5 本章小结2 4 第三章s p w m 电压源逆变器的工作原理一2 5 3 1s p w m 电压源逆变电路2 5 3 2l c 滤波器的设计2 9 3 3 本章小结一3 0 目录 第四章微电源接口逆变器v f 控制原理及实现3 l 4 1 逆变器v f 控制方法。3 1 4 2 逆变器v f 控制实现3 3 4 3 本章小结4 2 第五章微电源接口逆变器下垂控制原理与实现4 3 5 1 逆变器下垂控制方法评述4 3 5 2 逆变器下垂控制器设计4 6 5 3 逆变器下垂控制实现4 9 5 4 本章小结5 4 第六章微电源接口逆变器p q 控制原理与实现。5 5 6 1 逆变器尸q 控制方法评述5 5 6 2 逆变器尸q 控制器设计5 6 6 2 1p q 控制分析与设计5 6 6 2 2 三相锁相环的设计6 0 6 3 逆变器尸q 控制实现6 1 6 4 本章小结6 6 结论6 7 1 本文的主要研究成果6 7 2 有待进一步开展的工作6 7 参考文献6 9 攻读学位期间发表的论文7 5 独创性声明7 6 致谢7 7 v 广东工业欠学工学硕士学位论丈 c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t i a b s t r a c t i i c h a p t e r1e x o r d i u m 1 1 1b a c k g r o u n da n dm e a n i n go fr e s e a r c h 。1 1 2a c t u a l i t yo f r e s e a r c ha th o m ea n da b r o a d 2 1 2 1r e s e a r c ho f m i c r o g r i d 2 1 2 2m o d e l i n ga n dc o n t r o lr e s e a r c ho f m i c r os o u r c e s 5 1 3c o n t e n t so f r e s e a r c ha n da r r a n g e m e n to f t h e s i s 8 c h a p t e r2d y n a m i cm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no fm i c r o s o u r e e ，9 2 1d y n a m i cm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no f m i c r o t u r b i n e 9 2 1 1w o r k i n gp r i n c i p l eo fm i c r o t u r b i n e 9 2 1 2m o d e lo fs p l i t t u r b i n e 10 2 1 3m o d e l i n ga n ds i m u l a t i o na n a l y s i so f m i c r o t u r b i n e 1 2 2 2s i m u l a t i o na n dm o d e l i n go fs o l a rb a t t e r y 15 2 2 1s u m m a r i z eo fs o l a rb a t t e r y 1 5 2 2 2m o d e l i n go fs o l a rb a t t e r yw i t hm p p tf u n c t i o n 16 2 2 3s p e r a t i o nc h a r a c t e r ss i m u l a t i o n 衄a l y s i so fs o l a rb a t t e r y 18 2 3m o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no fw i n dg e n e r a t o r 19 2 3 1p r i n c i p l eo fg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t ya b o u tw i n dp o w e r 1 9 2 3 2m o d e l i n ga n ds i m u l a t i o na n a l y s i so f w i n dg e n e r a t o r 2 0 2 4m i c r o s o u r c ei n t e r f a c em o d e 2 3 2 5s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 2 4 c h a p t e r3p r i n c i p l eo fs p w mv o l t e g es o u r c ei n v e r t e r 2 5 3 1s p w mv o l t e g es o u r c ei n v e r t e rc i r c u i t 2 5 3 2d e s i g no fl cf i l t e r 2 9 3 3s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 3 0 v 1 c h a p t e r4p r i n c i p l ea n da c h i e v i n g o fm i c r o - s o u r c ei n t e r f a c ei n v e r t e rv fc o n t r o l 3 0 4 1i n v e r t e rv f c o n t r o lm e t h o d 3 1 4 2a c l l i e v i n go fi n v e r t e rv f c o n t r o l 一3 3 4 3s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ：4 2 c h a p t e r5p r i n c i p l ea n da c h i e v i n go fm i c r o s o u r c ei n t e r f a c ei n v e r t e rd r o o p c o n t r o l 4 3 5 1c o m m e n t a r yo f i n v e r t e rd r o o pc o n t r o lm e t h o d s ”4 3 5 2d e s i g no f i n v e r t e rd r o o pc o n t r o l o r 4 6 5 3a c h i e v i n go fi n v e r t e rd r o o pc o n t r o l ”4 9 5 4s u m ma r ) ，o f - t h i sc h a p t e r 5 4 c h a p t e r6p r i n c i p l ea n d a c h i e v i n go fm i c r o - s o u r c e i n t e r f a c ei n v e r t e rp q c o n t r o l 5 5 6 1c c i m m e n t a r yo fi n v e r t e r 尸qc o n t r o lm e t h o d s 5 ， 6 2d e s i g no fi n v e r t e rp qc o n t r o l o r 5 6 6 2 1a n a l y s ea n dd e s i g no f p qc o n t r o l ，6 6 2 2d e s i g no ft h r e ep h a s ep l l 一6 0 6 3a c h i e v i n go fi n v e r t e rp q c o n t r o l 0 1 6 4s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r o o c o n c l u s i o n 6 7 1 m a j o r r e s e a r c ha c h i e v e m e n t s 6 7 2 o u t l o o kf o rf u t u r er e s e a r c h 6 7 r e f e r e n c e s 6 9 p u b l i s h e dp a p e r s 7 5 s t a t e m e n to fo r i g i n a l i t y ”7 6 a c l m o w l e d g e m e n t 7 7 v i i 第一章绪论 1 1 研究背景及研究意义 第一章绪论 随着国民经济的迅猛发展，电力需求快速增长。过去几十年里，电力部门多 把投资集中在建设大型集中电站和超高压远距离输电网上。随着电网规模的扩大， 其运行难度大，应对突发性灾害事故能力弱的弊端逐渐凸现，难以满足用户越来 越高的安全可靠性要求和多元化的供能需求。近年来，世界范围内接连发生大面 积停电事故。2 0 0 7 年末，我国南方地区百年不遇的冰雪凝冻天气也引发了多处停 电，充分显露了集中式发电的不足和大电网的脆弱性。不仅如此，传统的燃煤发 电方式还给人类赖以生存的环境和生态平衡带来了灾难性的影响。伴随着全球能 源消耗的持续增长，传统化石能源的可开采量却逐年下降。基于化石能源日益枯 竭和环境保护的考虑，世界各国都把开发利用新的可再生能源纳入国家发展计划。 我国国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 - - 2 0 2 0 年) 中明确提出要大 力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”及“间歇式电源并网及输配电技术”。 在上述背景下，分布式发电技术被提上了日程，受到前所未有的重视与关注。 分布式发电，指将相对小型的发电装置( 5 0 m w 以下) 分散布置在用户现场 或附近的发电( 供能) 方式，具有能效高、污染少、可靠性高、安装地点灵活等 多方面的优点，但也有成本高、出力波动性强、控制复杂等不足。分布式发电相 对大电网是随机不可控源，当电力系统发生故障时，分布式发电的存在可能影响 传统继电保护的正确动作，其控制调节行为还可能进一步恶化系统状态。为此， i e e ep 1 5 4 7 对分布式电源的入网标准做出规定：当电力系统发生故障时，分布式 电源必须马上退出运行，以减小对大电网的影响。因此，以往有关分布式发电的 研究多集中于其对大电网的影响及相应的分布式电源规划和控制技术，对其在失 去大电网供电时为分散的用户提供后备电源和安全电源的研究则显得不足。为了 充分挖掘分布式电源为电网和用户带来的效益，2 0 0 2 年，美国电力可靠性解决方 案协会( c e r t s c o n s o r t i u mf o re l e c t r i cr e l i a b i l i t yt e c h n o l o g ys o l u t i o n s ) 首次提出 “微电网 的概念。 广东工业大学工学硕士学位论是 微电网( m i c r o g r i d ) 将分布式电源、负荷、储能装置、能量变换设施和控制装 置集合成一个整体进行综合控制，具有下述特点：1 ) 电源形式多样，这些分布式 电源常具有一定的互补性，大多借助电力电子变换装置进行控制，可以快速进行 调节。2 ) 接在用户侧，具有低成本、低电压、低污染等特点。3 ) 通过静态开关与 配电网联接，既可在正常情况下与大电网并网运行，又可在电网故障或需要时与 电力系统断开独立运行。微电网灵活的运行模式大大提高了负荷的供电可靠性。 同时，微电网通过单点接入电网，可以减少大量小功率分布式电源接入电网后对 传统电网的影响。另外，微电网将分散的、不同类型的分布式电源组合起来供电， 能够使小型电源获得更高的利用效率。基于上述原因，“微网”这一概念及其相 关技术迅速在世界范围内得到了认同和重视。 目前，分布式发电设备的制造水平已经有了很大提高，在一些发达国家的应 用也逐步走向成熟。但对微电网系统的安全经济运行规律的研究仍十分缺乏，阻 碍了微电网技术的发展。如何建立准确的新能源发电系统和动态负荷仿真平台， 如何实现配电系统和微电网间柔性、可控的连接，保证微电网灵活地独立或并网 运行，保证配电系统和微电网的运行安全性、可靠性和经济性，尚有较多的科学 和技术问题亟待解决。 微网中的分布式电源大多采用电力电子接口，这一方面增加了分布式电源接 口控制的灵活性，但同时减少了系统的惯性，增加了系统在维持能量平衡及频率 稳定等方面的控制难度。本文在探讨分布式电源接口逆变器控制原理与控制方法 的基础上，设计了分布式电源接口逆变器的w f 控制器、下垂控制器及尸q 控制 器，并在m a t l a b s i m u l i n k 环境下考察了其运行特性，所进行的工作有助于微 电网技术的发展和应用，对微电网控制策略的研究有一定的参考价值。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 微电网的研究进展 “微电网”及其相关技术已经受到了世界上很多国家的重视和关注。以欧盟、 美国和日本为代表，他们积极推动微电网技术，取得了一定进展，其研究目标 如表卜1 。 2 一一一一一一一 第一章绪论 表1 1 欧盟、美国和日本的微电网发展目标 t a b l e1 - 1m i c m g r i dd e v e l o p m e n tt a r g e to fe u r o p e a nc o m m i s s i o n ，a m e r i c aa n dj a p a n 目标欧盟美国日本 供电可靠性 减少电力供应带来的环境影响( 减小c 0 2 等的排放) 、， 减少投资成本 提高分布式能源利用效率 确保分布式电源的多样化 能孤岛运行 欧盟第五框架计划( 1 9 9 8 2 0 0 2 ) 项目“t h em i c r o g r i d s ：l a r g es c a l ei n t e g r a t i o n o fm i c r o g e n e r a t i o nt ol o wv o l t a g eg r i d sa c t i v i t y ”，投资4 5 0 万欧元，由希腊雅典 国立大学领导，来自欧盟1 4 个国家的组织和团体参加，在雅典、曼彻斯特等地建 立了微电网的实验平台。该项目重点探讨如何将各种不同的、分散的、小的电源 连接成一个微电网，并实现与配电网的连接，研究内容主要包括微电网中分布式 电源的控制、保护方案和微电网的实验室建设。在此基础上，欧盟第六框架计划 【2 】( 2 0 0 2 2 0 0 6 ) 项目“a d v a n c e da r c h i t e c t u r e sa n dc o n t r o lc o n c e p t sf o rm o r e m i c r o g r i d s ”，投资8 5 0 万欧元，继续由希腊雅典国立大学领导，同s i e m e n s 、a b b 、 s m a 、z 、i - p o w e r 、a n c o 、g e r m a n o s 及e m f o r c e 等公司合作，重点研究多个微 电网连接到配电网的控制策略、协调管理方案、系统保护、经济调度措施，以及 微电网对大电网的影响p 卅。 美国权威研究机构c e r t s 对微电网的概念及热电联产式微电网的发展做出 了重要贡献r 刀。c e r t s 在威斯康辛麦迪逊分校建立了自己的实验室规模的测试系 统，并与美国电力公司合作，在俄亥俄州c o l u m b u s 的d o l a n 技术中心建立了大 规模的微电网平台。美国电力管理部门与通用电气合作耗资4 0 0 万美元，正在建 设为期两年的集控制、保护及能量管理于一体的微电网平台。此外，由加州能源 认证资助，已建成了首个商用微电网d u i t 。北方电力和国家新能源实验室 ( n r e l ) 也已在v e r m o n t 州建立了乡村微电网，用于检验微电网安装于乡村时 所需要的技术革新和难点【8 】。 日本在分布式发电应用和微电网展示工程建设方面走在了世界的前列o 】，已 分别在h a c h i n o h e ，a i c h i ，k y o t o 和s e n d a i 等地建立了微电网展示工程。在 广东工业大学工学硕士学位论文 h a c h i n o h e 的微电网展示项目中，分布式电源包括：光伏电池、小型风力机和生 物能发电，目的在于研究间歇的可再生能源发电对微电网控制的影响。a i c h i 的微 电网展示项目中，分布式电源为各种不同的燃料电池，主要研究分布式电源输出 功率对负荷功率变化的跟踪能力。k y o t o 的微电网展示项目中，分布式电源既包 括各种可再生能源发电，也包括各种燃料电池，目标是研究建立在通信基础上的 能源管理系统。而s e n d 撕的微电网展示项目中，包括不同类型的分布式电源和不 同类型的负荷( 直流负荷和交流负荷) ，并且采用了一些保证负荷侧供电质量的 装置【一。 除美国、日本、欧洲外，加拿大、澳大利亚等国也展开了微电网研究【1 2 叫s 】。但 是加拿大所进行的分布式发电研究不是现在定义的严格意义上的微电网，当然这 也可能使微电网的形式更趋多样化。他们主要研究如何将已经存在的中小型水利 发电、风力发电以及柴油机组发电联合起来应用。从各国对未来电网的发展战略 和对微电网技术的研究与应用中可清楚看出微电网的形成与发展绝不是对传统集 中式、大规模电网的革命与挑战，而是代表着电力行业服务意识、能源利用意识、 环保意识的一种提高与改变。微电网是未来电网实现高效、环保、优质供电的一 个重要手段，是对大电网的有益补充。 我国关于大型可再生能源发电的研究已经取得了很多成果，如风力发电和太 阳能发甘1 9 1 ，而对小型分布式电源组成的微电网的研究才刚刚起步，但是我国 对此项研究给予了大量支持，在国家8 6 3 和9 7 3 计划中都分别支持了微电网的研 究。到目前为止，上海、广州和北京通过引进国外技术已经建成了近1 0 座热电联 产系统，用于医院、机场、商业中心等场合，如：上海浦东国际机场能源中心、 北京燃气集团调度指挥中心热电联产项目。 微电网的出现将从根本上改变传统的应对负荷增长的方式，其在降低能耗、 提高电力系统可靠性和灵活性等具有巨大潜力。世界上很多国家都参与到微电网 的研究和开发中，建立了很多微电网示范工程和测试平台，关于微电网的理论和 实验研究已经取得了一定成果，国际间的研讨和交流也极大地推动了微电网的发 展。在国内则处于起步阶段。国内相关的示范工程还不多见，微电网运行模拟实 验平台十分缺乏，高校相关研发实验机构严重不足，制约了其进一步发展。如何 建立新能源发电系统和动态负荷的运行控制平台，如何实现微电网和配电网间柔 4 第一章绪论 性、可控的连接，保证微电网灵活地独立或并网运行，保证配电系统和微电网的 运行安全性、可靠性和经济性，尚有较多的科学和技术问题亟需解决。 1 2 2 微电源建模与控制研究 微电源的稳定运行是保障微电网安全稳定运行的关键，因此微型燃气轮机、 光伏电池和风力发电机等微电源成为学术界和工程界的研究热点。分布式电源接 入电网运行乃大势所趋，部分中小容量的分布式发电系统须经整流逆变接口才能 与负荷或电网相连，故研究逆变型分布式电源孤岛及并网运行方式下的控制方式， 使其能够保持系统可接受的外特性，是解决分布式电源应用的关键之一。 1 微型燃气轮机的研究 文献 2 0 l 通过回顾微燃机技术发展的历史，对微燃机技术的特点及其市场应 用前景进行分析。文献 2 1 1 根据微型燃气轮发电机系统的动态特性，把微型燃气 轮机及电气部分当作一个整体，建立了微型燃气轮发电机系统完整的数学模型， 并进一步研究了微型燃气轮机和逆变器的基本控制策略，重点研究该系统的动态 特性，特别是负荷扰动时的动态特性。文献 2 2 】提出了微型燃气轮机发电系统启 动过程实现最大转矩电流比( m t p a ) 的直接转矩控带i j ( d t c ) 方案。在转矩闭环控制 中，解决了电机高速运行状态下功率角的位置准确计算问题。文献【2 3 】为了克服 微型燃气轮机的不确定性与非线性特性对其实现高精度稳定控制，充分发挥微型 燃气轮机在分布式发电中的优越性，引入自抗扰控制器，以转速为输入设计扩张 观测器，利用前馈环节予以补偿，同时通过非线性组合抑制转速偏差，实现整个 微型燃气轮机控制的优化。文献【2 4 】给微网中基于微型燃气轮机的冷热电联产设 备选型提供参考，从多方面分析了两种不同结构的微型燃气轮机特点，并根据微 型燃气轮机不同运行模式切换、不同负荷类型以及不同拓扑结构下的动态特性进 行了研究。文献 2 5 1 设计了一种新的神经网络p i d 控制器作为主控制器，通过神经 网络所具有的任意非线性表达能力，可以通过对系统性能的学习来实现具有最佳 组合的p i d 控制，确保系统的稳定性、快速性和准确性。并通过仿真证明，该算 法具有良好的控制效果。文献 2 6 】提出了一种基于功率前馈的无电网电压传感器 直接功率控制方案，解决了微网电压波动虚拟电网磁链准确观测问题，并对功率 广东工业大学工学硕士学位论文 控制方案进行了相关的改进。针对微型燃气轮机发电系统输出功率的变化，采用 功率前馈控制方案提高能量传输能力，稳定直流母线电压。仿真和实验表明，该 控制策略提高了系统的静动态性能。文献【2 7 】在建立微型燃气轮机冷热电三联产 系统数学模型的基础上，论述了冷热电联产的经济性。文献 2 8 利用能级分析方 法对联供系统进行了分析，对联供系统的几种评价指标进行了比较，得出了各个 季节联供系统的适用度。文献 2 9 贝j j 对微型燃气轮机冷热电联供系统的