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(3)双向DC/AC变换器的控制策略
当光照、温度、风力发生变化时,风光互补的微电网输出功率波动很大,这就要求混合储能系统能够平抑分布式电源的并网功率,减少功率波动对微电网系统的冲击,而在孤岛运行时能够提供微电网系统的电压和频率参考,且能合理分担负荷的功率,维持整个系统的功率平衡。因而,双向DC/AC变换器采用控制灵活、简单的下垂控制策略。
在低压微电网中,微电源输出的有功功率主要与输出电压的幅值有关,而无功功率主要与输出电压相角有关。因而,传统的下垂控制方程变为
根据上述低压下垂特性,设计得到功率控制器,如图5所示。同时为了改善三相输出电能,需对电压和电流进行精确、动态的控制,其中最典型的控制策略是电压电流双环控制,如图6所示。
输出电压与功率控制器得到的参考电压信号相比较,其差值经过电压环PI控制器和前馈解耦控制得到电流内环的参考电流。滤波电感电流与参考电流的差值经过电流环PI控制器、前馈解耦和电压前馈补偿得到SPWM调制电压信号。
(4)仿真分析
为了验证混合储能系统在风光互补微电网中的重要性,构建一个风光互补的微电网,结构如图7所示,系统由光伏发电(31kW)、双馈风力发电(35kW)以及超级电容蓄电池混合储能系统(蓄电池容量100Ah,额定电压240V,超级电容器电容15F,额定电压900V)和负载组成,通过线路、断路器连接到大电网中。超级电容蓄电池混合储能接在公共母线上,用于稳定母线电压,并在孤岛运行时采用下垂控制,吸收或补给功率缺额,维持整个系统的功率平衡。负载1、2为本地负载,负载3为重要负载,运行时应保证其供电可靠性,负载4、5为普通负载,必要时可以切除,负载6为冲击性负载。
4.1孤岛运行时光照强度、风速变化仿真分析
太阳的光照强度和风机的风速随机的发生变化。本地负载1、2和重要负载3接入系统,负载1:P=5kW,Q=3kvar;负载2:P=8kW,Q=3kvar;负载3:P=20kW,Q=0kvar。仿真结果如图8所示。
由图8(a)、(b)可以看出,光伏和风机的输出功率随着太阳的光照强度和风机的风速随机的发生变化,具有很大的随机性、波动性。由图8(c)、(d)可以看出,在风速和光照强度变化时,负载3电压基本保持不变,维持在标幺值1p.u.附近,系统频率始终稳定在50Hz附近,满足了重要负荷的供电可靠性。
整个仿真过程表明,当外界条件发生变化,风光互补微电网输出功率波动很大时,储能系统能够平抑功率的波动,提供微电网的电压和频率支持,且能够合理地分担负载功率,维持整个系统的功率平衡。
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文丨阳光风能
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