一种单相、三相混合微电网结构及其能量协调控制方法

从图10可知,在运行条件改变之前,混合微电网中各相的DG出力充足,PSU将各相过剩能量输出至ESU侧,再利用ESU将其存储起来。从图10的线1可以看出,在A相突然减少一组负荷后,出现能量过剩,导致A相电压频率幅值升高,PSU开始工作,将A相过剩的能量输出至ESU侧;从图10的线2可以看出,B相切断电源后,由于B相无法满足负荷对功率的需求,导致B相电压跌落,此时PSU快速做出反应,对其提供有功和无功支撑,以维持B相继续正常运行;从图10(a)和图12可知,在A相增加输出至ESU侧的有功功率后,ESU充电电流不但没有增加,反而减少了,这是因为B相切断唯一一组电源后,需要PSU提供较大的有功功率以支撑B相的功率平衡,表明本文所提控制方法能够有效实现混合微电网的能量协调控制并抑制混合微电网的三相功率不平衡。

图12 ESU的控制实验波形图

从图11可以看出,在A相突然减少一组负荷后,A相电压频率幅值升高,通过协调控制,PSU增加输出至ESU的有功功率和无功功率,随后母线电压恢复正常。在B相切断电源后,B相电压下跌,此时PSU快速反应,对其提供有功和无功支撑,使得B相电压恢复正常。证明了本文所提能量协调控制方法对抑制混合微电网电压波动效果显著。

从图12可知,通过ESU的稳压控制,PSU公共直流侧母线电压基本上保持为直线,表明了ESU对公共直流侧母线电压的稳压效果显著,可有效的抑制混合微电网能量的波动。此外,从图12中还可以看出,充电电流iL,Bat1要大于iL,Bat2,这是因为储能电池Bat1的SOC大于储能电池Bat2的SOC,实验结果和分析结果一致,验证了ESU能量协调控制方法的有效性。

5、结论

针对传统单相-三相混合微电网孤岛运行时易出现电压波动和三相功率不平衡问题,本文提出了一种单相-三相混合微电网结构及其能量协调控制方法,得到如下结论：

1）提出的单相-三相混合微电网结构实现了对混合微电网的能量协调控制,提高了混合微电网的供电电能质量。

2）提出的基于下垂控制的PSU能量协调控制方法可协调混合微电网各相进行功率交换,并且对其提供有功和无功支撑,实现了对混合微电网三相功率不平衡和电压波动的有效抑制。

3）提出的ESU能量协调控制方法可对混合微电网的能量波动进行缓冲,确保了PSU直流侧母线电压的稳定。

4）仿真与实验结果验证了所提单相-三相混合微电网结构及其能量协调控制方法的有效性,可推广应用到单相-三相混合微电网系统中。

团队介绍

国家电能变换与控制工程技术研究中心于2013年，经科技部批复，依托湖南大学组建，由教育部主管。“中心”主要围绕我国电能变换与控制的关键共性理论与技术难题，开展技术研究、成果转化、应用推广、科技服务等工作，从而引领电能变换与控制关键共性技术的科学发展，培育、提高自主创新能力，加快该先进科研成果在企业配用电综合节能领域中的应用，并促进科技成果向生产力转化，增强产业核心竞争力，提升我国电气节能产业升级与高层次人才培养，优化、加强行业人才储备。“中心”现有教授38人，副教授46人，在校研究生和本科生3000余人。拥有国家重点学科1个、国家重点培育学科1个；2个一级学科博士点，2个博士后流动站；已建成教育部输变电新技术工程研究中心、机械工业配电网电气节能重点实验室、电力推进与伺服传动教育部重点实验室、电气科学及其应用湖南省重点实验室等科研基地，成立了国家电能变换与控制工程技术研究中心珠海分中心。拥有长江学者2人、“千人计划”3人、“国家杰青”2人等人才，是“长江学者与创新团队发展计划”创新团队。近2年来，“中心”承担或完成国家科技支撑计划、国家“973”、“863”、国家自然科学基金等项目43项，省部级项目27项，企业合作项目53项。申请发明专利36项，获授权发明专利30项，发表学术期刊论文141篇，其中SCI收录34篇，出版专著2部，获得国家技术发明二等奖1项、中国专利金奖1项，省部级一等奖2项、二等奖1项等，培养研究生191名，其中博士29人。中心在“用电设备电能变换与控制技术”、“企业配电网电能质量控制技术”、“企业用电优化与协调控制技术”三个研究方向取得重大突破，通过与湖南中科电气、广州白云电器集团、中铝华大等7家企业建立了“产、学、研、用”联盟，研制的20余种电能变换与控制装备广泛应用于钢铁、冶金、石化、电力等行业。引领并带动了电能变换与控制领域相关产业链的发展。

作者介绍

罗安，中国工程院院士，博士，中共党员，湖南大学电气与信息工程学院教授、博士生导师，湖南省科学技术协会副主席，国家电能变换与控制工程技术研究中心主任，“全国优秀科技工作者”，“全国优秀博士学位论文”指导教师，“何梁何利科学技术进步奖”、“中达学者”、“湖南光召科技奖”、“湖南省劳动模范”获得者，IEEESeniorMember。兼任中国电机工程学会理事、中国电源学会常务理事、中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会副主任、湖南省电机工程学会荣誉理事长、长沙发明协会会长，浙江大学求实特聘教授。主要从事大功率冶金特种电源系统，配电网电能质量控制，企业综合电气节能，新能源分布式发电，微电网控制等方向的研究工作。近年来，主持国家973计划子项、863计划、国家支撑计划、国家重大成果转化、国际合作项目、国家自然科学基金重点项目及面上项目、湖南省重大专项等课题20余项。主编专著2部，获发明专利50余项，实用新型专利20余项，在IEEE、IET等国内外期刊发表高水平学术论文200余篇，其中SCI收录论文30余篇。

周小平，博士研究生，研究方向为分布式发电、微电网控制及电能质量控制，zxp2011@hnu.edu.cn。

陈燕东，博士，副教授，研究方向为新能源发电、微电网控制及工业特种电源技术，xlcyd520@163.com。