微电网接入对配电网电能质量的影响研究-第3页-北极星输配电网

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2.3储能系统

微电网的储能系统主要是蓄电池，通过对蓄电池的有效控制和能量管理，防止过度放电而造成电力的枯竭，电池端电压和充电状态（SOC）作为微电网的主要储能参数，对发电计划和新能源的经济平衡具有重要影响。通过对电池的合理控制和管理，可以充分利用其有限的能量，避免因过度放电而导致的功率消耗^[17]。为了微电网更好的运行，需要对蓄电池的剩余电量进行预测，将储能蓄电池接入到微电网系统主要有以下几个作用：

（1）微网将会具有一个相对稳定的输出；

（2）风能、太阳能本身的间歇性导致的微网电力系统输出波动性，将会由于蓄电池的接入而使得功率波动平滑，并且还能保证负荷的供电具有持续性；

（3）当发电系统不可调度时，可将其视为可调度机组实现并网运行^[18]。

2.3.1蓄电池的工作原理及数学模型

简单的蓄电池一般是由一个电压源与一个电阻串联而成，如图2-17即为蓄电池电路。

图中，E_b表示蓄电池的开路电压，R_b表示蓄电池的内阻。

在一定的放电条件下，蓄电池所放出的电量等于蓄电池的容量，蓄电池容量和时间是反比的关系，随着时间的增加容量会逐渐减小，然而温度、放电时间的大小和终止电压的大小是蓄电池实际容量大小的主要影响因子。放电的电流越大，可以释放的电量就越小；伴随电解液的温度增加，电池的实际容量就会越大，当终止电压低于限制范围时，放电的容量就会变小，此时蓄电池的寿命就会受到影响。

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（2-14）式中，E_bat表示蓄电池的容量；E_stc表示标准状况下的额定容量；T_bat表示蓄电池工作点的温度；T_st表示蓄电池在标准状况下的温度，取25°C；λ表示蓄电池的容量温度系数，取0.6%。

SOC表示荷电状态，因为SOC是没有办法直接得到，所以对于蓄电池来说，对其SOC的准确估计是十分重要的。当蓄电池是处于充放电的起始状态，此时设荷电状态为SOC₀，则SOC的值为：

截图_20220715145501.png

其中，I_bat表示蓄电池的实际充放电电流（大于0表示蓄电池充电，小于0表示蓄电池放电）；I_loss表示蓄电池的损耗反应电流。

蓄电池是有使用寿命的，蓄电池使用寿命受很多因素的影响，充放电电流值就是其中之一。为避免充放电电流值过大导致蓄电池使用寿命缩短，需要对充放电功率设定一个额度。一般情况下，单位时间内蓄电池的充放电容量应小于其最大容量的20%。

2.3.2蓄电池的建模与仿真模型

通过蓄电池的工作原理和充放电特性以及荷电状态的分析，在MATLAB软件中建立蓄电池模型，并观测其充放电过程，因为微电网的蓄电池是具有储能和放电两个过程，此处研究蓄电池的充放电特性。

建立蓄电池的仿真模型如图2-18，并设定参数如下：蓄电池标称电压为300V，额定容量为0.5Ah，初始荷电状态为50%，仿真时间为30s。

通过仿真，可以观测30s内的蓄电池的放电过程。并得到蓄电池放电过程中的电压特性曲线如图2-19，电流的特性曲线如图2-20，荷电状态曲线如图2.21。

分析图2-19、2-20、2-21仿真曲线可知：在蓄电池的放电过程中蓄电池的电流、电压、荷电状态随时间的增大而减小。

建立蓄电池充电仿真模型，如图2-22所示，可观测30s内的充电过程，电压特性如图2-23所示，电流如图2-24所示，荷电状态如图2-25所示。

分析图2-23、2-24、2-25仿真曲线可知：蓄电池的充电过程，蓄电池的电流荷电状态随时间的增大而增大，电压保持稳定值。

2.4风光储联合运行的微电网仿真模型

2.4.1微电网模型

通过上文的描述，可知此次微电网主要由三种微源组成，分别是风力发电、光伏发电、蓄电池，即微电网中既有直流电也有交流电。

参考图2-26直流微电网结构图对微电网整体进行构建。

利用MATLAB软件的Simulink仿真平台，可构建微电网模型如图2-27所示，该微电网涵盖风力发电、光伏发电、储能单元。并有以下特点：

（1）电力电子接口是分布式电源进行调节的关键，能够让电网更加的灵活可靠；

（2）能够自行用电，也能进行供电，满足电力系统的稳定性和电能质量的要求；

（3）一旦公共配电网无法正常运行会做出响应，微电网将切换到不在并网的状态进行运行。

3IEEE8节点配电网系统

3.1IEEE8节点配电网模型

电力系统IEEE8节点用于电力系统的仿真，根据文献[19]搭建配电网模型如图3-1所示。

3.2参数设置

电源采用三相电压源代替，参数设置如下表3-1所示。

3.3仿真分析

通过仿真运行，测得N0-N4母线的电压大小分别为309.69V、309.11V、308.76V、308.59V、308.47V。从配电网各节点分布分析，配电网的电压处于稳定状态，即靠近电源侧节点N0电压值最大，远离电源侧节点N4电压值最小^[20]。

其中N0点的电压波形如图3-2所示。

根据参考的文献可知，搭建的配电网仿真模型是可行的。

4微电网接入对电能质量的影响研究

4.1电能质量指标

电能质量问题在IEC标准下的规范定义为：供电装置正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性^[20]。一般认为造成用电设备故障或误动作的电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定值的偏差都称作电能质量问题^[21]。如图4-1所示为这次设计的电能质量衡量指标，主要是电压、电流、功率以及对线路的电压、电流谐波进行分析。

电力系统中的短路故障是指不同导体出现的短路现象，对于具体的三相系统的短路故障包括三相短路、两相短路、单相接地短路以及两相接地短路。在三相系统中，三相短路时，由于其被短路的三相阻抗相等，也被称为对称的短路现象^[22]。而经常发生的短路故障就是单相接地，三相短路出现的次数很少，一旦出现所带来的危害却是相当严重的，影响的范围也非常广。因此，本次设计模拟的短路故障为单相接地短路故障和三相短路故障。

4.2正常运行时配电网电能质量分析

在对配电网的电能质量研究时，将搭建好的配电网在正常情况下运行，选取配电网末端母线N4作为研究对象，仿真时间设定为1s，所得到的电压、电流、功率波形如图4-2所示。

( 来源: 北极星输配电网作者: 罗文 )

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