【文章內(nèi)容簡介】 的研究意義。 第二章介紹了微電源的分類， 著重介紹了逆變型分布式電源接口逆變器的控制策略 ，并 分別針對恒壓恒頻控制和恒功率控制這兩種逆變器控制策略下的分布式電源的故障輸出特性進行了理論分析 第三章 用 MATLAB 軟件分別搭建微電網(wǎng)仿真模型，并用仿真算例驗證了控制策略的 正確性， 研究了在故障電流達到故障限流之前逆變型分布式電源端口的輸出特性，并仿真給出了相應(yīng)的特征量變化 第四章基于以上理論分析及仿真結(jié)果，提出具體的微電網(wǎng)保護方案。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 46 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 二章 微電網(wǎng)的控制策略及故障特性分析 微網(wǎng)內(nèi)的微源種類多樣，包括微型燃氣輪機、風(fēng)機、燃料電池、光伏電池和儲能電容器等，其工作特性也各不相同。比如對于微型燃氣輪機和燃料電池而言，其出力可以人為干預(yù)調(diào)節(jié)，既可以對有功無功進行控制，也可以實現(xiàn)電壓頻率控制，在微網(wǎng)孤島時提供網(wǎng)內(nèi)電壓和頻率支撐，屬于非間歇式微源；而對于風(fēng)能、太陽能等發(fā)電形式，其輸出具有波動性和間歇性特點，輸出功率受天氣影響很大。這類電源一般采用恒功率控制策略，即跟蹤目標的最大功率輸出，通過并網(wǎng)逆變器控制電流波形和輸出功率，使其向電網(wǎng)輸送的功率與電動 機或者光伏陣列所發(fā)出的最大功率相平衡，以保證可再生能源能夠達到最大的利用率。本章首先詳細介紹微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點和微電源的分類，針對微電網(wǎng)中通常采用的逆變型分布式電源的工作原理和特點不同，區(qū)分采用不同的控制策略，進而搭建微電網(wǎng)的模型 ，對不同控制策略下的逆變型分布式電源的故障進行理論分析 。 微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點 從結(jié)構(gòu)上看，微電網(wǎng)是一個帶有多個負載及 DG 的微型電力系統(tǒng)，通過一個能量管理系統(tǒng)、靈活交流輸電系統(tǒng)控制裝置 (例如，功率潮流控制器，電壓控制器等 )以及保護裝置構(gòu)成。微電網(wǎng)自身可以是直流或者交流網(wǎng)絡(luò)，交流 微電網(wǎng)可以是一個單相或是三相的系統(tǒng)。它可以被連接到一個低壓或者中壓的配電網(wǎng)中。 微 電網(wǎng) 的基本 結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，它包含的分布式電源包括光伏發(fā)電、微汽輪機以及燃料電池系統(tǒng)，連接在 A、 B 饋線中。微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間的連接是由公共耦合點 (Point of Common Coupling, PCC)處的分斷設(shè)備 (通常為一個靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān) )來保證一旦大電網(wǎng)故障時的快速斷開。更簡單的說，微電網(wǎng)可以看做是一個包含了電源和控制設(shè)施的分布式系統(tǒng)，能量管理系統(tǒng)作為微電網(wǎng)的控制中心，內(nèi)部包含了保護設(shè)備的配合以及電能質(zhì)量監(jiān)控管理，來保 證微電網(wǎng)的可靠操作以及對大電網(wǎng)需求的響應(yīng)。微電網(wǎng)的另一個特點是該分布式的網(wǎng)絡(luò)可以連接為一個環(huán)網(wǎng)，來提高系統(tǒng)的可靠性。由 于 DG 更接近負荷，燃料電池及微汽輪機之類的電源就可以作為熱電聯(lián)產(chǎn)的電源來提高能源的利用率。加裝了蓄電池的燃料電池可以產(chǎn)生可控的輸出功率來滿足大電網(wǎng)或者負荷切換瞬間的需求。風(fēng)力發(fā)電及光伏發(fā)電通常有來自風(fēng)機和太陽能電池板的最大功率跟蹤 (Maximum Point of Power Tracking, MPPT)。同樣，加裝了儲能單元的風(fēng)機和太陽能發(fā)電系統(tǒng)能夠產(chǎn)生可控的輸出功率來滿足發(fā)電和負荷的需 要?？傊?，微電網(wǎng)為能源的最佳利用提供了機會，可以根據(jù)不同的地區(qū)環(huán)境和不同的負荷需要合理的配置不同的發(fā)電單元以全面提高電能和熱能的使用效率 。 A、 B 兩條饋線當(dāng)大電網(wǎng) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 46 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 側(cè)發(fā)生故障時，也可以實現(xiàn)與大電網(wǎng)斷開后的獨立運行，因此可以滿足對可調(diào)節(jié)負荷或敏感負荷的不間斷本地供電； C饋線上一般連接用電要求不高的非敏感負荷，通常是由大電網(wǎng)直接供電。 能 量管 理 器ABC微 電 網(wǎng)調(diào) 度變 壓 器P C C微 型 燃 氣 輪 機可 調(diào) 節(jié) 負 荷熱 負 荷敏 感 負 荷光 伏 電 池潮 流 控 制 器保 護 協(xié) 調(diào) 器分 隔 器（ 斷 路 器 ）靜 態(tài) 開 關(guān)燃 料 電 池非 敏 感 負 荷斷 路 器 圖 21 微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 微電網(wǎng)的運行方式主要有兩種： 并 網(wǎng)模式和孤島模式。 并 網(wǎng)時， DG 的 主要功能是提供電能并提供本地電壓和功率支撐，由于電力電子元件的使用， DG 還能產(chǎn)生可控的無功功率。這樣能夠降低線路損耗，提高整個系統(tǒng)的效率。微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)可以單獨控制每一個 DG的有功和無功參考值，例如光伏和風(fēng)力發(fā)電之類的 DG也可以由 MPPT 跟蹤控制輸出最大的功率。另一個運行模式是孤島運行，它是在微電網(wǎng)從大電網(wǎng)斷開后 (例如，當(dāng)大電網(wǎng)斷電時 )持續(xù)為本地負荷提供電能的運行方式 ， 保證孤島能穩(wěn)定運行，其內(nèi)部 DG的控制需要滿足以下三個需求：第一，所有 DG 供能總和應(yīng)能滿足網(wǎng)內(nèi)負荷需要，由此可以避免 DG 間通過容量大小分 擔(dān)負荷而造成的設(shè)備損壞。第二，有 DG能夠采用電壓控制來保證所有線路電壓值在范圍內(nèi)。第三，所有 DG必須同步并提供微電網(wǎng)的頻率控制。根據(jù)兩種運行模式下的不同的控制方法，為保證微電網(wǎng)的正常運行，每個 DG 都帶有快速可靠的孤島檢測技術(shù)也十分重要。 為保證故障清除后微電網(wǎng)重新穩(wěn)定并入大電網(wǎng)，微電網(wǎng)還需要有再同步技術(shù)。由于孤島模式下微電網(wǎng)側(cè)的 PCC 終端電壓幅值，頻率和相角，可能與大電網(wǎng)側(cè)的終端值不同。所以，在閉合開關(guān)前就需要采用再同步技術(shù)，再同步技術(shù)是為了保證重新聯(lián)網(wǎng)時的平滑過渡。 最后，保護是微電網(wǎng)另一個十分重要的問題 。無論是大電網(wǎng)側(cè)或是微電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生故障，微電網(wǎng)都需要能夠快速響應(yīng)于新的保護方案以及配合方法，這是因為： （ 1） 傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)保護可能由于微電網(wǎng)的放射狀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而退出。 （ 2） 電力電子器件在 DG 中的使用，限流幅值通常只有額定電流的 23 倍，傳統(tǒng) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 46 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 的過電流保護方法不再適合于微電網(wǎng)。 （ 3） 傳統(tǒng)的保護由于分布式電源的接入受到嚴重的影響，每個 DG 都可能增加故障電流大小?？傊?，微電網(wǎng)的保護需要重新配置并且故障電流需要重新計算和估計。 微電源的分類及控制原理 微電源的分類 微電源是微 網(wǎng)的重要組成部分，它的實現(xiàn)基礎(chǔ)是電力電子技術(shù)，各種微電源接入大都是通過逆變器聯(lián)接的，響應(yīng)時間都在毫秒級。控制方式既可以依靠本地信息，也可以借助于通信手段。這些微電源按照并網(wǎng)方式的不同可以分為三大類 。 （ 1） 直流電源，如燃料電池、光伏電池、直流風(fēng)機等。其并網(wǎng)方式如圖 22 所示。 直 流 升 壓 逆 變 器 濾 波 交 流 母 線U d c 圖 22 直流逆變型電源并網(wǎng)示意圖 （ 2） 交直交電源，如微型燃氣輪機、變速恒頻風(fēng)機等某些發(fā)電形式雖為交流，但不為工頻或不恒為工頻的微源 。其并網(wǎng)方式如圖 23所示。 整 流 器 逆 變 器 濾 波 交 流 母 線U d c 圖 23 交直交逆變型電源并網(wǎng)示意圖 （ 3） 工頻交流電源，如小水電機組、柴油發(fā)電機、小風(fēng)機等。由于這類電源沒有電力電子接口，采取直接并網(wǎng)方式，不具快速調(diào)節(jié)能力，所以在微電網(wǎng)中較少出現(xiàn)。 后文中將以上前兩種電源統(tǒng)稱為逆變器接口的分布式電源(InverterInterfaced Distributed Generators)，簡稱 IBDG 。 逆變型分布式電源的工作原理 如圖 24 所示為三相電壓型逆變器的并網(wǎng)拓撲電路，三相逆變器將等效后的微電源直流輸出電壓 dcV 逆變?yōu)槿嘟涣麟?，?jīng)過 LC 濾波后輸送到負荷端。其中， 1L 、 1C 、1R 為濾波器參數(shù)， 3R 、 3L 為線路參數(shù)， 1u 為逆變器的輸出電壓， 2u 為負載的端電壓，1i 為流過電感 1L 的電流， 2i 為電容 1C 中流過的電流， 3i 為流向負載和電網(wǎng)的電流之和。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 46 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ S 1V d c3 8 0 V電 網(wǎng)S 3 S 5S 4 S 6 S 2u 1 au 1 bu 1 ci 2 au 2 ai 1 bi 1 ci 2 b i 2 ci 3 ai 3 bi 3 cu 2 bu 2 cL 1R 1C 1R 2L 2R 3 L 3i 1 a 圖 24 三相逆變器并網(wǎng)拓撲電路 典型逆變器的控制方案如圖 25 所示，兩個級聯(lián)的控 制回路分別為相位控制和幅值控制。它們將現(xiàn)場采集信息和控制信號作為輸入，根據(jù)相應(yīng)的控制策略，為 PWM控制提供輸入，以此來使逆變橋產(chǎn)生閥觸發(fā)脈沖。 相 位 控 制幅 值 控 制P W M 控 制幅 值 基 準相 位 基 準觸 發(fā) 脈 沖逆 變 橋 圖 25 逆變器的控制方案 逆變型分布式電源的控制方法 常見的微電源接口逆變器控制方法有恒功率 (PQ)控制和恒壓恒頻 (V/f)控制。 1) PQ控制 對于風(fēng)能、太陽能等發(fā)電形式，其輸出功率具有波動性和間歇性特點，受天氣影響很大。這類電源一般采用 PQ控 制策略，即跟蹤目標的最大功率輸出，通過并網(wǎng)逆變器控制電流波形和輸出功率，使其向電網(wǎng)輸送的功率與電動機或者光伏陣列所發(fā)出的最大功率相平衡，以保證可再生能源能夠達到最大的利用率。 下面就說明一下 PQ 控制的原理： PQ控制是通過有功和無功電流的調(diào)節(jié)，令其跟蹤參考電流而實現(xiàn)。逆變器三相對稱系統(tǒng)中，并網(wǎng)基波電壓為 nu ，相電壓幅值為 mU ，則有： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 46 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ?????????????????????????????)32c o s ()32c o s ()c o s (??wtUwtUwtUUUUmmmcba （ 21） 從靜止 abc 坐標系到旋轉(zhuǎn) dq 坐標系的變換 (稱為 Park 變換，或 dq 變換 )： ??????????????????)32s i n ()32s i n ()s i n ()32