風(fēng)—光—燃?xì)饣旌衔㈦娋W(wǎng)的建模和仿真分析

范鵬翔

摘 要：近年來，分布式發(fā)電技術(shù)以其獨(dú)有的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的供電方式引起人們越來越多的關(guān)注。本文運(yùn)用數(shù)學(xué)建模組建各種系統(tǒng)模型以及各種控制模塊，創(chuàng)建一個(gè)包含太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)和三個(gè)負(fù)載組成的微型電網(wǎng)，系統(tǒng)采用并網(wǎng)方式，通過變壓器連到無窮大系統(tǒng)，并以PSCAD/EMTDC為平臺進(jìn)行模擬仿真，通過給系統(tǒng)施加擾動，判斷分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，驗(yàn)證所建微型電網(wǎng)模型的合理性。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng) 光伏 微型燃?xì)廨啓C(jī) 風(fēng)力機(jī) 建模

中圖分類號：TM71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0116-03

Abstract：In recent years， distributed generation technologies has been payed a attention by more and more people with its unique security，economy and reliability of power supply.In order to get a micro-grid，which include solar photovoltaic，wind power and micro-turbine power generation，a variety of system models was formed by creating mathematical models.As a platform of simulation，PSCAD/EMTDC is used to judge the stability of the models and to prove the rationality of the micro-network system.

Key Words：Micro-grid；Photovoltaic；Micro-turbine；Wind turbine；Modeling

微電網(wǎng)是由分布式電源（風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)以及燃料電池等）、儲能系統(tǒng)（蓄電池、超級電容器以及飛輪儲能等）、能量轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控和保護(hù)裝置、負(fù)荷等匯集而成的小型發(fā)、配、用電系統(tǒng)，是一個(gè)具備自我控制和自我能量管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行[1～3]。上述分布式電源中，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電已成為目前發(fā)展最快的一種新能源發(fā)電方式，其發(fā)電技術(shù)最為成熟，開發(fā)空間較為廣泛，是今后微電網(wǎng)中的主力能源[4]。

分布式電源類型的多樣性及微電網(wǎng)運(yùn)行方式的復(fù)雜性使得微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)有所不同，特別是微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，必然會對配電網(wǎng)的運(yùn)行帶來一定的影響。為此，構(gòu)建微電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型研究其動態(tài)特性意義重大。如文獻(xiàn)[5]建立了直流母線連接的風(fēng)能/光伏混合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的模型；文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了風(fēng)能/光伏/燃料電池混合獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的功率管理策略，對獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)能/光伏/燃料電池混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分析。

風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電具有天然的互補(bǔ)性，但是二者也不可能做到天衣無縫，即使配備了儲能裝置。為此，本文為了更好地協(xié)調(diào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏電池的配合，提出了采用微型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行改善整個(gè)微電網(wǎng)響應(yīng)負(fù)荷變化的能力。本文利用PSCAD/EMTDC仿真軟件建立了風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和微型燃?xì)廨啓C(jī)的微電網(wǎng)模型。提出了微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的控制策略，并對微電網(wǎng)擾動情況下的運(yùn)行特性進(jìn)行了分析驗(yàn)證。

1 微電網(wǎng)建模

風(fēng)能、光伏與燃?xì)廨啓C(jī)混合微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，交流母線下有三條支路。光伏電源接入支路I，經(jīng)變流器接工頻交流母線，風(fēng)力發(fā)電和燃?xì)廨啓C(jī)接入支路II，經(jīng)逆變器裝置接入工頻交流母線，三個(gè)負(fù)荷分別連接在三個(gè)支路上。交流母線經(jīng)變壓器接入配電網(wǎng)，在配電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間形成了公共連接點(diǎn)PCC，PCC處裝有斷路器，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行。

1.1 光伏電池模型

光伏電池單體是用于光電轉(zhuǎn)換的最小單元，將其進(jìn)行串、并聯(lián)封閉后，就成為光伏電池組件，其電路簡化模型如圖2所示。

由基爾霍夫電流定律得到光伏組件輸出電流為：

1.2 風(fēng)力發(fā)電模型

風(fēng)力機(jī)吸收風(fēng)能后獲得的功率為：

變流器利用SPWM技術(shù)控制換流器，即將調(diào)制信號與三角波載波相比較獲得觸發(fā)信號控制網(wǎng)側(cè)換流器的6個(gè)全控型門極開關(guān)（IGBT），從而實(shí)現(xiàn)直流電壓和無功功率的獨(dú)立控制。其仿真模型如圖4所示。

1.3 微型燃?xì)廨啓C(jī)模型

微型燃?xì)廨啓C(jī)是由微型燃?xì)廨啓C(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、三相不可控整流器、三相電壓源逆變器（VSI）及LC濾波器組成。微型燃?xì)廨啓C(jī)采用高效率高可靠性的單軸結(jié)構(gòu)，通過渦輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動高速發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)輸出的高頻交流電經(jīng)整流和逆變后輸出工頻交流，模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2 算例分析

本文利用PSCAD/EMTDC軟件分別對所建立的微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的動態(tài)特性進(jìn)行仿真分析。整個(gè)系統(tǒng)是由無窮大電網(wǎng)系統(tǒng)和三個(gè)電源以及三個(gè)負(fù)荷組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中三個(gè)負(fù)載的容量分別為：126+j56（kVA）；144+j78（kVA）；104+j48（kVA）。三種微電源的參數(shù)如表1、2、3所示。

并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，光伏、風(fēng)機(jī)輸出有功率，無功功率參考值設(shè)定為零。微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出有功功率和無功功率，并設(shè)定其有功功率、無功功率的基準(zhǔn)值分別為83 kW、67 kVar。并且在t=4 s時(shí)給系統(tǒng)一大小為104+j48（kVA）（突然加入負(fù)荷3）的負(fù)荷擾動，在t=6 s時(shí)負(fù)載1出口處發(fā)生0.5 s單相瞬時(shí)性接地短路故障，則模擬仿真圖如圖6、7所示。

從圖6、7可以看出，在系統(tǒng)采用并網(wǎng)的情況下，短暫的瞬時(shí)單相短路故障以及負(fù)載的瞬間接入對系統(tǒng)影響較小，系統(tǒng)很快進(jìn)入穩(wěn)定。

3 結(jié)論

針對分布式電源具有很強(qiáng)的生命力和很好的發(fā)展前景，本設(shè)計(jì)組建了光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電組成的混合微電網(wǎng)，采用并網(wǎng)模式，并用PSCAD模擬仿真。光伏發(fā)電系統(tǒng)采用最大功率跟蹤控制策略，輸出功率存在較大波動，并網(wǎng)時(shí)，利用系統(tǒng)外網(wǎng)和微型燃?xì)廨啓C(jī)平滑調(diào)節(jié)，在滿足本地負(fù)荷的功率基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)可調(diào)度。仿真結(jié)果表明，在受到擾到時(shí)，各電源、各負(fù)荷的功率輸入輸出能夠保持平衡，系統(tǒng)頻率、電壓能夠保持穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1] 王成山，武震，李鵬.微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29（2）：1-12.

[2] 時(shí)珊珊，魯宗相，周雙喜，等.中國微電網(wǎng)的特點(diǎn)和發(fā)展方向[J].中國電力，2009，42（7）：21-25.

[3] 王成山，李鵬.分布式發(fā)電、微電網(wǎng)與智能配電網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34（2）：10-14.

[4] 張新昌.微電網(wǎng)運(yùn)行控制解決方案及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（10）：141-146.

[5] KIM S K， KIM E S， AHN J B. Modeling and control of a grid connected wind/PV hybrid generation system[C]// Proceedings of IEEE PES Transmission and Distribution Conference and Exhibition.Dallas，USA，2006：1202-1207.

[6]WANG C，NEHRIR M H.Power management of a stand-alone wind/photovoltaic/fuel cell energy system[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion，2008，23（3）：957-967.endprint

摘 要：近年來，分布式發(fā)電技術(shù)以其獨(dú)有的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的供電方式引起人們越來越多的關(guān)注。本文運(yùn)用數(shù)學(xué)建模組建各種系統(tǒng)模型以及各種控制模塊，創(chuàng)建一個(gè)包含太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)和三個(gè)負(fù)載組成的微型電網(wǎng)，系統(tǒng)采用并網(wǎng)方式，通過變壓器連到無窮大系統(tǒng)，并以PSCAD/EMTDC為平臺進(jìn)行模擬仿真，通過給系統(tǒng)施加擾動，判斷分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，驗(yàn)證所建微型電網(wǎng)模型的合理性。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng) 光伏 微型燃?xì)廨啓C(jī) 風(fēng)力機(jī) 建模

中圖分類號：TM71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0116-03

Abstract：In recent years， distributed generation technologies has been payed a attention by more and more people with its unique security，economy and reliability of power supply.In order to get a micro-grid，which include solar photovoltaic，wind power and micro-turbine power generation，a variety of system models was formed by creating mathematical models.As a platform of simulation，PSCAD/EMTDC is used to judge the stability of the models and to prove the rationality of the micro-network system.

Key Words：Micro-grid；Photovoltaic；Micro-turbine；Wind turbine；Modeling

微電網(wǎng)是由分布式電源（風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)以及燃料電池等）、儲能系統(tǒng)（蓄電池、超級電容器以及飛輪儲能等）、能量轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控和保護(hù)裝置、負(fù)荷等匯集而成的小型發(fā)、配、用電系統(tǒng)，是一個(gè)具備自我控制和自我能量管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行[1～3]。上述分布式電源中，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電已成為目前發(fā)展最快的一種新能源發(fā)電方式，其發(fā)電技術(shù)最為成熟，開發(fā)空間較為廣泛，是今后微電網(wǎng)中的主力能源[4]。

分布式電源類型的多樣性及微電網(wǎng)運(yùn)行方式的復(fù)雜性使得微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)有所不同，特別是微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，必然會對配電網(wǎng)的運(yùn)行帶來一定的影響。為此，構(gòu)建微電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型研究其動態(tài)特性意義重大。如文獻(xiàn)[5]建立了直流母線連接的風(fēng)能/光伏混合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的模型；文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了風(fēng)能/光伏/燃料電池混合獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的功率管理策略，對獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)能/光伏/燃料電池混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分析。

風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電具有天然的互補(bǔ)性，但是二者也不可能做到天衣無縫，即使配備了儲能裝置。為此，本文為了更好地協(xié)調(diào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏電池的配合，提出了采用微型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行改善整個(gè)微電網(wǎng)響應(yīng)負(fù)荷變化的能力。本文利用PSCAD/EMTDC仿真軟件建立了風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和微型燃?xì)廨啓C(jī)的微電網(wǎng)模型。提出了微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的控制策略，并對微電網(wǎng)擾動情況下的運(yùn)行特性進(jìn)行了分析驗(yàn)證。

1 微電網(wǎng)建模

風(fēng)能、光伏與燃?xì)廨啓C(jī)混合微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，交流母線下有三條支路。光伏電源接入支路I，經(jīng)變流器接工頻交流母線，風(fēng)力發(fā)電和燃?xì)廨啓C(jī)接入支路II，經(jīng)逆變器裝置接入工頻交流母線，三個(gè)負(fù)荷分別連接在三個(gè)支路上。交流母線經(jīng)變壓器接入配電網(wǎng)，在配電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間形成了公共連接點(diǎn)PCC，PCC處裝有斷路器，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行。

1.1 光伏電池模型

光伏電池單體是用于光電轉(zhuǎn)換的最小單元，將其進(jìn)行串、并聯(lián)封閉后，就成為光伏電池組件，其電路簡化模型如圖2所示。

由基爾霍夫電流定律得到光伏組件輸出電流為：

1.2 風(fēng)力發(fā)電模型

風(fēng)力機(jī)吸收風(fēng)能后獲得的功率為：

變流器利用SPWM技術(shù)控制換流器，即將調(diào)制信號與三角波載波相比較獲得觸發(fā)信號控制網(wǎng)側(cè)換流器的6個(gè)全控型門極開關(guān)（IGBT），從而實(shí)現(xiàn)直流電壓和無功功率的獨(dú)立控制。其仿真模型如圖4所示。

1.3 微型燃?xì)廨啓C(jī)模型

微型燃?xì)廨啓C(jī)是由微型燃?xì)廨啓C(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、三相不可控整流器、三相電壓源逆變器（VSI）及LC濾波器組成。微型燃?xì)廨啓C(jī)采用高效率高可靠性的單軸結(jié)構(gòu)，通過渦輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動高速發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)輸出的高頻交流電經(jīng)整流和逆變后輸出工頻交流，模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2 算例分析

本文利用PSCAD/EMTDC軟件分別對所建立的微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的動態(tài)特性進(jìn)行仿真分析。整個(gè)系統(tǒng)是由無窮大電網(wǎng)系統(tǒng)和三個(gè)電源以及三個(gè)負(fù)荷組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中三個(gè)負(fù)載的容量分別為：126+j56（kVA）；144+j78（kVA）；104+j48（kVA）。三種微電源的參數(shù)如表1、2、3所示。

并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，光伏、風(fēng)機(jī)輸出有功率，無功功率參考值設(shè)定為零。微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出有功功率和無功功率，并設(shè)定其有功功率、無功功率的基準(zhǔn)值分別為83 kW、67 kVar。并且在t=4 s時(shí)給系統(tǒng)一大小為104+j48（kVA）（突然加入負(fù)荷3）的負(fù)荷擾動，在t=6 s時(shí)負(fù)載1出口處發(fā)生0.5 s單相瞬時(shí)性接地短路故障，則模擬仿真圖如圖6、7所示。

從圖6、7可以看出，在系統(tǒng)采用并網(wǎng)的情況下，短暫的瞬時(shí)單相短路故障以及負(fù)載的瞬間接入對系統(tǒng)影響較小，系統(tǒng)很快進(jìn)入穩(wěn)定。

3 結(jié)論

針對分布式電源具有很強(qiáng)的生命力和很好的發(fā)展前景，本設(shè)計(jì)組建了光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電組成的混合微電網(wǎng)，采用并網(wǎng)模式，并用PSCAD模擬仿真。光伏發(fā)電系統(tǒng)采用最大功率跟蹤控制策略，輸出功率存在較大波動，并網(wǎng)時(shí)，利用系統(tǒng)外網(wǎng)和微型燃?xì)廨啓C(jī)平滑調(diào)節(jié)，在滿足本地負(fù)荷的功率基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)可調(diào)度。仿真結(jié)果表明，在受到擾到時(shí)，各電源、各負(fù)荷的功率輸入輸出能夠保持平衡，系統(tǒng)頻率、電壓能夠保持穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1] 王成山，武震，李鵬.微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29（2）：1-12.

[2] 時(shí)珊珊，魯宗相，周雙喜，等.中國微電網(wǎng)的特點(diǎn)和發(fā)展方向[J].中國電力，2009，42（7）：21-25.

[3] 王成山，李鵬.分布式發(fā)電、微電網(wǎng)與智能配電網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34（2）：10-14.

[4] 張新昌.微電網(wǎng)運(yùn)行控制解決方案及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（10）：141-146.

[5] KIM S K， KIM E S， AHN J B. Modeling and control of a grid connected wind/PV hybrid generation system[C]// Proceedings of IEEE PES Transmission and Distribution Conference and Exhibition.Dallas，USA，2006：1202-1207.

[6]WANG C，NEHRIR M H.Power management of a stand-alone wind/photovoltaic/fuel cell energy system[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion，2008，23（3）：957-967.endprint

摘 要：近年來，分布式發(fā)電技術(shù)以其獨(dú)有的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的供電方式引起人們越來越多的關(guān)注。本文運(yùn)用數(shù)學(xué)建模組建各種系統(tǒng)模型以及各種控制模塊，創(chuàng)建一個(gè)包含太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)和三個(gè)負(fù)載組成的微型電網(wǎng)，系統(tǒng)采用并網(wǎng)方式，通過變壓器連到無窮大系統(tǒng)，并以PSCAD/EMTDC為平臺進(jìn)行模擬仿真，通過給系統(tǒng)施加擾動，判斷分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，驗(yàn)證所建微型電網(wǎng)模型的合理性。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng) 光伏 微型燃?xì)廨啓C(jī) 風(fēng)力機(jī) 建模

中圖分類號：TM71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0116-03

Abstract：In recent years， distributed generation technologies has been payed a attention by more and more people with its unique security，economy and reliability of power supply.In order to get a micro-grid，which include solar photovoltaic，wind power and micro-turbine power generation，a variety of system models was formed by creating mathematical models.As a platform of simulation，PSCAD/EMTDC is used to judge the stability of the models and to prove the rationality of the micro-network system.

Key Words：Micro-grid；Photovoltaic；Micro-turbine；Wind turbine；Modeling

微電網(wǎng)是由分布式電源（風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)以及燃料電池等）、儲能系統(tǒng)（蓄電池、超級電容器以及飛輪儲能等）、能量轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控和保護(hù)裝置、負(fù)荷等匯集而成的小型發(fā)、配、用電系統(tǒng)，是一個(gè)具備自我控制和自我能量管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行[1～3]。上述分布式電源中，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電已成為目前發(fā)展最快的一種新能源發(fā)電方式，其發(fā)電技術(shù)最為成熟，開發(fā)空間較為廣泛，是今后微電網(wǎng)中的主力能源[4]。

分布式電源類型的多樣性及微電網(wǎng)運(yùn)行方式的復(fù)雜性使得微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)有所不同，特別是微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，必然會對配電網(wǎng)的運(yùn)行帶來一定的影響。為此，構(gòu)建微電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型研究其動態(tài)特性意義重大。如文獻(xiàn)[5]建立了直流母線連接的風(fēng)能/光伏混合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的模型；文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了風(fēng)能/光伏/燃料電池混合獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的功率管理策略，對獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)能/光伏/燃料電池混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分析。

風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電具有天然的互補(bǔ)性，但是二者也不可能做到天衣無縫，即使配備了儲能裝置。為此，本文為了更好地協(xié)調(diào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏電池的配合，提出了采用微型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行改善整個(gè)微電網(wǎng)響應(yīng)負(fù)荷變化的能力。本文利用PSCAD/EMTDC仿真軟件建立了風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和微型燃?xì)廨啓C(jī)的微電網(wǎng)模型。提出了微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的控制策略，并對微電網(wǎng)擾動情況下的運(yùn)行特性進(jìn)行了分析驗(yàn)證。

1 微電網(wǎng)建模

風(fēng)能、光伏與燃?xì)廨啓C(jī)混合微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，交流母線下有三條支路。光伏電源接入支路I，經(jīng)變流器接工頻交流母線，風(fēng)力發(fā)電和燃?xì)廨啓C(jī)接入支路II，經(jīng)逆變器裝置接入工頻交流母線，三個(gè)負(fù)荷分別連接在三個(gè)支路上。交流母線經(jīng)變壓器接入配電網(wǎng)，在配電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間形成了公共連接點(diǎn)PCC，PCC處裝有斷路器，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行。

1.1 光伏電池模型

光伏電池單體是用于光電轉(zhuǎn)換的最小單元，將其進(jìn)行串、并聯(lián)封閉后，就成為光伏電池組件，其電路簡化模型如圖2所示。

由基爾霍夫電流定律得到光伏組件輸出電流為：

1.2 風(fēng)力發(fā)電模型

風(fēng)力機(jī)吸收風(fēng)能后獲得的功率為：

變流器利用SPWM技術(shù)控制換流器，即將調(diào)制信號與三角波載波相比較獲得觸發(fā)信號控制網(wǎng)側(cè)換流器的6個(gè)全控型門極開關(guān)（IGBT），從而實(shí)現(xiàn)直流電壓和無功功率的獨(dú)立控制。其仿真模型如圖4所示。

1.3 微型燃?xì)廨啓C(jī)模型

微型燃?xì)廨啓C(jī)是由微型燃?xì)廨啓C(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、三相不可控整流器、三相電壓源逆變器（VSI）及LC濾波器組成。微型燃?xì)廨啓C(jī)采用高效率高可靠性的單軸結(jié)構(gòu)，通過渦輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動高速發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)輸出的高頻交流電經(jīng)整流和逆變后輸出工頻交流，模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2 算例分析

本文利用PSCAD/EMTDC軟件分別對所建立的微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的動態(tài)特性進(jìn)行仿真分析。整個(gè)系統(tǒng)是由無窮大電網(wǎng)系統(tǒng)和三個(gè)電源以及三個(gè)負(fù)荷組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中三個(gè)負(fù)載的容量分別為：126+j56（kVA）；144+j78（kVA）；104+j48（kVA）。三種微電源的參數(shù)如表1、2、3所示。

并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，光伏、風(fēng)機(jī)輸出有功率，無功功率參考值設(shè)定為零。微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出有功功率和無功功率，并設(shè)定其有功功率、無功功率的基準(zhǔn)值分別為83 kW、67 kVar。并且在t=4 s時(shí)給系統(tǒng)一大小為104+j48（kVA）（突然加入負(fù)荷3）的負(fù)荷擾動，在t=6 s時(shí)負(fù)載1出口處發(fā)生0.5 s單相瞬時(shí)性接地短路故障，則模擬仿真圖如圖6、7所示。

從圖6、7可以看出，在系統(tǒng)采用并網(wǎng)的情況下，短暫的瞬時(shí)單相短路故障以及負(fù)載的瞬間接入對系統(tǒng)影響較小，系統(tǒng)很快進(jìn)入穩(wěn)定。

3 結(jié)論

針對分布式電源具有很強(qiáng)的生命力和很好的發(fā)展前景，本設(shè)計(jì)組建了光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電組成的混合微電網(wǎng)，采用并網(wǎng)模式，并用PSCAD模擬仿真。光伏發(fā)電系統(tǒng)采用最大功率跟蹤控制策略，輸出功率存在較大波動，并網(wǎng)時(shí)，利用系統(tǒng)外網(wǎng)和微型燃?xì)廨啓C(jī)平滑調(diào)節(jié)，在滿足本地負(fù)荷的功率基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)可調(diào)度。仿真結(jié)果表明，在受到擾到時(shí)，各電源、各負(fù)荷的功率輸入輸出能夠保持平衡，系統(tǒng)頻率、電壓能夠保持穩(wěn)定。

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