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微电网能量管理系统论文

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1能量管理系统功能设计

根据应用的不同,微电网的基本结构也不尽相同。但是,一般来说,基本都包含微电源、储能、管理系统以及负荷四大部分。微电源一方面通过公共连接点(PCC)与大电网相连接,另一方面采用逆变器和负荷相连。当大电网工作状态稳定时,微电网负载可由大电网供电,微电网与大电网并网运行,而当大电网供电中断或运行状态出现问题时,则隔离开关打开,切断微电网与大电网的连接,微电网转入孤岛运行状态。在微电网和大电网的接口处均配有断路器,并辅之以具有功率和电压控制功能的控制器,以实现能量的初步管理。每一个微电源具有包括有功、无功、电压、频率、孤岛等能量调节管理的控制方式。微电网的基本结构如图1所示,能量管理系统作为整个系统的管理中心,必须具有对各种参数(系统电压、电流、有功、无功、频率、功率因数等)的管理功能,对微电源、储能装置、负荷的控制功能等。

1.1数据管理功能管理系统内设数据库,库内存放着各设备的标准运行数据、历史运行数据、统计数据等,主要功能是记录实时运行数据,并且利用相应的功能软件对实时运行数据的状态进行统计和分析。

1.2微电网运行模式管理微电网的运行模式分为并网和离网运行两种情况,管理系统根据系统要求对这两种运行模式进行有效的切换。当微电网需要并网运行时,管理系统对大电网的运行参数进行分析,如果大电网运行状态良好,管理系统就将微电网平滑地从离网运行状态切换至并网运行状态,而且管理系统开始实时地对微网和大电网的运行状态进行监检和数据分析;当管理系统监测到大电网运行数据严重偏离标准值时,管理系统视故障的严重程度决策运行方式,或者对大电网的运行参数进行一定程度的调节后,依旧保持并网运行,或者切断与主网的联系,进入孤岛运行;当微电网需要进行孤岛运行时,也由管理系统进行工作状态的切换。以上各种切换都应是平滑地无缝切换。

1.3对微电源的控制功能利用管理系统对微电源的工作方式进行控制的依据是用电需求的变化,当微电网内的负荷需求较小时,能量管理系统调低微电源的输出功率,以达到节能的目的,而当负荷较大时,管理系统调高微电源的输出功率,以满足系统的要求。而当管理系统中的检测数据显示蓄电池充满时,管理系统关闭微电源,利用蓄电池放电给系统供电。

1.4储能装置的管理蓄电池的工作状态是微电网稳定运行的基础。管理系统内嵌SOC算法模型,实现对蓄电池的充放电、电压值、功率值的管理,并根据系统的需要,设置相应的控制方式,从而完成蓄电池的有功功率、无功功率的调节。

1.5负荷管理微电网的负荷是微电网的用电中心,决定着微电源出力的多少,管理系统的责任是保持微电源与负荷之间的平衡,以确保微电网在负荷发生变化时,系统能够稳定地运行。

2能量管理系统功率控制策略的确定

微电网中的微电源大致可以分为三类:一类是可再生性能源,主要有光伏发电、风力电力、生物质能发电等;一类是传统发电模式,如柴油发电机、小水电等;另一类是新兴的发电模式,如燃料电池、微型燃气轮机等。这三类发电方式,都需要通过逆变器变换为工频变流电,因此,基于电力电子技术的逆变器的工作状态成为能量管理的关键。逆变器作为微电网与大电网之间的接口,最主要的功能就是控制输出的有功功率和无功功率。控制方法主要有PQ控制法、下垂(Droop)控制等,控制策略分为主从型和对等型两种方式。本设计采用的是对等型的Droop控制法。在微电网中,各个分布式电源(DG)没有主次、从属关系,所有的微电源采取相同或不同的控制方法来参与有功或无功功率的调节,并以实际电网中各种实时监测的电气量为依据,进行系统电压和频率的协调。对等型控制框图如图2所示。从图2可知,对等控制中各个微电源相互独立,在电压和频率等参数进行调节的过程中,只需进行自身输出端电气量的监测,不用对其他微电源的运行状态进行衡量,从而保证了系统的可靠性。在本设计中,每一个微电源的逆变器采用Droop控制方法,基本策略是模仿传统发动机的下垂特性,通过解耦有功功率-无功功率与电压-频率之间的关系进行系统电压和频率调节。该方法的优点是在并网和离网两种模式切换时无需改变控制方式,就可维持微网电压和频率的稳定,从而保证系统的有功负载进行合理的分配。

3CAN总线结构分析

在微电网中,电源的种类多,其中可持续性绿色电源占据一定的比重,但是这一类电源受环境影响大,工作状态不够稳定,因此需要对微电网中的微电源进行有效地监控,而且由于数据量大且实时性高,所以监控系统的通信功能必须满足系统的基本要求。根据微电网的基本要求,本设计采用基于CAN总线的通信结构,利用CAN总线来连接逆变器,而在通信结构中,利用可编程逻辑器件CPLD完成DSP处理器TMS320F240与CAN控制器SJA1000之间的接口设计[2]。通讯结构图如图3所示,微电网的控制策略由DSP担任电气量的计算,计算结果通过CAN总线传送至控制中心,控制中心根据相应的计算结果将控制命令通过CAN总线传送至下位机,从而实现对微电源的有效监控。

4总结

微电网是近几年发展起来的一种电网组成形式,具有规模小、灵活性强、安全可靠性高等特点,同时微电网的出现又为绿色能源的利用创造了有利的条件,因此,成为人们关注的热点。本设计从微电网运行模式出发,研究了微电网能量管理系统的功能、控制策略、通信方式等问题,确定了以CAN总线结构为主的对等性控制方式,而在控制策略上采用Droop控制法对每一个DG进行有效地控制,确保了整个微电网系统在两种模式下均能够安全、稳定地运行。

作者:梅晓莉单位:重庆电子工程职业学院

微电网能量管理系统论文责任编辑:杨雪    阅读:人次