基于集散式风光互补发电的自适应微网系统

刘娜 冷晓华

摘 要：本文主要是在微网理论的指导下，提出了一种基于集散式风光互补发电的自适应微网系统，该微网系统是由多个可独立运行的子系统构成，对于主网该微网系统即是一个独立的微型局域电网，同时该系统又可作为一个可控的模块化单元，与外网之间实现并网。通过集散式结构设计，结合无模型自适应控制理论算法，实现网内发电功率与用电功率的有效调节。通过与常规PID控制方法比较，具有较强的跟踪能力和输出控制能力。

关键词：集散式；风光互补发电；无模型自适应控制；微网系统

引 言

大力发展和利用新能源，是解决当前能源趋于枯竭的有效途径，新能源业已成为未来能源结构中的主要能源支撑之一。

风光互补发电作为最为广泛的新能源发电系统已经被大量应用到各个场所，但就其效率及合理使用尚未得到有效的控制和应用，本文主要是在微网理论的指导下，提出了一种基于集散式风光互补发电的自适应微网系统。该系统充分利用了分布式电源的灵活性特点，将各个可单机独立的小型风光发电系统集群成动态冗余结构的发电单元，并且有储能及管理系统、继电保护装置单元、检测及控制单元、用户负载单元，相对于主网该系统即是一个微型电网络，可独立供网内负荷有效持续供电，通过自适应控制技术可实现网内功率与能量的自动平衡，确保网内用电的合理与可靠，且微网系统作为一个可控的模块化单元，能够并入电网，并在线实时监测和判断电网故障信息，电网发生故障时，安全有效脱离电网转入离网运行，确保微网系统的安全。

1 自适应微网系统结构

本系统由风力发电、光伏发电、蓄电储能装置、电压转换模块、负载、快速切换装置及监控系统单元组成，采用直流汇接，交流并网的结构，独立组成一个可控的微型电网。系统采用集散式结构设计，将n个单机独立的风光发电子系统通过网络通信通道组成动态冗余结构的群系统，群系统内各子系统可单机运行，也可群内互为冗余，结合自适应控制方法，应用面板機制和中央监控处理，系统内各子系统可根据系统运行现状实现自动投切、调节并实现系统内各微系统的优化组合；群系统的设计考虑孤岛效应，利用双向逆变装置实现平滑并入电网及快速脱离电网的切换控制。这种集散式结构设计的最大优点就是提高微网系统的安全可靠性，各子系统或单机组故障不会影响群系统继续供电，故障端也不会受影响，大大提高了供电质量。

集散式自适应微网系统具有以下特点：

（1）微网内每个DG子系统均可独立运行，各DG独立实现监测与控制，当某个DG子系统出现故障后自动脱离主系统；负荷按重要程度分类分级控制，在系统功率调节时根据负荷分类情况进行整体调控。

（2）微网可独立运行，考虑风光发电的间歇性及其无律波动性的特点，采用恒功率控制方式，在保证高精负荷不间断供电的前提下，自动调整一般负荷的投切与退出，实现网内DG发电功率与负荷用电功率的平衡。

（3）微网可并入电网，采用锁相技术，主动检测与跟踪电网的频率和电压，在电压与频率参数与电网匹配时，系统通过“公共连接点”自动平滑并网运行，参数不匹配时，系统会自动脱离电网；在电网发生电压跌落、故障、停电时，该系统快速脱离电网，转入离网独立运行模式，保障该系统的安全及内部网络负荷的正常供电。

（4）微网系统的储能环节能够稳定系统，削峰填谷，改善微网电能质量。微电网系统规模小，负荷的波动，可再生能源发电波动对系统稳定性影响很大，用储能系统可以在负荷低谷或DG发电过剩时存储能量，而在负荷高峰或DG发电缺额时输出能量，从而充分利用光伏、风力等可再生能源，稳定微电网系统。利用储能系统电力电子设备剩余容量还可进行无功和谐波补偿，调节微电网的电压幅值，改善电压THD，提高各DG性能，提高微网系统的电能质量。

2 微网控制策略与方法

众所周知，风能和太阳能具有非线性及时变性的显著特点，输出结果且受诸多因素的干扰及影响，导致发电效率低且不稳定。如何使风能、太阳能最大限度的为人类所用一直是许多学者研究和探索的重点和热点。本文提出一种无模型自适应控制方法MFAC（Model Free Adaptive Control），该方法是一种新的系统辨识思想，是建模与控制一体化的结合，不需要过程模型，仅利用受控系统I/O数据来直接设计控制器，较常规PID控制比较，算法简单，计算量小，收敛速度快，非常适用于解决非线性及时变性的系统控制问题。

2.1 系统功率

2.2 功率修正补偿

系统配有储能装置，当DG总功率大于负载实际总功率时，蓄电池可将多余能量存储起来，当DG总功率小于负载实际总功率时，蓄电池可作为能量补充，起到调节系统功率平衡和稳压作用，2.3 无模型自适应控制器设计

无模型自适应控制基本思想：将非线性系统在小范围内进行折线化，在受控系统轨线附件用动态线性时变模型来替代一般的非线性系统，然后构造控制输入准则函数和参数估计准则函数，根据优化思想得到控制和参数估计算法。

3 系统仿真对比试验

4 结 论

通过与PID控制方法的仿真对比试验，结果验证了无模型自适应控制方法在非线性及时变性的微网系统中的跟踪能力及输出控制方面明显优于常规PID控制方法，其创新点在于：建模与控制一体化；冲破了PID和线性框架的束缚；打破了参数自适应的限制，实现了结构自适应。该方法在理论上另辟蹊径，在处理非线性系统中应有更深入的研究和应用。

参考文献

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作者简介：刘娜（1980-），女，锦州人，国彪电源集团有限公司，东北大学，博士在读，信息科学与工程学院，研究方向为模糊识别与智能控制，中级工程师。

冷晓华（1978-），女，国网朝阳县供电公司（122000）。