一种整体平衡式微电网系统

摘要

本发明构建了一种整体平衡式微电网系统，属于微电网技术领域。构建了各分布式电源数学模型和并基于matlab/Simulink仿真系统的系统及其控制方法，分别搭建光伏、蓄电池储能系统、柴油发电机的模型，结合系统自带模块，构建了交流微电网的整体性仿真模型。不仅仅有科研意义，更在现实中能够解决电网波动的问题，对该系统在多种工况下，各分布式电源出力对系统运行特性的影响进行仿真试验，结果表明，本发明所建的交流微电网模型能够准确模拟系统的实际运行情况，为微电网的运行与规划提供了技术支持。

主权项

一种整体平衡式微电网系统，其特征在于，包含如下步骤，步骤一：搭建光伏电池、储能单元及柴油发电机等分布式电源的Simulink模型，确定多种工况下各个分布式电源及整个系统的运行特性；确定的步骤如下：(1)分布式光伏电源模型分布式光伏电源的等值电路模型采用的是既考虑并联电阻，又考虑串联电阻的精确模型；假定光伏电池处于25℃和1000W/m2的条件下，设输出电压为U0、对应电流为I时，则光伏阵列的I‑U方程为：$I=I_{\mathrm{sc}}[1-c_1(\exp \frac{U_o}{c_2{U}_{\mathrm{oc}}}-1)]---\left(1\right)$式中：Isc为短路电流，Uoc为开路电压，C1为二极管反向饱和系数，C2为PN结理想因数；根据最大功率点处U＝Um，I＝Im，以及开路状态下U＝Uo，I＝0，可得其计算结果如式(2)和(3)；$c_1=(1-\frac{I_m}{I_{\mathrm{sc}}})\exp \frac{-U_m}{c_2{U}_{\mathrm{oc}}}---\left(2\right)$$c_1=(1-\frac{I_m}{I_{\mathrm{sc}}})\exp \frac{-U_m}{c_2{U}_{\mathrm{oc}}}---\left(3\right)$利用光伏电池的光生电流与阳光辐射强度成正比、开路电压UOC与阳光辐射强度呈对数关系等规律，对标准特性曲线进行修正，从而得到任意工况下的光伏电池I‑U特性曲线；其计算公式如下：$I_{\mathrm{SC}}=I_{\mathrm{SC}}\frac{S}{S_{\mathrm{ref}}}(1+\mathrm{\alpha \Delta T})---\left(4\right)$U_OC＝U_OC(1‑γΔT)ln(1+βΔS)    (5)$I_m=I_m\frac{S}{S_{\mathrm{ref}}}(1+\mathrm{\alpha \Delta T})---\left(6\right)$U_m＝U_m(1+γΔT)ln(1+βΔS)    (7)其中，一般工况与标准工况的温度差ΔT和相对照度差ΔS的计算方法为：ΔT＝T‑T_ref    (8)$\mathrm{\Delta S}=\frac{S}{S_{\mathrm{ref}}}-1---\left(9\right)$搭建分布式光伏电源的Simulink仿真模型；(2)蓄电池储能单元模型由Kirchhoff电流定律，蓄电池的模型可表示为：U_b＝E_b(S_soc)‑I_bR_e    (10)式中：E_b(S_soc)为蓄电池开路电势，Ib为蓄电池充/放电电流，Re为蓄电池内阻；其中，蓄电池的静态参数E_b(S_soc)，可根据出厂试验数据拟合得到，其计算方法如式(11)所示；E_b(S_soc)＝a·S_soc％+b    (11)式中：a，b为模型拟合系数，Ssoc％为蓄电池的荷电状态，其计算方法见式(12)；$S_{\mathrm{soc}}\left(t\right)=S_{\mathrm{soc}}(t-1)-\frac{{\int }_{t-1}^t\eta ·i_{\left(r\right)}·\mathrm{d\tau }}{C}---\left(12\right)$式中：η为充/放电效率，i_(r)为当前充/放电电流；搭建蓄电池储能单元的模型；(3)柴油发电机及风力发电单元采用Simulink系统中自带的风力发电模块；最后，本发明搭建的交流微电网平台中包含了一个20kW的光伏发电模块，一个6kW的风力发电模块，一个10kW的柴油发电机和10kWh的碳铅电池，以及本地小区的楼宇综合负荷构成；步骤二：控制系统交流微电网平台在并网和孤网间的运行和调试；并网运行，系统在刚开始启动阶段，电压、频率发生了波动，其波动范围是由于模型自身的初始化导致了初始阶段的电压、频率的波动；微电网并网运行时，系统的电压、频率主要上级电网维持，某个分布式电源的出力发生波动时，对微电网系统的电压、频率无影响；交流微电网孤网运行交流微电网系统并网运行在0.5s时，由并网运行切换至孤网运行；微电网由并网运行切换至孤网运行时，系统的电压、频率均发生了明显的波动；蓄电池储能单元和柴油发电机的出力均发生了波动，其中蓄电池的出力由0变成5kW，柴油发电机的出力增加了2kW，经过0.4s后，系统电压、频率稳定，与并网运行时相比，系统的电压、频率均有跌落，微电网由并网切换至孤网运行时，储能单元充当了微电网系统的热备用，储能单元与柴油发电机具有对系统频率、电压的稳定的作用。