基于集散式風光互補發電的自適應微網系統

劉娜 冷曉華

摘 要：本文主要是在微網理論的指導下，提出了一種基于集散式風光互補發電的自適應微網系統，該微網系統是由多個可獨立運行的子系統構成，對于主網該微網系統即是一個獨立的微型局域電網，同時該系統又可作為一個可控的模塊化單元，與外網之間實現并網。通過集散式結構設計，結合無模型自適應控制理論算法，實現網內發電功率與用電功率的有效調節。通過與常規PID控制方法比較，具有較強的跟蹤能力和輸出控制能力。

關鍵詞：集散式；風光互補發電；無模型自適應控制；微網系統

引 言

大力發展和利用新能源，是解決當前能源趨于枯竭的有效途徑，新能源業已成為未來能源結構中的主要能源支撐之一。

風光互補發電作為最為廣泛的新能源發電系統已經被大量應用到各個場所，但就其效率及合理使用尚未得到有效的控制和應用，本文主要是在微網理論的指導下，提出了一種基于集散式風光互補發電的自適應微網系統。該系統充分利用了分布式電源的靈活性特點，將各個可單機獨立的小型風光發電系統集群成動態冗余結構的發電單元，并且有儲能及管理系統、繼電保護裝置單元、檢測及控制單元、用戶負載單元，相對于主網該系統即是一個微型電網絡，可獨立供網內負荷有效持續供電，通過自適應控制技術可實現網內功率與能量的自動平衡，確保網內用電的合理與可靠，且微網系統作為一個可控的模塊化單元，能夠并入電網，并在線實時監測和判斷電網故障信息，電網發生故障時，安全有效脫離電網轉入離網運行，確保微網系統的安全。

1 自適應微網系統結構

本系統由風力發電、光伏發電、蓄電儲能裝置、電壓轉換模塊、負載、快速切換裝置及監控系統單元組成，采用直流匯接，交流并網的結構，獨立組成一個可控的微型電網。系統采用集散式結構設計，將n個單機獨立的風光發電子系統通過網絡通信通道組成動態冗余結構的群系統，群系統內各子系統可單機運行，也可群內互為冗余，結合自適應控制方法，應用面板機制和中央監控處理，系統內各子系統可根據系統運行現狀實現自動投切、調節并實現系統內各微系統的優化組合；群系統的設計考慮孤島效應，利用雙向逆變裝置實現平滑并入電網及快速脫離電網的切換控制。這種集散式結構設計的最大優點就是提高微網系統的安全可靠性，各子系統或單機組故障不會影響群系統繼續供電，故障端也不會受影響，大大提高了供電質量。

集散式自適應微網系統具有以下特點：

（1）微網內每個DG子系統均可獨立運行，各DG獨立實現監測與控制，當某個DG子系統出現故障后自動脫離主系統；負荷按重要程度分類分級控制，在系統功率調節時根據負荷分類情況進行整體調控。

（2）微網可獨立運行，考慮風光發電的間歇性及其無律波動性的特點，采用恒功率控制方式，在保證高精負荷不間斷供電的前提下，自動調整一般負荷的投切與退出，實現網內DG發電功率與負荷用電功率的平衡。

（3）微網可并入電網，采用鎖相技術，主動檢測與跟蹤電網的頻率和電壓，在電壓與頻率參數與電網匹配時，系統通過“公共連接點”自動平滑并網運行，參數不匹配時，系統會自動脫離電網；在電網發生電壓跌落、故障、停電時，該系統快速脫離電網，轉入離網獨立運行模式，保障該系統的安全及內部網絡負荷的正常供電。

（4）微網系統的儲能環節能夠穩定系統，削峰填谷，改善微網電能質量。微電網系統規模小，負荷的波動，可再生能源發電波動對系統穩定性影響很大，用儲能系統可以在負荷低谷或DG發電過剩時存儲能量，而在負荷高峰或DG發電缺額時輸出能量，從而充分利用光伏、風力等可再生能源，穩定微電網系統。利用儲能系統電力電子設備剩余容量還可進行無功和諧波補償，調節微電網的電壓幅值，改善電壓THD，提高各DG性能，提高微網系統的電能質量。

2 微網控制策略與方法

眾所周知，風能和太陽能具有非線性及時變性的顯著特點，輸出結果且受諸多因素的干擾及影響，導致發電效率低且不穩定。如何使風能、太陽能最大限度的為人類所用一直是許多學者研究和探索的重點和熱點。本文提出一種無模型自適應控制方法MFAC（Model Free Adaptive Control），該方法是一種新的系統辨識思想，是建模與控制一體化的結合，不需要過程模型，僅利用受控系統I/O數據來直接設計控制器，較常規PID控制比較，算法簡單，計算量小，收斂速度快，非常適用于解決非線性及時變性的系統控制問題。

2.1 系統功率

2.2 功率修正補償

系統配有儲能裝置，當DG總功率大于負載實際總功率時，蓄電池可將多余能量存儲起來，當DG總功率小于負載實際總功率時，蓄電池可作為能量補充，起到調節系統功率平衡和穩壓作用，2.3 無模型自適應控制器設計

無模型自適應控制基本思想：將非線性系統在小范圍內進行折線化，在受控系統軌線附件用動態線性時變模型來替代一般的非線性系統，然后構造控制輸入準則函數和參數估計準則函數，根據優化思想得到控制和參數估計算法。

3 系統仿真對比試驗

4 結 論

通過與PID控制方法的仿真對比試驗，結果驗證了無模型自適應控制方法在非線性及時變性的微網系統中的跟蹤能力及輸出控制方面明顯優于常規PID控制方法，其創新點在于：建模與控制一體化；沖破了PID和線性框架的束縛；打破了參數自適應的限制，實現了結構自適應。該方法在理論上另辟蹊徑，在處理非線性系統中應有更深入的研究和應用。

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作者簡介：劉娜（1980-），女，錦州人，國彪電源集團有限公司，東北大學，博士在讀，信息科學與工程學院，研究方向為模糊識別與智能控制，中級工程師。

冷曉華（1978-），女，國網朝陽縣供電公司（122000）。