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微电网由并网模式切换至离网模式包含2种情况:1)主动切换,MGCC可通过源荷功率协调控制,调整联络线功率接近于设置值后发出离网指令,实现并网至离网的切换;2)被动切换,一旦检测到配网电压或频率出现异常,或公共耦合点(point of common coupling,PCC)开关断开的信息后,MGCC迅速向各微电源发出控制模式切换及功率设定指令,实现并网至离网的切换。
微电网从离网模式切换至并网模式,MGCC接收外界并网指令后,通过作为主电源快速调节输出电压的幅值、频率和相位,实现准同期并网。
3.2 秒级控制
黑启动控制算法如图8所示,择优选择具备V/F控制功能、储能功率调节系统(power conditioning system,PCS)额定充放电功率及储能能量状态满足条件的储能系统担任主电源,进行源荷恢复。
图8 微电网黑启动控制策略
3.3 分钟及小时级控制及优化
3.3.1 光伏及负荷功率预测
在用户侧光储型微电网中央控制器中实现了日前及实时功率预测算法,系统调用基于核函数极限学习机的功率预测算法[23]的时间间隔为15 min,具体算法流程图如图9所示。
图9 功率预测算法
3.3.2 能量优化调度与能效管理
为实现用户侧光储微电网的经济调度,提高用户能效,在中央控制器中实现了正常并网运行时的能量优化调度和能效管理策略[24],流程图如图10。
图10 优化及能效算法
4 实验验证
4.1 基于实验平台的功能模块验证
为对所研制的中央控制器进行ms级及秒级控制策略实验验证,建设了三相微电网实验平台。该微电网平台组成:中央控制器、储能系统(30 kW储能变流器,20 kW•h锂电池)、光伏系统(30 kW光伏逆变器、5 kW光伏阵列、30 kW光伏模拟器)、三相模拟负载、配电箱、不间断电源、气象站及录波仪等。具体系统组成及设备情况如图11所示,实验结果如图12所示,其中,Freq为系统频率,Urms为配网相电压有效值,P_pcc为联络线功率,P_pv为光伏出力,P_load为负荷功率,P_bs为储能系统功率,Ui、Ii表示i相电压、电流。
图11 CETLAB微网平台
图12 基于CETLAB微网实验平台的实验结果
工况S1为被动并网转离网。13.8 s时,外电网电压跌落至180 V,压降18.2%,超于设定值10%,中央控制器通过并离网算法策略判断后,向并离网开关发送断开指令,同时向微电网内的主储能系统发送模式切换指令,使主储能系统控制模式切换至V/F控制,弥补联络线功率缺额,并为三相微电网提供电压和频率支持。其中,由图12(b)可得从电压跌落至180 V后,实现并离网开关切换成功的时间为25 ms。
工况S2为离网黑启动。当微电网系统满足离网黑启动条件后,通过中央控制器黑启动模块,50 s时启动主储能系统,随后在145 s时启动光伏发电系统,随后启动三相负荷,整体过程除主电源启动时系统频率达50.6 Hz,其他时刻频率及电压波动均较小。
工况S3为主动离网转并网。外电网故障消除后,原离网状态下三相微电网可通过中央控制器算法平滑过渡至并网状态。214.5 s时,主电源通过降频进行准同期控制,至219.4 s时成功并网,由图12(d)可得并网过程储能过渡平滑。
工况S4为主动并网转离网。当微电网储能状态满足离网运行要求,且有离网需求时,可主动切换至离网运行状态。为保证离网过程的平滑过渡,需保证离网前联络线功率小于设置值。在258 s联络线功率降低至接近零后,中央控制器向并离网切换开关发送动作指令,使微电网脱离外电网运行,由图12(e)可得离网过程储能过渡平滑。
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