风-光-储混合微电网的详细建模与仿真.pdf

第４０卷第１８期２０１２年９月１６曰电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶ＿０Ｉ．４０Ｎｏ．Ｉ８Ｓｅｐ．１６，２０１２风／光／储混合微电网的详细建模与仿真李海平，唐巍（中国农业大学信息与电气工程学院，北京１０００８３）摘要：在风能和太阳能资源丰富的地区建立小型微电网可以缓解能源的供需矛盾，提高经济效益，减少环境污染。针对＂－３前风／光／储混合微电网控制不完善、仿真不充分的问题，利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件搭建了风／光／储混合微电网三相交流系统的详细仿真模型，并对风、光电源和储能系统分别采用了相应的控制策略。考虑风速、光强的变化，对风／光／储混合微电网在并网和孤岛运行模式下进行了较为全面的仿真分析，仿真结果表明所建立的微电网模型满足功率平衡和公共联结点ＰＣＣ电压、频率的要求，验证了仿真模型的正确性和控制策略的有效性，并为进一步研究微电网提供了良好的仿真平台。关键词：微电网；风力发电机；光伏阵列；储能电池；建模与仿真Ｄｅｔａｉｌｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄ／ＰＷｓｔｏｒａｇｅｈｙｂｒｉｄｍｉｃｒｏ－ｇｒｉｄＬＩＨａｉ－ｐｉｎｇ，ＴＡＮＧＷｅｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｒｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）—Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｕｉｌｄｉｎｇａｓｍａｌｌｓｃａｌｅｍｉｃｒｏ－ｇｒｉｄｉｎａｒｅａｓｔｈａｔａｒｅｒｉｃｈｉｎｗｉｎｄａｎｄｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓｎｏｔｏｎｌｙＣａｎｅａｓｅｅｎｅｒｇｙｓｕｐｐｌｙａｎｄｄｅｍａｎｄｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｅｃｏｎｏｍｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｒｅｄｕｃｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｆｏｒｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｗｉｎｄ／ＰＶ／ｓｔｏｒａｇｅｈｙｂｒｉｄｍｉｃｒｏ－ｇｒｉｄｉｎａｄｅｑｕａｔｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｈｙｂｒｉｄ——ｍｉｃｒｏｇｒｉｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｒｅｅｐｈａｓｅＡＣｓｙｓｔｅｍｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｉｎｔｈｅＳｉｍｕｌｉｎｋｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＭａｔｌａｂ．Ｉｎｔｈｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｒｅａｄｏｐｔｅｄｆｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ，ＰＶａｒｒａｙａｎｄｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄａｎｄ—ｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｗｉｎｄ／ＰＶ／ｓｔｏｒａｇｅｈｙｂｒｉｄｍｉｃｒｏｇｒｉｄｉｓｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｕｎｄｅｒ—ｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｍｏｄｅａｎｄｉｓｌａｎｄｉｎｇｍｏｄｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｋｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｍｏｄｅｌｍｅｅｔｓｔｈｅｐｏｗｅｒｂａｌａｎｃｅａｎｄｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＰＣＣｖｏｌｔａｇｅａｎｄｆｆｅｑｕｅｎｃ￣ＳＯｔｈａｔｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｅｆｆｅ￣ｉｖｅｎｅｓｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｉｎａｗｏｒｄ，ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｉｃｒｏ－ｇｒｉｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏ・ｇｒｉｄ；ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ；ＰＶａｒｒａｙ；ｓｔｏｒａｇｅｂａｔｔｅｒｙ；ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ中图分类号：ＴＭ６１９文献标识码：Ａ——文章编号：１６７４－３４１５（２０１２）１８０１３２０７０引言风能和太阳能均为绿色可再生能源，资源丰富、分布广泛，利用其发电可以有效缓解能源供需矛盾，提高经济效益，减少环境污染。由于风能和太阳能具有能量密度低、受天气影响大等缺点，独立的风力发电和光伏发电输出功率存在明显的不连续性。为保证对负荷的连续供电，提高系统的稳定性，在实际应用中需要配置相应的储能系统以平抑功率波动Ｊ。同时，由于风能和太阳能具有良好的天然互补性，风光互补发电可以提高能源利用的效率，减小储能系统的配置容量。因此，将风能、光能、储能综合利用，建立风／光／储混合微电网，不仅可以解决偏远农村地区远距离输电的弊端，还可以提高系统供电的可靠性、连续性和经济性。风／光／储混合微电网由风、光、储三个发电单元及其控制单元、用电设备组成，既可接入配电网并网运行，也可孤岛独立运行ｌ２Ｊ。目前国内风／光／储混合微电网的研究和应用还处于起步阶段，但它的特点适合于电力系统的发展需求和方向，具有广阔的研究与应用前景【３ｊ。建立全面准确的风／光／储混合微电网详细仿真模型，有助于对微电网的运行与控制进行深入研究和实际工程项目的实施。文献【４］建立了基于直流母线的单相微电网系统模型；文献ｆ５］提出了滞环电流控制和瞬时Ｐ．ｑ功率理论在风光组合并网电力系统中的应用；文献［６】对微电网并网后的暂态过程进行了仿真；文献［７］采用了ＰＳＣＡＤ软件对风能和光伏混合微电网进行了仿真；文献［８］李海平，等风／光／储混合微电网的详细建模与仿真．１３３．利用Ｍａｔｌａｂ中的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件对风机／光伏／柴油／燃料电池组成的微电网进行了仿真分析，为微电网的Ｍａｔｌａｂ仿真研究积累了经验。但上述文献存在以下不足之处：（１）仿真模型不够充分，采用的多是简化等效模型或是单相模型；（２）大多没有实现微电源的最大功率追踪，控制策略也不够完善，且没有考虑储能电池的充放电过程；（３）仿真情形不够全面，没有仿真微电网与配电网在多种情形下的功率平衡，难以全面反映微电网的真实运行情况。本文首先用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ搭建了双馈异步风力发电机组模型、光伏阵列模型、蓄电池储能系统模型，进一步完善了控制策略，实现了微电源的最大功率追踪，模拟了储能系统的充放电过程，进而构建了风／光／储混合微电网三相交流系统的仿真模型。以此为基础考虑风速、光强的变化，对微电网并网和孤岛两种运行模式下的４种常见情形进行了较为全面仿真，以验证仿真模型的正确性和控制策略的有效性。１双馈异步风力发电机组的建模与仿真目前主流的风力发电机为双馈异步风力发电机和永磁同步风力发电机，前者由于成本低廉、易于控制而被更加广泛地应用【９］。在已有的微电网仿真中，双馈异步风力发电机的风速和控制系统大多采用简化等效模型】，本文根据其相应的数学模型和控制策略，利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的Ｓ函数编写了较为详细的仿真模块，使仿真结果更加的真实和准确。１．１风速的数学模型风速模型采用四分量法，即将风速分为基本风、阵风、渐变风和随机风四个分量，其数学模型如［１Ｏ］Ｖｗ＝Ｖｂ＋Ｖｇ＋Ｖｒ＋ＶｎＶｂＶ（１）（２）孚），？、ｔ＜Ｔｒｓ（嚣０ｒ。式中：Ｖｗ为风速，ｍ／ｓ；Ｖｂ为基本风风速，ｍ／ｓ；Ｖｇ为阵风风速，ｍ／ｓ；Ｖｒ为渐变风风速，ｍ／ｓ；为风速平均值，ｍ／ｓ；。为阵风开始时间，ｓ；。为阵风停止时间，ｓ；Ｖｇ为阵风最大值，ｍ／ｓ：Ｔｒ为渐变风开始时问，Ｓ；Ｔｒｅ为渐变风停止时间，ｓ；Ｖｒｍ为渐变风最大值，ｍ／ｓ。由于白噪声具有随机性，故采用白噪声模拟随机风，即∽警＝毒Ｖｎ＋ｍ㈣式中：ｖ为随机风速，ｍ／ｓ；ｍ（ｆ）为白噪声；兀＝９Ｓ为时问常数。１．２双馈异步风力发电机组的控制策略本文所建立的双馈异步风力发电机组采用定子磁链定向双闭环控制原理，控制框图如图１所示。假设微电网侧变流器为理想变流器，直流母线电压保持恒定，转子侧变流器包括２个闭环矢量控制。内环为电流环，电流误差信号经限幅比例积分△（ＰＩ）器后输出电压控制量，叠加电压补偿量ｄｒ￣ｌｌＡｕｑｒ，便得到ｄｑ坐标系中转子电压控制量ｄｒ和再经ｐａｒｋ变换到ａｂｃ三相静止坐标系中，通过ＳＶＰＷＭ触发脉冲发生器，产生变流器触发信号，控制各ＩＧＢＴ的导通与关断，就可以产生实际所需的转子励磁电压和电流。外环为功率环，将有功和无功参考值与实际值比较后的差值送入限幅比例积分（ＰＩ）器，即可输出转子有功和无功参考电流，。其中，有功功率参考值Ｐｆ按最大功率追踪ＭＰＰＴ的原理来获得，无功功率参考值Ｑｒｅｆ根据微电网对双馈异步风力发电机的无功需求来确定［７，１０１。１１＾，３—。ｆ＝７７・Ｐｍ＝－４，Ａｃｐ（６）ＰＴ。一ｚ２叫ｅ一：一（８Ａ天＋ｏ．ｏ８ｆｌ８＋１、一式中：尸ｍ为风力机可输出的最大功率，ｋｗ；为机械能转化为电能的效率；Ｐ为空气密度；Ａ为风力机桨叶扫掠面积，ｍ；ｃｏ为转子角速度，ｒａｄ／ｓ；为风能利用系数；为风力机桨距角，采用定桨距控制模式时０；ｏＰＴ为最佳叶尖速比，即＝ＣＤ，＝０时对应的叶尖速比。利用式（７）和式（８）求得Ｊ．ＯＰＴ，再将它与传感器测∞得的代入式（６），便可得ＭＰＰＴ下有功功率的参考值尸ｒ。ｒ。于是，整个控制系统完成了有功和无功的解耦控制，一方面可以控制发电系统的功率因数；．１３４．电力系统保护与控制另一方面可以通过调节双馈异步风力发电机的转速，使其追踪最大输出功率。图１双馈异步风力发电机矢量控制框图Ｆｉｇ．１Ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ’１．３双馈异步风力发电机组的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ实现及仿真运行根据１．１节和１．２节所述的风速数学模型和双馈异步风力发电机的控制策略，结合风机、异步电机与变流器的相应模块，搭建了双馈异步风力发电机组的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型。图２模拟了风速实时变化曲线。将风速模型接入双馈异步风力发电机组，仿真运行，图３显示了风力发电机组出口母线电压，图４给出了风力发电机组有功输出和无功需求的情况。仿真结果表明该风机模型可以较好地跟踪风速的变化，并具有良好的电压质量。１．５１００．５０．０—０．５１．Ｏ图２风速仿真结果Ｆｉｇ．２ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｏｆｗｉｎｄｓｐｅｅｄＳｉｍｕｌｉｎｋ环境下，结合编写Ｓ函数建立了其实用化的动态仿真模型ｕ。利用该模型可以模拟任意太阳辐射强度、环境温度、光伏模块参数、光伏阵列串并联组合方式下的光伏阵列Ｉ．Ｕ特性和输出功率，并在此基础上采用变步长扰动观察法实现了光伏阵列的最大功率追踪（ＭＰＰＴ）。≥芎差１５０ｌ００５００—５０／＼一一匿．２．１光伏阵列的数学模型（１）光伏阵列的温度＝ｒａ＋ｔ・Ｒ（９）式中：Ｒ为光伏阵列倾斜面上总的太阳辐射强度，℃ｗ．ｍ～；ｔ为光伏阵列的温度系数，・ｗ～・ｍ２；Ｔａ为℃环境温度，。（２）光伏阵列的输出电流，通常情况下，并联等效电阻Ｒｓｈ数值很大，串联等效电阻Ｒ。数值很小，计算中可忽略不计，光生电流Ｉｐｈ＝Ｉｓ。，同时考虑辐射影响和温度变化，有ｓＣ（１＿］］＋Ｃ，＝（一每］ｅ一ＵｍⅢ，—Ｕ—ｍ—ｌＢ＝（１２）ｆ１一１Ｌｓｃ／Ｉｃ一是Ｒ＋【Ｒｆｒｅｆｒｅ～—Ｄ＝一・ＥＲｓ・Ｃ（１４）Ｅ＝一。ｆ（１５）式中：６ｃ为参考辐射下，电流变化温度系数；为参考辐射下，电压变化温度系数；。为短路电流，Ａ；为开路电压，Ｖ；为对应的光伏阵列电压，Ｖ；Ｒｒｅｆ为太阳辐射强度参考值，一般取为１ｋｗ／ｍ；ｆ℃为对应的光伏阵列温度，一般取为２５；Ｒ。为李海平，等风／光／储混合微电网的详细建模与仿真－１３５一光伏模块的串联等效电阻，Ｑ：为参考辐射强度和参考温度情况下，对应最大功率点电流，Ａ；为参考辐射强度和参考温度情况下，对应最大功率（３）光伏阵列的输出功率Ｐ将式（１０）代入式（１６）得尸＝［，ｓｃ（～（ｅＢＶ￣ｃ－１］］＋ｃ］ｃ７因此，利用式（９）～式（１７）就可以求出任意温度和辐射条件下光伏阵列的Ｉ．ｕ特性及输出功率。２．２光伏阵列的最大功率追踪控制ＭＰＰＴ由于光伏阵列输出特性受太阳辐射强度、温度等的影响，为提高光伏阵列的发电效率，降低成本，就需要进行最大功率追踪（ＭＰＰＴ）。本文仿真平台采用的是变步长扰动观察法，当外界环境变化剧烈时，采用大步长扰动；当系统接近最大功率点时，采用小步长扰动，减小了功率的振荡，提高了系统的跟踪效率和仿真速度。其算法流程图如图５所示。ｒ开始、、、．．．－－－－／置初始电压值Ｕｏ＝０．７８，迭代次数ｎ＝０，最大允许步长△ｍａｘ０．１Ｖ’『计算初始ｌＩ，Ｉｌ算一｜计算变步长速度因子＾ｒｒ一△“Ｕ”“ｒ：＝、．～△＋ｌｄＵｌ—Ｐ＝ｎ￣１．１一】Ｊ计算第ｎ次迭代的电流翻功率只否：：否—Ｉ＝只Ｉ图５光伏阵列ＭＰＰＴ流程图Ｆｉｇ．５ＭＰＰＴｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆＰＶａｒｒａｙ２．３光伏阵列的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ实现及仿真运行根据２．１节和２．２节所述，输入变量为光伏阵列温度，为太阳辐射强度，输出结果为实时最大功率以及最大功率点对应的电压和电流，搭建的光伏阵列的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型如图６所示。——Ｏｕｔ１Ｔ——ｏｕｔ２——ＯＵｔ３——Ｏｕｃ４翌卜ｏｕ巧——Ｒ——ｏｕｔ６——Ｏｕ竹—ＰＶＡｒｒａｙ图６光伏阵列的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型Ｆｉｇ．６ＳｉｍｕｌｉｎｋｍｏｄｅｌｏｆＰＶａｒｒａｙ℃仿真过程中，设定环境温度初始值为２５，１０ｓ内太阳辐射强度在０．８～１．０ｋｗ／ｍ之间变化，对应的光伏阵列输出功率如图７所示。仿真结果表明，随着太阳辐射强度的增强，光伏阵列的温度上升，在它的工作温度范围内，其输出功率会增加；反之则输出功率减小。图７光伏阵列输出功率Ｆｉｇ．７ＯｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅＰＶａｒｒａｙ３蓄电池储能系统的建模工业系统常用的储能电池有铅蓄电池、锂电—池、ＮＩＭＨ电池等，相比而言ＮＩ．ＭＨ电池的工作性能和生产成本正向大批量的方向发展，且具有最好的环保效益ＩＪ引。所以本文利用ＮＩ．ＭＨ储能电池模块，考虑电池的充放电特性，添加相应的控制环节，构成风／光／储混合微电网的储能系统。本文对蓄电池储能系统采用Ｐ／ｆ和Ｑ／ｖ下垂控制策略。利用微电源输出有功功率和频率、无功功率和电压的线性关系进行控制，即通过检测母线电压和频率的变化，实时地进行有功和无功补偿，从而保持微电网的稳定运行。Ｐ／ｆ和Ｑ／Ｖ控制电路的简单结构如图８、图９所示。．１３６．电力系统保护与控制图８储能系统的Ｐ／ｆ控制图Ｆｉｇ．８Ｐ／ｆｃｏｎｔｒｏｌｃｈａｒｔｏｆｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ图９储能系统的Ｑ／Ｖ控制图Ｆｉｇ．９Ｑ／Ｖｃｏｎｔｒｏｌｃｈａｒｏｆｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ４风／光／储混合微电网的仿真分析风／光／储混合微电网结构如图１０所示。正常情况下微电网并网运行，当配电网发生故障或者电能质量不能满足用户要求时，微电网转入孤岛运行『Ｉ引。其中配电网等值电路考虑了无功补偿的因素。根据功率交换的情况，本文分以下４种情形进行仿真，通过对公共联接点ＰＣＣ的电压和频率进行测量和对比【ｌ，研究微电网的总体运行特性。图１Ｏ风／光，储混合微电网的结构示意图—’Ｆｉｇ．１０Ｔｈｅｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｗｉｎｄ／ＰＶ／ｓｔｏｒａｇｅｈｙｂｒｉｄｍｉｃｒｏｇｒｉｄＳｓｔｒｕｃｔｕｒｅ并网情形１：微电网所发有功功率富余时，微电网可向配电网输出有功功率；配电网为风力发电机组提供励磁无功功率，同时也为微电网内部无功负荷提供所需无功功率。并网情形２：微电网所发有功功率不足时，配电网可向微电网输入有功功率；配电网为风力发电机组提供励磁无功功率，同时也为微电网内部无功负荷提供所需无功功率。孤岛情形１：风力发电机组和光伏阵列所发有功功率大于负荷所需，此时可对储能系统进行充电；同时储能系统为风力发电机组提供励磁无功功率，也为微电网内部无功负荷提供所需无功功率。孤岛情形２：风力发电机组和光伏阵列所发有功功率小于负荷所需，此时储能系统进行放电，实现微电网内有功功率的平衡；同时储能系统为风力发电机组提供励磁无功功率，也为微电网内部无功负荷提供所需无功功率。为便于微电网的管理和控制，将一个单位、一个社区或一个村落作为供电单元，仿真时采用中小型微电源构成微电网。故设该双馈风力发电机组额定功率为１５０ｋＷ，光伏阵列的额定功率为１００ｋＷ，它们的输出功率随风速和光强变化，如图４、图７所示。４．１并网运行（１）并网情形１设储能系统初始状态为满充，本地负荷为（１５０＋ｊ４０）ｋＶＡ。图１１（ａ）为蓄电池储能系统输出的有功功率和无功功率，图１ｌ（ｂ）为配电网输出的有功功率和无功功率。（２）并网情形２设储能系统初始状态为满充，输出功率同图１１（ａ），本地负荷增为（３００＋ｊ８０）ｋＶＡ，则此时配电网输出的有功功率和无功功率如图１１（Ｃ）。并网运行时两种情形的仿真结果表明：微电网通过与配电网的功率交换，实现了微电网有功功率和无功功率的平衡。（３）并网运行时ＰＣＣ的电压和频率并网运行时，由于储能系统恒功率放电，微电网主要通过配电网提供的有功和无功使得ＰＣＣ电压有效值维持在１．０ｐｕ左右，频率维持在５０Ｈｚ左右，变化范围为士０．０５Ｈｚ。测量ＰＣＣ电压如图１２（ａ），通过锁相环测量ＰＣＣ频率如图１２（ｂ）。仿真结果表明：并网时ＰＣＣ电压能基本保持稳定，符合实际要求。李海平，等风／光／储混合微电网的详细建模与仿真１３７７５§５０２５妄０鲁专●●１％砉匿。ｆＯ２４６８ｔ／ｓ（ａ）储能系统输出的有功和无功功率ｓｆｂ）情形ｌ配电网输出的有功和无功功率（ｃ）情形２配电网输出的有功和无功功率图１ｌ并网运行时储能系统、配电网输出的有功和无功功率Ｆｉｇ．１１Ａｃｔｉｖｅａｎｄｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｆｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｇｒｉｄｉｎｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｍｏｄｅ占∞ｔ／ｓ（ａ）并网运行时ＰＣＣ的电压ｔ｛ｓ（ｂ）并网运行时ＰＣＣ的频率图１２并网运行时ＰＣＣ的电压和频率Ｆｉｇ．１２ＶｏｌｔａｇｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆＰＣＣｉｎｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｍｏｄｅ４．２孤岛运行（１）孤岛情形１设本地负荷为（１５０＋ｊ４０）ｋＶＡ，此时蓄电池储能系统处于充电状态，输出的有功功率和无功功率如图１３（ａ）。（２）孤岛情形２设本地负荷为（３ｏｏ＋ｊ８０）ｋＶＡ，此时蓄电池储能系统处于放电状态，输出的有功功率和无功功率如图１３（ｂ）。孤岛运行时两种情形的仿真结果表明：由于储能系统的充放电，实现了微电网的有功功率和无功功率的平衡。专毒麦（ａ）情形１储能系统输出的有功和无功功率ｆ，ｓｆｂ）情形２储能系统输出的有功和无功功率图１３孤岛运行时储能系统输出的有功和无功功率Ｆｉｇ．１３Ａｃｔｉｖｅａｎｄｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｆｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｉｎｉｓｌａｎｄｉｎｇｍｏｄｅ（３）孤岛运行时ＰＣＣ的电压和频率孤岛运行时，储能系统作为主控单元，通过调节输出有功维持ＰＣＣ频率稳定；通过Ｑ／Ｖ调节输出无功维持ＰＣＣ电压稳定，使得ＰＣＣ电压有效值维持在０．９５ｐｕ左右，频率维持在５０Ｈｚ左右，变化范围为士０．１Ｈｚ。测量ＰＣＣ的电压如图１４（ａ），通过锁相环测量ＰＣＣ频率如图１４（ｂ）。仿真结果表明：微电网在并网运行时电压和频率的波动较孤岛运行时更小，说明并网时配电网对微电网起到了一定的支撑作用。ｌ１０１．０５ｊｌＯ０赛０９５Ｏ９００．８５Ｏ８０５０．２０５Ｏｌ５５０．１０５００５５０．００４９９５４９９０４９，８５４９．８Ｏ０２４ｓ６８（ａ）孤岛运行：时ＰＣＣ的电压ｆ／ｓｆｂ孤岛运行时ＰＣＣ的频率图１４孤岛运行时ＰＣＣ的电压和频率Ｆｉｇ．１４ＶｏｌｔａｇｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆＰＣＣｉｎｉｓｌａｎｄｉｎｇｍｏｄｅ．１３８．电力系统保护与控制５结论（１）本文建立了风／光／储混合微电网的Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ详细仿真模型，该模型中搭建的双馈异步风力发电机组和光伏阵列均采用了相应的控制策略，能追踪风速和光强的实时变化，较好地模拟实际运行的情况，实现了最大功率的输出；所建立的—蓄电池储能系统考虑了ＮＩＭＨ电池的充放电过程，采用Ｐ／ｆ和Ｑ／Ｖ下垂控制策略，减小了微电网运行时公共联接点（ＰＣＣ）电压和频率的波动。（２）对风／光／储混合微电网并网和孤岛两种运行模式下的４种常见情形进行了较为全面的仿真分析，仿真结果说明本文所建立的微电网模型满足功率平衡和公共联结点（Ｐｃｃ）电压、频率的要求，验证了仿真模型的正确性和控制策略的有效性，表明其对于提高和完善风／光／储混合微电网的建模与仿真具有一定的参考价值。参考文献［１］周林，黄勇，郭珂，等．微电网储能技术研究综述［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，３９（７）：１４７．１５２．ＺＨＯＵＬｉｎ，ＨＵＡＮＧＹｏｎｇ，ＧＵＯＫｅ，ｅｔａ１．Ａｓｕｒｖｅｙｏｆｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｍｉｃｒｏｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（７）：１４７－１５２．［２］陈井锐，吕林，邓启，等．基于ＰＣＣ的大系统与微电网静态建模仿真［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，—３９（１５１：１７２２．ＣＨＥＮＪｉｎｇ－ｒｕｉ，ＬｉＬｉｎ，ＤＥＮＧＱｉ，ｅｔａ１．ＬａｒｇｅｓｃａｌｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｍｉｃｒｏｇｉｒｄｓｔａｔｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＰＣＣ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（１５）：１７－２２．［３］鲁宗相，王彩霞，闵勇，等．微电网研究综述［Ｊ］．电—力系统自动化，２００７，３１（１９）：１００１０５．——ＬＵＺｏｎｇｘｉａｎｇ，ＷＡＮＧＣａｉｘｉａ，ＭＩＮＹｏｎｇ，ｅｔａ１．Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄｒｅｓｅａｒｃｈ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００７，３１（１９）：１００－１０５．［４］郭天勇，赵庚申，赵耀，等．基于风光互补的微网系统建模与仿真［Ｊ］，电力系统保护与控制，２０１０，３８（２１）：１Ｏ４．１０８．ＧＵＯＴｉａｎ－ｙｏｎｇ，ＺＨＡＯＧｅｎｇ－ｓｈｅｎ，ＺＨＡＯＹａｏ，ｅｔａ１．Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｗｉｎｄ－ｓｏｌａｒｈｙｂｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（２１）：１０４＇１０８．—［５］ＥｌＴａｍａｌｙＨＨ，ＭｏｈａｍｍｅｄＡＡＥ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ／ｗｉｎｄｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｕｔｉｌｉｔｙ［Ｃ】／／ＩＥＥＥＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００８，１２：６４５－６４９．［６］ＰａｎｉｇｒａｈｉＴＫ，ＳａｈａＡＫ，ＣｈｏｗｄｈｕｒｙＳ，ｅｔａ１．Ａｓｉｍｕｌｉｎｋｂａｓｅｄｍｉｃｒｏｇｒｉｄｍｏｄｅｌｌｉｎｇ＆ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｕｓｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ［Ｃ】／／ＩＥＥＥＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓＰｏｗｅｒ—ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００６：２２２２２６．［７］周念成，王强钢，杜跃明．风能与光伏混合微电网的—建模和仿真［Ｊ］．中国电力，２０１０，４３（４）：８１８５．—ＺＨＯＵＮｉａｎ－ｃｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＱｉａｎｇ－ｇａｎｇ，ＤＵＹｕｅｍｉｎｇ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄ／ＰＶｈｙｂｒｉｄｍｉｃｒｏ．ｇｒｉｄ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，２０１０，４３（４）：８１－８５．［８］王凌，李培强，李欣然，等．微电源建模及其在微电网仿真中的应用［Ｊ］．电力系统及其自动化学报，２０１０，—２２（３）：３２３８．ＷＡＮＧＬｉｎｇ，ＬＩＰｅｉ－ｑｉａｎｇ，ＬＩＸｉｎ－ｒａｎ，ｅｔａ１．Ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｍｉｃｒｏ・・ｐｏｗｅｒｓａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｍｉｃｒｏ・・ｇｒｉｄ—ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＵＥＰＳＡ，２０１０，—２２（３）：３２３８．［９］王建维．双馈异步和永磁同步风力发电机特性分析［Ｊ】Ｊ．自动化博览，２０１０，９：２８．３０．ＷＡＮＧＪｉａｎ－ｗｅｉ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅａｎｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＰａｎｏｒａｍａ，—２０１０．９：２８３０．［１０］李鹏程，叶林．基于ＥＭＴＰ／ＡＴＰ的双馈式风力发电系统的模型与实现［Ｊ］．电力系统自动化，２００９，３３（１４）：９３．９８．—ＬＩＰｅｎｇｃｈｅｎｇ，ＹＥＬｉｎ．ＥＭＴＰ／ＡＴＰｂａｓｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆＤＦＩＧｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｗｉｔｈｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ．２００９。３３（１４）：９３．９８．［１１］孙仪，倪喜军，郑良广．基于级联型变流器的风力发电系统模拟研究［Ｊ］．电源技术应用，２００９，１２（３）：４－７．ⅥＳＵＮ．ＮＩＸｉｚｊｕｎＺＨＥＮＧＬｉａｎｇ．ｇｕａｎｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂａｓｅｄｏｎｃａｓｃａｄｅｆｏｒｍｈｉｇｈ．ｖｏｌｔａｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００９，ｌ２（３）：４－７．［１２］茆美琴，余世杰，苏建徽．带有ＭＰＰＴ功能的光伏阵列Ｍａｔｌａｂ通用仿真模型［Ｊ］．系统仿真学报，２００５，１７（５）：１２４８－１２５１．ＭＡＯＭｅｉ．ｑｉｎ，ＹＵＳｈｉ．１ｉｅ，ＳＵＪｉａｎ．ｈｕｉ．ＶｅｒｓａｔｉｌｅＭａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙｗｉｔｈＭＰＰＴｆｕｎｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２００５，１７（５）：１２４８－１２５１．［１３］谢庆华，卢勇，张琦．电动车辆用ＮＩ－ＭＨ电池智能化充放电控￥１Ｊ［Ｊ】．机械工程学报，２００８，４４（８）：１８５．１８９．ＸＩＥＱｉｎｇ＿ｈｕａ，ＬｕＹｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＱｉ．ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｈａｒｇｅａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｆｏｒＮＩ－ＭＨｂａｔｔｅｒｙｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，４４（８：１８５－ｌ８９．［１４１陈卫民，陈国呈，崔开涌，等．分布式并网发电系统在孤岛时的运行控制［Ｊ１．电力系统自动化，２００８，３２（９）：８８．９】．——ＣＨＥＮＷｅｉ．ｍｉｎ．ＣＨＥＮＧｕｏｃｈｅｎｇ，ＣＵＩＫａｉｙｏｎｇ，ｅｔａ１．Ｒｔｍｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆｇｒｉｄ．ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｄｉｓｐｅｒｓｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｉｎｉｓｌａｎｄｉｎｇｓｉｔｕａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２ｏｏ８，３２（９）：８８．９１．［１５］张立梅，唐巍，赵云军，等．分布式发电接入配电网后对系统电压及损耗的影响分析［Ｊ］．电力系统保护与—控制，２０１１，３９（５１：９１９６．ＺＨＡＮＧＬｉ．ｍｅｉ，ＴＡＮＧｗｅｉ，ＺＨＡＯＹｕｎ－ｊｔｉｌｌ，ｅｔａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ０ｆＤＧｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｎｓｙｓｔｅｍｖｏｌｔａｇｅａｎｄｌｏｓｓｅｓｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ『Ｊ１．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１ｌ，３９（５１：９１．９６．收稿日期：２０１１－１０－０９；—修回日期：２０１２－０４２６作者简介：李海平（１９８８一），男，硕士研究生，主要从事配电网电能质量控制、微电网和可再生能源发电技术的研究；Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｈａｉｐｉｎｇｔａｎｇｗｅｉ＠１２６．ｃｏｒｎ唐巍（１９７１一），女，博士，教授，博士生导师，主要从事配电网规划与经济安全运行、微电网和可再生能源发电技术的研究。