微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)論文范文

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1能量管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)用的不同，微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)也不盡相同。但是，一般來說，基本都包含微電源、儲(chǔ)能、管理系統(tǒng)以及負(fù)荷四大部分。微電源一方面通過公共連接點(diǎn)(PCC)與大電網(wǎng)相連接，另一方面采用逆變器和負(fù)荷相連。當(dāng)大電網(wǎng)工作狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，微電網(wǎng)負(fù)載可由大電網(wǎng)供電，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，而當(dāng)大電網(wǎng)供電中斷或運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)問題時(shí)，則隔離開關(guān)打開，切斷微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的連接，微電網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)。在微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的接口處均配有斷路器，并輔之以具有功率和電壓控制功能的控制器，以實(shí)現(xiàn)能量的初步管理。每一個(gè)微電源具有包括有功、無功、電壓、頻率、孤島等能量調(diào)節(jié)管理的控制方式。微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，能量管理系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的管理中心，必須具有對(duì)各種參數(shù)(系統(tǒng)電壓、電流、有功、無功、頻率、功率因數(shù)等)的管理功能，對(duì)微電源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷的控制功能等。

1.1數(shù)據(jù)管理功能管理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)數(shù)據(jù)庫，庫內(nèi)存放著各設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，主要功能是記錄實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且利用相應(yīng)的功能軟件對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

1.2微電網(wǎng)運(yùn)行模式管理微電網(wǎng)的運(yùn)行模式分為并網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行兩種情況，管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)這兩種運(yùn)行模式進(jìn)行有效的切換。當(dāng)微電網(wǎng)需要并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，管理系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析，如果大電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)良好，管理系統(tǒng)就將微電網(wǎng)平滑地從離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)切換至并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，而且管理系統(tǒng)開始實(shí)時(shí)地對(duì)微網(wǎng)和大電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)檢和數(shù)據(jù)分析；當(dāng)管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到大電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，管理系統(tǒng)視故障的嚴(yán)重程度決策運(yùn)行方式，或者對(duì)大電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行一定程度的調(diào)節(jié)后，依舊保持并網(wǎng)運(yùn)行，或者切斷與主網(wǎng)的聯(lián)系，進(jìn)入孤島運(yùn)行；當(dāng)微電網(wǎng)需要進(jìn)行孤島運(yùn)行時(shí)，也由管理系統(tǒng)進(jìn)行工作狀態(tài)的切換。以上各種切換都應(yīng)是平滑地?zé)o縫切換。

1.3對(duì)微電源的控制功能利用管理系統(tǒng)對(duì)微電源的工作方式進(jìn)行控制的依據(jù)是用電需求的變化，當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷需求較小時(shí)，能量管理系統(tǒng)調(diào)低微電源的輸出功率，以達(dá)到節(jié)能的目的，而當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)，管理系統(tǒng)調(diào)高微電源的輸出功率，以滿足系統(tǒng)的要求。而當(dāng)管理系統(tǒng)中的檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示蓄電池充滿時(shí)，管理系統(tǒng)關(guān)閉微電源，利用蓄電池放電給系統(tǒng)供電。

1.4儲(chǔ)能裝置的管理蓄電池的工作狀態(tài)是微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。管理系統(tǒng)內(nèi)嵌SOC算法模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充放電、電壓值、功率值的管理，并根據(jù)系統(tǒng)的需要，設(shè)置相應(yīng)的控制方式，從而完成蓄電池的有功功率、無功功率的調(diào)節(jié)。

1.5負(fù)荷管理微電網(wǎng)的負(fù)荷是微電網(wǎng)的用電中心，決定著微電源出力的多少，管理系統(tǒng)的責(zé)任是保持微電源與負(fù)荷之間的平衡，以確保微電網(wǎng)在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行。

2能量管理系統(tǒng)功率控制策略的確定

微電網(wǎng)中的微電源大致可以分為三類：一類是可再生性能源，主要有光伏發(fā)電、風(fēng)力電力、生物質(zhì)能發(fā)電等；一類是傳統(tǒng)發(fā)電模式，如柴油發(fā)電機(jī)、小水電等；另一類是新興的發(fā)電模式，如燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)等。這三類發(fā)電方式，都需要通過逆變器變換為工頻變流電，因此，基于電力電子技術(shù)的逆變器的工作狀態(tài)成為能量管理的關(guān)鍵。逆變器作為微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的接口，最主要的功能就是控制輸出的有功功率和無功功率?？刂品椒ㄖ饕蠵Q控制法、下垂(Droop)控制等，控制策略分為主從型和對(duì)等型兩種方式。本設(shè)計(jì)采用的是對(duì)等型的Droop控制法。在微電網(wǎng)中，各個(gè)分布式電源(DG)沒有主次、從屬關(guān)系，所有的微電源采取相同或不同的控制方法來參與有功或無功功率的調(diào)節(jié)，并以實(shí)際電網(wǎng)中各種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的電氣量為依據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)電壓和頻率的協(xié)調(diào)。對(duì)等型控制框圖如圖2所示。從圖2可知，對(duì)等控制中各個(gè)微電源相互獨(dú)立，在電壓和頻率等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程中，只需進(jìn)行自身輸出端電氣量的監(jiān)測(cè)，不用對(duì)其他微電源的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行衡量，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。在本設(shè)計(jì)中，每一個(gè)微電源的逆變器采用Droop控制方法，基本策略是模仿傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的下垂特性，通過解耦有功功率-無功功率與電壓-頻率之間的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)電壓和頻率調(diào)節(jié)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種模式切換時(shí)無需改變控制方式，就可維持微網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，從而保證系統(tǒng)的有功負(fù)載進(jìn)行合理的分配。

3CAN總線結(jié)構(gòu)分析

在微電網(wǎng)中，電源的種類多，其中可持續(xù)性綠色電源占據(jù)一定的比重，但是這一類電源受環(huán)境影響大，工作狀態(tài)不夠穩(wěn)定，因此需要對(duì)微電網(wǎng)中的微電源進(jìn)行有效地監(jiān)控，而且由于數(shù)據(jù)量大且實(shí)時(shí)性高，所以監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能必須滿足系統(tǒng)的基本要求。根據(jù)微電網(wǎng)的基本要求，本設(shè)計(jì)采用基于CAN總線的通信結(jié)構(gòu)，利用CAN總線來連接逆變器，而在通信結(jié)構(gòu)中，利用可編程邏輯器件CPLD完成DSP處理器TMS320F240與CAN控制器SJA1000之間的接口設(shè)計(jì)[2]。通訊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，微電網(wǎng)的控制策略由DSP擔(dān)任電氣量的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果通過CAN總線傳送至控制中心，控制中心根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果將控制命令通過CAN總線傳送至下位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微電源的有效監(jiān)控。

4總結(jié)

微電網(wǎng)是近幾年發(fā)展起來的一種電網(wǎng)組成形式，具有規(guī)模小、靈活性強(qiáng)、安全可靠性高等特點(diǎn)，同時(shí)微電網(wǎng)的出現(xiàn)又為綠色能源的利用創(chuàng)造了有利的條件，因此，成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。本設(shè)計(jì)從微電網(wǎng)運(yùn)行模式出發(fā)，研究了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的功能、控制策略、通信方式等問題，確定了以CAN總線結(jié)構(gòu)為主的對(duì)等性控制方式，而在控制策略上采用Droop控制法對(duì)每一個(gè)DG進(jìn)行有效地控制，確保了整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)在兩種模式下均能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

作者：梅曉莉單位：重慶電子工程職業(yè)學(xué)院