基于風力與光伏混合發電的微網建模和仿真技術研究

牛問濤

（內蒙古能源發電投資集團新能源有限公司,呼和浩特010010）

1 前言

通常而言，微電網主要是由儲能系統以及分布式電源、監控保護裝置、能量轉換裝置、負荷等部分共同構成，其為規模較小的發電、配電、用電系統，細化來說分布式電源包括光伏電池以及風力發電機、微型燃氣輪機、燃料電池等，儲能系統則包括超級電容器和蓄電池、飛輪儲能等，微電網可謂擁有自我能量管理及控制的自治系統，其跟外部電網的運行方式既能夠并網運作，又能獨立完成操作。縱觀可知，目前發展最為迅猛的新能源發電方式為風力與光伏混合發電，其對應發電技術較為成熟，可獲取廣闊開發空間，在微電網發展進程當中，風力與光伏混合發電逐步占領主導地位。

2 風力與光伏混合發電微電網模型構建

如上圖所示，主要表示的是風能與光伏混合微電網結構，通過整流逆變裝置和變壓器 可將直驅型變速風力發電機進行工頻交流母線的合理接入；運用蓄電池作為是主要的儲能裝置，基于接口逆變器完成有功功率雙向流通；基于光伏逆變器可以使光伏陣列向配電網并入。直驅型同步發電機為主要的變速風力發電機設備，直接耦合風力機，沒必要配備風力發電系統齒輪箱，如此一來，大大降低發電機設備實際維護工作量。

基于勵磁調節作用，直驅同步發電機機端位置電壓可實現有效維持，將不可控二極管整流器應用在變流器前端位置，通過六個絕緣柵雙極型功率開關的接入可共同構成電源逆變器設備，LC濾波器在后端位置，作用為將所形成的濾波合理濾除。儲能蓄電池模型多選用直流電壓，旨在實現簡化分析，在此無需針對蓄電池充放電過程進行考慮，P/V以及Q/f下垂控制策略為蓄電池主要策略，若光伏跟風能混合微電網可完成并網運行工作，則通過外部電網支持提供相應頻率，蓄電池只是針對輸出有功進行調節，作用在于光伏陣列輸出以及風力發電機有功波動所造成的電壓變化情況實施抑制；微電網在孤島運行過程當中選用的主控單元是蓄電池，與此同時針對蓄電池無功功率以及有功功率輸出展開合理調節。需注意的是在孤島運行進程中應針對配電網相電壓參考正弦波當作是主要的蓄電池逆變器鎖相環輸入實施有效模擬行為，旨在確保系統頻率穩定性得以充分維持。

3 風力與光伏混合發電微電網運行仿真

在風力與光伏混合發電微電網運行仿真進程當中，假設本地負荷是恒功率負荷，線路及模型可選用阻抗元件，對應單位阻抗參數是（0.642+j0.083），那么在并網運行過程中，根據最大有功功率輸出確定風力發電機及光伏陣列，將其無功功率參考值確定為零，本地負荷是（15+j3）kVA。舉例說明，當風速在逐步減弱時，風力機輸出有功以及轉子轉速同樣在不斷降低，風力發電機輸出無功功率維持在零左右。隨著光照強度的變化光伏陣列輸出有功功率也在變化，當光照強度值為1000W/m2時，光伏陣列輸出功率是9.5千瓦，結合不同光照強度可使用MPPT控制器針對直流母線電壓實施有效調節，旨在完成光伏陣列最大功率運行點的合理追蹤。隨著時間變化風力發電機和光伏陣列輸出有功功率隨之波動，基于P/V下垂特性蓄電池可針對有功輸出進行調節，負荷電壓保持穩定，與此同時，在配電網中所注入的有功功率同樣發生變化。因為光伏以及風能微電源無功輸出均是0，因此配電網實現對變壓器、負荷、線路消耗無功功率的全部提供，若系統輸出有功功率存在變化，則基于蓄電池電壓調節，負荷節點電壓有效值在1.0p.u.左右，實際變化范圍處于±0.06赫茲之內，對應頻率值約為五十赫茲。

觀察風力發電機、蓄電池、光伏電池、配電網在切換到孤島運行之后所輸出的有功功率波形以及無功功率波形，假設切換中所形成負荷值不發生任何變化，在時間為六秒的時候為微電網進入孤島運行，針對蓄電池實施的有效控制從電壓調節方式變化為頻率調節方式，基于下垂特性實施的輸出陣列調節依然參考最大有功進行輸出，蓄電池有功輸出降至四千瓦。當蓄電池實現較為穩定的孤島運行的時候，其頻率變化范圍控制在±0.1赫茲內。

4 結語

綜合探討風力與光伏混合發電微電網并網運行以及孤島運行相關特性仿真之后可以知道，為實現可再生能源的優化利用，可選用最大功率跟蹤控制策略應用于光伏發電和風力發電兩個系統當中，光伏風能混合微電力網為實現間隙性電源功率波動有較好平滑度則會利用蓄電池設備，一旦變換為孤島運行，根據低壓配電網下垂特性，蓄電池可針對有功功率輸出以及無功功率輸出實施條件，完成風力與光伏混合發電微電網從并網模式向孤島狀態的快速平滑切換。

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