微网控制系统的设计与实现

什么是微网？

微网是一种位于局部区域内的发电系统，它可以独立运行，也可以接入主公用电网并网运行。微网可能同时包含可再生能源和传统发电能源，也可能包括用以消除可再生能源不确定性的储能。

由于微网缺乏旋转惯量并依赖基于逆变器的电源，因此，其电力稳定性更容易受到负荷变化的影响。此外，分布式发电再加上双向电流，也加剧了微网运行的复杂性。

微网可以接入公用电网（并网模式）运行，也可以独立于公用电网（独立或孤岛模式）运行。在孤岛模式下，系统负荷仅由微网发电单元提供。在这种模式下，微网控制通过构网型控制策略来调节发电单元的电压和频率。在并网模式下，公用电网可控制微网的电压和频率，而微网控制通过跟网型控制策略调节发电单元的有功功率和无功功率。

微网控制模式

微网控制采用多种模式，以确保运行的稳定性和安全性：

1. 电网同步：在这种微网控制模式下，微网电压的幅值、频率和相位在并网前与公用电网电压的对应参数保持一致。如果两者的电压误差超出一定容差范围，则并网时可能会出现显著暂态，这会导致电网运行不稳定，进而可能造成危险运行和设备损坏。

2. 构网型模式：在这种微网控制模式下，交流系统单元受电压幅值和频率控制，直流系统受电压幅值控制。如果没有构网型控制，孤岛微网无法安全、稳定地运行。

3. 跟网型模式：在这种微网控制模式下，某些发电单元在交流供电系统上受有功功率和无功功率控制，而在直流供电系统上受功率控制。跟网型单元不直接受电压和频率控制，而是“跟随”其终端的电压和频率变化。

4. 发电与负荷调节：在这种微网控制模式下，可减少发电和/或负荷功率。减少发电/负荷的主要原因是，在发生意外事件或运行状况对电网造成压力时，要保持电网运行的安全性和稳定性。

微网控制模式可以使用 MATLAB、Simulink 和 Simscape Electrical 进行设计和仿真，包括电源建模、电力变换器、控制算法、功率补偿、并网、电池管理系统和负荷预测。 

在 Simulink 环境中开发的微电网模型，显示可变负荷、柴油发电机、太阳能电池板和储能装置，它们都连接到一个公用电网。

连接到公用电网的微网的 Simulink 模型。

使用 MATLAB 和 Simulink 进行微网控制设计

借助 MATLAB 和 Simulink，您可以设计、分析和仿真微网控制系统。使用涵盖函数、算法和 App 的一个大型库，您可以：

设计一个包含传统发电、可再生能源和储能等能源的微网控制系统。

对基于逆变器的电源进行建模。

开发微网控制算法和能源管理系统。

评估与公用电网的并离网切换。

分析和预测负荷以减少运行不确定性。

从早期可行性研究直到实际投入运行的整个过程中，根据待解决的工程问题设定模型保真度级别。

将微网控制算法和模型部署到嵌入式平台、实时系统和云平台。

使用 Simscape Electrical 评估含光伏和储能的微网控制

MathWorks 和 Hydro-Québec 探讨建模和仿真如何支持开发包含可再生能源和储能的微网系统。通过典型的并网微网的工作示例，考量构网运行和跟网运行。展示各种微电网控制模式，包括有功功率控制和无功功率控制、下垂控制、不平衡补偿和弃光。视频将通过适当的测试工具演示如何操作控制模式，这些测试工具能够在广泛的操作范围内对系统响应进行有效评估。

第 1 部分：微网系统概述

微网系统有助于对不同微网控制模式的运行响应进行功能评估，您可以在视频描述中的“File Exchange”链接下载模型。

第 2 部分：构网控制和弃光

了解构网控制如何调节系统电压和频率，以及弃光如何在负载减少时降低太阳能出力。

第 3 部分：跟网控制

了解跟网控制如何调节电源的有功功率输出和无功功率输出。

第 4 部分：电网同步

了解如何将微电网电压幅度、频率和相位与公用电网电压幅度、频率和相位相匹配，以最大限度地减少连接到公用电网时的涌流。

第 5 部分：不平衡补偿

了解如何通过向负载注入负序电流来补偿负载电压不平衡。

进一步详细了解如何使用 MATLAB 和 Simulink 在微电网、智能电网和充电基础设施中的应用。

　　审核编辑：汤梓红