含光储的智慧农业微电网控制策研究

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含光储的智慧农业微电网控制策研究杨旭超塔里木大学
智慧农业在南疆发展有广阔的天地,但它的发展离不开诸多因素的支持,其中电力是重要的环节。就地取能是获取电能的最佳途径,南疆地区常年日照充足、干旱少雨,很适推广“光伏+农业”的发展模式。光储微电网作为一种新式能源结构,不仅以灵活、高效应用实现对农业负荷的高可靠供给,而且可以降低农业生产的成本,这将为南疆地区发展智慧农业提供新的解决思路。但是由于微电网中存在大量的电力电子器件,致使系统运行时表现低惯量、弱阻尼的特性,母线电压极易受光伏输出功率的间歇性以及负荷投切而产生波动,严重影响农业用电的质量。本文将从微电网系统低惯量着手,在现有的控制技术基础上进行改进,提高系统的鲁棒性;再者对光储微电网的功率协调控制进行研究。首先,依托智慧农业的工程应用为背景,在对其农业负荷的特性进行分析之后设计与规划出光伏农业大棚微电网的系统结构;以微电网的拓扑结构展开,对光伏电池的原理、等效模型进行详细的介绍,通过搭建模型对其输出特性以及控制策略进行了验证;介绍了两种基本的蓄电池等效模型,对其充放电的控制策略以及载体双向直流变换器的工作原理进行剖析,为后续的研究奠定理论基础。其次,针对微电网系统缺乏惯量的问题,采用了一种虚拟直流电机(Virtual DC Motor,VDCM)控制技术作用在直流变换器的控制上。通过对VDCM的小信号模型以及控制系统的闭环传递函数分析了转动惯量J和阻尼系数D对系统稳定性、动态性能的影响,得出参数J对系统的惯量影响最大;建立光储微电网模型对VDCM控制和常规的下垂控制的性能进行比较,凸显出VDCM控制可以使微电网的母线电压具备一定抗干扰能力。为了消除一次调节的母线电压偏移量以及缩短系统的瞬态时间,提出一种基于模型预测(Model Predictive Control,MPC)的VDCM控制策略,利用MPC预测出转子角频率的运动轨迹,引入评价函数得到全局最优的控制输入。仿真结果表明含MPC的VDCM控制能够实现对系统惯量和阻尼进行动态调整,有效支撑微电网系统的稳定运行。最后,针对含光储的智慧农业微电网功率协调控制策略研究,提出一种基于虚拟储能的差额功率分频控制策略。通过计算虚拟储能的功率调节范围,设置差额功率分层点划分储能系统和虚拟储能的工作区间,将不同频率的差额功率分配给不同储能装置。通过区域划分既可以发挥两种储能的优势,又降低储能系统的充放电次数,提高光储微电网的经济实用性。