【单线图的系统级微电网仿真】基于 PQ 的可再生能源和柴油发电机组微电网仿真（Simulink）

最新推荐文章于 2025-12-05 19:51:06 发布

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📋📋📋本文目录如下：🎁🎁🎁

目录

💥1 概述

一、研究背景与意义

二、微电网仿真模型构建

三、仿真实验与结果分析

四、研究结论与展望

📚2 运行结果

2.1 Microgrid_RealTime

2.2 Microgrid_PhasorEMT

2.3 Microgrid_loadflow

🎉3 参考文献

🌈4 Simulink仿真、数据、讲解

💥1 概述

【单线图的系统级微电网仿真】基于 PQ 的可再生能源和柴油发电机组微电网仿真

Simscape Power Systems 是一种可以使用不同分布式能源（DER）块表示单线微电网图的仿真工具，可以直观地展示微电网的结构。在本文中，我们将主要关注可再生能源、柴油发电机组和储能系统（ESS）等DER的仿真。

通过使用简单的微电网模型，我们可以模拟住宅负荷的变化以及微电网可能面临的孤岛问题。这个简单的微电网模型可以快速迁移到实时机器上进行硬件在环测试，以验证仿真结果的准确性。

在仿真过程中，我们可以根据实际情况设置太阳能发电和柴油发电机组的功率输出，并结合储能系统的充放电过程，模拟微电网的运行情况。通过对不同情景下的仿真结果进行分析，我们可以评估微电网的性能和稳定性，并优化微电网的运行策略。

此外，我们还可以通过添加其他DER的模块，如风能发电和小水电发电等，来扩展微电网的能源来源，进一步提高微电网的可靠性和可持续性。同时，我们还可以考虑与电网的互联互通，以实现微电网与外部电网的协调运行。

总之，基于PQ的可再生能源和柴油发电机组微电网仿真是一种有效的工具，可以帮助我们深入理解微电网的运行机理，并为微电网的设计和优化提供有力支持。通过不断完善仿真模型和算法，我们可以进一步推动微电网技术的发展，实现清洁、可靠、高效的能源供应。

一、研究背景与意义

随着能源问题和环境问题的日益突出，分布式发电技术得到了快速发展。然而，分布式发电的大量接入对大电网产生了较大冲击，因此微电网应运而生。微电网通过整合分布式发电单元、负荷、储能装置及控制装置，形成一个单一可控的独立供电系统，能够有效解决分布式发电接入问题，提高能源利用效率和电网稳定性。

PQ控制（恒有功功率/恒无功功率控制）是微电网中分布式电源常用的控制策略之一，能够精确控制并网点的有功功率和无功功率，确保电力系统的稳定运行。本研究基于PQ控制，对含有可再生能源（如光伏、风电）和柴油发电机组的微电网进行仿真研究，旨在分析微电网的稳态运行与暂态响应特性，为微电网的规划设计与控制策略验证提供量化工具。

二、微电网仿真模型构建

仿真工具选择

本研究采用Simulink中的Simscape Power Systems作为仿真工具。该工具可以使用不同分布式能源（DER）块表示单线微电网图，直观展示微电网的结构，并支持对微电网进行详细的动态仿真分析。
微电网单线图设计

设计的微电网单线图包含以下主要组件：
- 可再生能源发电单元：包括光伏电池和风力发电机组，模拟可再生能源的发电特性。
- 柴油发电机组：作为传统电源，提供稳定的电力支持。
- 储能系统（ESS）：采用电池储能装置，用于平衡微电网的供需矛盾，提高系统稳定性。
- 负荷：模拟住宅负荷的变化，包括日常用电负荷和突发负荷。
- 并网接口：实现微电网与主电网的连接，支持并网运行和孤岛运行模式的切换。
PQ控制策略实现
- 控制原理：PQ控制通过设定分布式电源的有功功率和无功功率参考值，调节并网点的电压和电流，使得实际输出功率逼近参考值。在并网运行模式下，PQ控制确保微电网与主电网之间的功率交换满足设定要求；在孤岛运行模式下，PQ控制则负责维持微电网内部的功率平衡。
- 仿真实现：在Simulink中，通过搭建PQ控制器的数学模型，结合电压互感器、电流互感器等测量设备，实时测量并网点的电压和电流值，并计算出实际的有功功率和无功功率。然后，将实际值与参考值进行比较，得到误差信号，并通过适当的控制算法（如PI控制）计算出调节量，最终实现对分布式电源输出功率的精确控制。

三、仿真实验与结果分析

稳态运行仿真
- 仿真场景：设置不同的可再生能源发电功率和负荷需求，模拟微电网在并网运行模式下的稳态运行特性。
- 仿真结果：仿真结果显示，微电网能够稳定运行，且网损小于5%，电压偏差小于±3%。这表明所设计的PQ控制策略能够有效控制分布式电源的输出功率，满足负荷需求，并保持微电网的稳定运行。
暂态响应仿真
- 仿真场景：模拟可再生能源发电功率的突变（如光伏发电受云层遮挡导致功率下降）和负荷的突变（如突发大功率负荷接入），分析微电网在暂态过程中的响应特性。
- 仿真结果：仿真结果显示，在暂态过程中，微电网能够迅速调整分布式电源的输出功率，以应对可再生能源发电功率和负荷的变化。同时，储能系统能够及时充放电，平衡微电网的供需矛盾，确保系统的稳定运行。这表明所设计的PQ控制策略具有良好的暂态响应能力。
孤岛运行模式切换仿真
- 仿真场景：模拟主电网故障导致微电网从并网运行模式切换到孤岛运行模式的过程，分析切换过程中微电网的响应特性。
- 仿真结果：仿真结果显示，在切换过程中，微电网能够迅速断开与主电网的连接，并启动孤岛运行模式。此时，采用PQ控制的分布式电源能够为微电网提供稳定的功率支持，并承担负荷功率的变化。同时，储能系统能够发挥重要作用，确保微电网在孤岛运行模式下的稳定运行。这表明所设计的PQ控制策略支持微电网在并网运行和孤岛运行模式之间的平滑切换。

四、研究结论与展望

研究结论
- 本研究基于PQ控制策略，成功构建了含有可再生能源和柴油发电机组的微电网仿真模型，并通过仿真实验验证了模型的准确性和有效性。
- 仿真结果显示，所设计的PQ控制策略能够实现微电网在稳态运行和暂态响应过程中的精确功率控制，确保系统的稳定运行。
- 同时，该控制策略还支持微电网在并网运行和孤岛运行模式之间的平滑切换，提高了微电网的灵活性和可靠性。
研究展望
- 未来研究可以进一步扩展微电网的能源来源，如添加风能发电、小水电发电等模块，以提高微电网的可靠性和可持续性。
- 可以考虑与主电网的互联互通问题，实现微电网与外部电网的协调运行，进一步提高能源利用效率。
- 还可以探索更先进的控制策略和技术手段，如人工智能控制、储能技术优化等，以进一步提升微电网的性能和稳定性。