基于事件触发机制的孤岛微电网二次电压与频率协同控制仿真模型附Simulink仿真-优快云博客

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🔥 内容介绍

本论文针对孤岛微电网运行时电压与频率易受分布式电源波动、负荷变化影响而失稳的问题，提出基于事件触发机制的二次电压与频率协同控制方法，并构建仿真模型。通过分析孤岛微电网系统架构与运行特性，结合事件触发机制原理，设计触发条件与协同控制算法。在 MATLAB/Simulink 中搭建仿真模型，模拟多种工况，结果表明该控制策略能有效维持电压和频率稳定，减少控制更新次数与通信量，提升孤岛微电网运行效率与可靠性。

关键词

孤岛微电网；事件触发机制；二次电压控制；二次频率控制；协同控制；仿真模型

一、引言

随着分布式能源的广泛应用，孤岛微电网作为一种独立运行的电力系统，在偏远地区供电、应急救灾等场景中发挥着重要作用。然而，由于缺乏大电网支撑，孤岛微电网内分布式电源（如光伏、风电）出力的间歇性和负荷的随机性，导致系统电压和频率容易出现较大波动，影响供电质量和系统稳定性。传统基于时间触发的二次电压与频率控制方法，以固定时间间隔进行控制更新，会产生大量冗余数据传输，增加通信负担和计算资源消耗。

事件触发机制依据系统状态变化设定触发条件，仅在必要时进行控制更新，能够有效减少数据传输量和计算量。将事件触发机制引入孤岛微电网二次电压与频率协同控制，通过合理设计触发条件和控制策略，有望在保证控制性能的同时，提高系统运行效率。本文围绕基于事件触发机制的孤岛微电网二次电压与频率协同控制仿真模型展开研究。

二、孤岛微电网系统架构与运行特性

（一）系统架构组成

孤岛微电网主要由分布式电源、储能系统、负荷以及电力电子变流器和控制装置构成。分布式电源包括光伏发电系统、风力发电系统、微型燃气轮机等；储能系统如锂电池、超级电容器，用于平抑功率波动和维持系统稳定；负荷分为敏感负荷、可调节负荷和不可调节负荷；各部分通过配电线路相互连接，电力电子变流器实现不同电源和负荷与交流母线的连接与功率转换。

（二）运行特性分析

在孤岛运行模式下，微电网的电压和频率完全依赖内部功率平衡维持。分布式电源受自然条件影响，出力具有不确定性，如光伏发电受光照强度变化影响，风力发电受风速波动影响。同时，负荷需求也会随时间随机变化，当分布式电源发电功率与负荷功率不匹配时，会导致系统有功功率和无功功率失衡，进而引起频率和电压波动。若不及时有效控制，可能导致系统崩溃，因此需要高效的控制策略来维持系统稳定运行。

三、事件触发机制原理

事件触发机制打破传统时间触发的固定周期模式，根据系统状态设定触发条件。当系统状态（如电压偏差、频率偏差、功率误差等）满足预先设定的触发条件时，触发控制器更新控制指令；若不满足条件，则保持当前控制指令不变。这种机制能够减少不必要的控制更新，降低通信和计算资源消耗，尤其适用于对资源有限的孤岛微电网系统。

在孤岛微电网二次电压与频率控制中，触发条件通常基于系统状态变量的偏差及其变化率构建。例如，对于电压控制，可设定当电压偏差绝对值大于某一阈值，或电压偏差变化率大于一定值时，触发二次电压控制更新；频率控制同理。通过合理调整阈值参数，可以在保证控制性能的前提下，最大限度减少控制更新次数。

四、基于事件触发机制的二次电压与频率协同控制策略设计

（一）分层控制架构

孤岛微电网采用一次控制和二次控制相结合的分层控制架构。一次控制由各分布式电源的本地控制器实现，通常采用下垂控制策略，用于快速响应功率变化，实现系统的初步稳定，但会存在一定的稳态偏差。二次控制基于一次控制的基础，通过采集微电网全局信息（如各节点电压、系统频率、分布式电源出力等），对一次控制产生的稳态偏差进行补偿，实现电压和频率的精确调节。

（二）二次电压控制策略

基于事件触发机制设计二次电压控制算法。首先，实时采集微电网各节点电压，计算电压偏差。当电压偏差满足事件触发条件时，二次电压控制器根据电压偏差情况，采用比例 - 积分（PI）控制算法生成无功功率调节信号，调节分布式电源或储能系统的无功功率输出，以维持各节点电压稳定在额定值附近。

（三）二次频率控制策略

二次频率控制同样基于事件触发机制。实时监测系统频率，计算频率偏差。当频率偏差满足触发条件时，二次频率控制器采用 PI 控制算法，根据频率偏差生成有功功率调节信号，调整分布式电源或储能系统的有功功率输出，从而维持系统频率稳定。

（四）协同控制设计

考虑到电压控制和频率控制过程中，有功功率和无功功率调节存在相互影响，设计协同控制策略。建立功率协调分配机制，当二次频率控制调节有功功率时，评估其对电压的影响，若可能引起电压波动超出允许范围，则同步调整二次电压控制的无功功率调节量；反之亦然。通过这种协同控制方式，实现电压和频率的同步稳定控制。

五、仿真模型搭建与结果分析

（一）仿真模型搭建

在 MATLAB/Simulink 环境中搭建基于事件触发机制的孤岛微电网二次电压与频率协同控制仿真模型，主要包括以下模块：

电源模块
：搭建光伏阵列模型和微型燃气轮机模型。光伏阵列模型根据光照强度、温度等参数计算输出功率；微型燃气轮机模型模拟其有功功率和无功功率调节特性。
储能模块
：构建锂电池模型，设置电池容量、充放电功率限制、荷电状态（SOC）等参数，实现储能系统的充放电控制。
负荷模块
：设定不同类型负荷，包括恒定功率负荷、可调节负荷，通过改变负荷功率模拟负荷波动工况。
一次控制模块
：对各分布式电源采用下垂控制策略，实现功率的初步分配与系统的基本稳定控制。
二次控制模块
：基于事件触发机制设计二次电压与频率协同控制子模块，包括事件触发判断单元、PI 控制算法单元和功率协调分配单元。
测量与监控模块
：实时采集微电网各节点电压、系统频率、分布式电源出力、负荷功率等数据，用于观察系统运行状态和评估控制效果。

（二）仿真结果分析

六、结论

本文提出基于事件触发机制的孤岛微电网二次电压与频率协同控制策略，并搭建 MATLAB/Simulink 仿真模型进行验证。仿真结果表明，该策略能够有效维持孤岛微电网电压和频率稳定，在负荷突变和分布式电源出力波动等工况下表现良好，同时减少了控制更新次数和通信数据传输量，提高了系统运行效率。后续研究可进一步优化事件触发条件和控制算法，考虑更多实际因素（如非线性负荷、线路参数变化等）对微电网的影响，推动该控制策略在实际工程中的应用。