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《沈阳农业大学》 2016年
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微电网能量管理运行优化研究

谷彩连  
【摘要】:近年来,分布式可再生能源如风力发电机、光伏发电、燃料电池、燃气轮机等等的接入,使得配电系统具有了更高的电能质量和更加灵活的运行方式。微电网接入系统后,配电系统由传统单电源辐射状结构转变为多电源网状结构,双向潮流的问题将会给大电网的安全运行带来严峻的考验,首先,为了提高微电网安全稳定性,需要重新考虑微网并网的保护策略。然而,继电保护动作切除故障,势必影响系统的可靠性,因此,需要在不切除故障的情况下控制微电源输出的功率,对微电源输出功率进行动态平抑。其次,微电源并网后,站在新能源充分利用的角度,微电源发电应具备优先权,涉及到新能源和大电网能量配比平衡问题,原则上微网满足需求的情况下,由微电网供电,微网不充足再由大电网补充。但是,考虑到微电源发电功率的不确定性,需对新能源发电容量配比做一定限制,既研究微电源输出功率的控制问题。最后,微电源各自特性均不同,如何协调每一个微电源和大电网的合理分配,是确保电能质量的关键所在。而为了满足用户的用电需求,对用户实现不间断供电,则需要对整个微电网的能源进行管理和优化。如何通过对电源和负荷的协同控制最终实现对整个微电网的综合分析和控制是本文研究重点,针对上述问题,依托沈阳工程学院辽宁省重点实验室微电网科技创新平台,本文做了如下几方面的研究工作:1.分析了微电网微电源和储能系统运行特性,建立了等值模型。重点分析单台永磁直驱同步发电机运行特性,对现有的多台风机聚合标准进行了修正,建立多台风力涡轮机等效模型,并验证了风速波动情况下多台风力机等效模型的性能,与详细模型进行了比较,结果说明修正的聚合模型与详细模型的计算结果非常近似,尤其是机械转矩近似方法结果最佳。为研究微电网微电源的动态特性、微电网并网的主保护策略、微电网能量管及功率控制奠定基础。2.分析了微电网并网对保护的影响,提出基于相位比较的微电网主保护方案。该保护方案用于保护微电网的主要线路,通过比较线路两侧电流相位关系将相电流相位比较式纵联差动保护应于微电网,这种保护方案基于通讯网络,但简单可靠,计算量小,适用于比较复杂的微电网,可在微电网并网运行和计划孤网运行下起保护作用,保护原理简单可靠。对微网并网时各种运行状态下的正常电流和故障电流保护的动作情况进行了仿真,结果表明,所提出的微电网主保护方法具有更高的灵敏性并且符合微电网发展的需求。3.针对微电源输出功率波动性问题,提出了新的基于储能系统的动态平抑策略。风电平抑方面,储能系统包括铅酸蓄电池和超级电容双层电容器,该控制方案针对混合储能系统不同的状态设计了四种工作模式,并采用模式转换策略,同时兼顾了蓄电池和超级电容器的充电特性,仿真结果显示,该方法具有较好的鲁棒性和有效性。针对光伏系统输出功率的波动性问题,提出了一种新的基于储能装置充电状态和充放电周期长度的充放电控制策略。在光伏输出过剩时,利用储能装置存储过剩的功率,晚用电高峰期充分利用存储的能量,仿真结果表明,所提出的控制策略可以有效的平抑屋顶光伏系统的突然变化,实现了充电速率的动态调整,迅速恢复在短期放电期间损耗掉的电量值。4.为了控制大电网和微电网分布式电源之间的有功潮流和无功潮流,研究了一种实时的自适应调节的功率控制器。基于同步旋转坐标系和PI调节器,设计了控制器的内环电流控制回路和外环功率控制回路;利用萤火虫算法进行潮流控制器参数的自适应寻优。仿真结果证明,实现了负荷在分布式电源和大电网之间的平均分配,当负荷高于分布式电源额定功率时,大电网提供负荷,低于分布式电源额定功率时,将剩余功率注入电网。5.针对如何在微电源间协调分配负荷的问题,提出了多目标非线性的微电网能量管理数学模型。该模型不仅考虑了分布式电源的成本,还考虑了与大电网交易的成本,分布式电源的启用停止成本、储能系统的充放电成本,同时考虑了环境成本及释放污染物的排放成本。模型模型求解属于多目标非线性函数的求解问题,论文因此采用了仿生算法,对现有的萤火虫算法进行了改进,加快了收敛速度,提高了解空间的准确度。在三个不同场景下的仿真分析结果说明,改进的萤火虫算法在收敛速度和精确度上都有很大的改进。
【学位授予单位】:沈阳农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM73

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