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分布式发电及分散式微电网控制策略的研究

郭志强  
【摘要】:本文针对分布式发电及微电网中的控制技术进行了研究。分布式发电及微电网技术以分布式逆变器为基本组成单元,配合各种储能系统、本地负载和多种分布式能源供电的发电系统组成了微电网。微电网是未来终端供电的可靠解决方案。与传统的集中供电相比分布式逆变器靠近负载,可以有效减小电能传输的损耗。分布式发电可以提高新能源的渗透率。为了保证微电网中负载的可靠供电,分布式逆变器前级的输入能源在电网断开时能够为本地负载提供足够的能量。这其中还包括保证微电网的电能质量,既要保证电网幅值的稳定,还要保证电网频率的稳定。本文首先以逆变器的并联为基础,从逆变器并联的模型出发,提出了一种实现有功功率和无功功率精确分配的下垂控制方法。分析了控制系统的稳定性及参数设计方法。最终通过仿真和实验验证了控制方法的可行性。其次,对分布式逆变器进行了建模,通过逆变器的模型和控制方法建立了分布式逆变器的小信号模型。从而绘制了系统的根轨迹曲线,并分析了分布式逆变器的动态及稳态性能。提出了优化分布式逆变器动态性能的方法,并通过仿真和实验验证了方法的有效性。针对分布式逆变器的动态性能,进一步研究了分布式逆变器的无缝切换技术。当电网正常时,分布式逆变器工作在并网模式,一旦电网故障,逆变器切换到独立模式。通过控制逆变器的输出电压并利用逆变器的孤岛检测和锁相技术,使系统在切换过程中抑制了电流冲击和电压跌落。进一步研究了分布式逆变器为本地非线性负载供电的电能质量解决方法。下垂控制为功率控制。在计算功率时,采用低通滤波器滤除了谐波功率,所以传统下垂控制在并网模式下输出电流会发生畸变。为了提高并网电流的电能质量,提出了一种实现有源滤波器的下垂控制方法。通过控制交流公共耦合点的谐波电压,最终实现并网电流的谐波控制。同时此方法可以实现无功补偿功能。最终通过仿真和实验验证了该方法的可行性。储能系统为微电网系统的重要支撑,对微电网的运行起到了至关重要的作用。为此,本文进一步提出了针对分布式储能系统的统一控制策略。此时分布式储能可以像分布式逆变器一样工作。分布式储能系统不仅可以为本地负载提供能量,同时还可以平衡分布式逆变器与负载之间功率的不匹配。通过仿真和实验验证了储能系统的控制策略。再次,针对分布式储能系统提出了一种以微电网交流母线频率为媒介的分散式能源管理控制策略。在微电网的各个单元不需要通信的情况下可以实现分布式储能和分布式逆变器之间能量的自动匹配。最后,针对微电网中储能系统的充电器进行了研究,提出了两种适合高压输入高频隔离高效的蓄电池充电器。两种充电器分别采用输入串联输出并联移相全桥变换器拓扑和三电平拓扑。两种变换器的电压应力都为输入电压的一半,所以低压器件可以应用于高压输入的场合。


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