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交直流混合微网的关键技术研究

赵宪  
【摘要】:鉴于全球对电力需求的不断增长,为了在增加发电量需求的前提下,减少总碳排放量,可再生能源的理念被提出。当今大多数微电网都是交流微电网,其控制技术和稳定性评估方面的优缺点已通过各种文献的大量研究得到证实,随后人们开始对直流微电网进行考察与研究,随着技术的成熟引入了一种结合两种微电网优点的混合微电网—交流/直流混合微电网。然而,由于电力电子器件缺乏惯性,特别是在孤岛式混合微电网中,所以交直流混合微网作为一个低惯性的弱系统,对系统的控制和稳定性构成威胁,因此如何针对交直流混合微网的合理运行提出相应的控制策略,需要进一步研究。本文利用MATLAB/Simulink仿真平台,对混合微网中的各分布式能源模块进行建模,对混合微网的运行控制策略进行研究,使混合微网能够在并网与孤岛模式下稳定运行,具体工作如下:首先,介绍交直流混合微网的运行控制策略,分别为主从、对等和分层控制策略。结合本文混合微网的结构描述并网和孤岛模式的运行并介绍相应的运行策略。其次,针对交直流混合微网的各分布式独立电源进行了建模分析。独立运行时,光伏发电应用最大功率跟踪法(Maximum power point tracking,MPPT法)使可再生能源发电量最大化,研究模块的输出特性曲线,证明模型与仿真的有效性。研究了超级储能单元的工作原理,在内部功率缺额时放电来维持母线电压平衡。最后介绍了永磁同步风力发电机在两相同步旋转坐标系下建立的发电机数学模型,研究输出功率与风速的关系,通过仿真证明其有效性。再次,应用改进的人工蚁群算法对各分布式电源(Distributed generation,DG)模块进行最优容量配置,考虑设备投资、燃料损耗和双向换流器损耗等问题,建立函数与约束条件,进行算法案例分析。确定基于改进蚁群算法下DG的优先级与运行工况,在目标函数相应的约束域中迭代计算出最优配置方式,本文中应用改进的人工蚁群算法提高了最优计算的收敛度,非常适合针对非线性规划问题的研究。最后,针对混合微网的能量协同控制问题,着重从改进转换器的控制方式入手,采用了基于虚拟同步电机(Virtual synchronous machine,VSM)的控制方法。首先从电能质量与系统稳定的角度出发选择了合适的VSM类型,其次提出基于双下垂控制的双向转换器(Bidirectional ac/dc converters,BADC)的自主运行并与VSM控制器的摇摆方程相结合,以确保AC和DC子系统之间的准确功率交换管理。将混合微网中的功率变化分为四种情况进行研究,在由孤岛模式转并网模式时,为了减轻BADC在转换过程中受到的冲击,设计了一种基于PI的预同步控制。最后通过Simulink仿真验证了上述方法的可靠性。


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