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基于DSP的储能改善直流微网电能质量研究

张震  
【摘要】:为应对能源危机、优化能源结构,近年来以可再生能源作为重要能源的直流微电网技术得到了迅速发展。与直流微电网相关的一系列关键技术成为研究的热点,直流微电网电能质量问题分析与治理则是其中的关键技术之一。由于直流微电网系统本身的特殊性,其电能质量问题与内部分布式微源、储能装置及负荷的运行特性密切相关。基于直流微电网的结构特殊性,本文采用混合储能技术对直流微电网的电能质量问题进行综合治理。本文围绕直流微电网的电能质量问题治理,着重研究了以下几个方面。首先介绍了微电网的研究背景和研究意义,介绍了国内外微电网的研究成果,包括微电网新能源的接入研究、微电网运行状态控制的研究及微电网电能质量改善的研究并指出了本文的研究重点。其次介绍了本文研究的混合储能特性,接口电路及其控制方法。首先分析了目前微电网中常用的能量储存方式,包括超级电容器储能、蓄电池储能、飞轮储能等,之后介绍了混合储能的接口电路即双向DC/DC电路的拓扑结构、运行原理及工作状态,最后综合储能原件各不相同的特性分别设计了接口电路的控制系统。接着对直流微电网中电能质量问题的形成原因进行了研究分析。在电能质量问题产生原因方面,着重研究了包括太阳能电池及风力发电机在内的分布式电源对直流微电网的影响;直流微电网离网时大型负荷及冲击性负荷投切对直流微电网稳定运行产生影响;切换直流微电网运行状态对直电能质量的影响等。在研究分析导致直流微电网电能质量出现问题的原因之后得出将直流微电网电能质量问题归结到直流母线电压问题的结论,提出通过辨识直流母线电压问题检测直流微电网电能质量的治理方案。对直流微电网电能质量问题的检测方法进行了研究,将电能质量问题的检测归结于直流母线电压的检测,分析比较了包括傅立叶变换理论自适应检测理论,小波检测理论等检测方法,最终确定采用电压实时跟踪与小波检测相结合的方式检测直流母线电压问题。最后研究了直流微电网电能质量问题的治理方案,电能质量问题的治理以分级治理为原则,依照直流母线电压的恶化程度将直流微电网分类成三种不同程度的运行状态,根据超级电容储能和蓄电池储能的不同特点,设计了既能发挥两种元件各自优点,又能控制两种元件运行在安全稳定区间的混合储能单元综合能量管理方法,从而提升储能元件使用寿命,同时增强电能质量问题治理效果。为了验证本文提出的基于储能治理直流微电网电能质量问题的方案的可行性,在Matlab/Simulink平台下搭建了仿真模型,仿真模型涵盖了微源,混合储能,各种负载等微电网常见组建,并模拟了微源输出不稳定、微源停止输出、负荷小范围波动、冲击性负荷接入等造成的电能质量问题,运行结果表明,本文提出的治理方案能较好的抑制上述电能质量问题,可以保证直流微电网的稳定运行。最后,通过基于嵌入式DSP的硬件平台完成了模拟实验并验证方案的可行性。


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