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微电网潮流分析与柔性控制技术研究

段玉兵  
【摘要】:随着煤炭资源的枯竭以及环境危机的日益加剧,基于风能、太阳能等可再生能源和高效清洁化石燃料的新型发电技术的迅猛发展,分布式发电所占的比重日益增大,但在满足负荷需求、减少环境污染、提高能源综合效率的同时,也给电网运行带来一系列新的问题。为减少风能、太阳能等间歇性能源的接入对大电网造成冲击,以及解决分布式电源自身的单机接入成本高、控制困难等问题,以充分发挥分布式能源的优势,微电网技术应运而生。微电网作为智能电网的重要组成部分,其优化调度依赖于潮流的有效计算,而且,针对微电网的特殊工况要求,如工作模式平滑切换、孤岛状态智能检测、电能质量灵活补偿等,还需采用电力电子变换器对其电压和电流进行优化控制,即实现“柔性”控制,以保证微电网的安全、稳定与可靠运行。本文重点就微电网的稳态潮流分析方法、孤岛检测技术、微电源逆变器的电流解耦控制策略与微电网电能质量等关键问题开展创新研究,以期推进微电网技术的进一步发展。 微电网的潮流分析是实现微电源功率分配和优化调度的基础。根据微电网的物理结构组成及微电源的不同种类,本文研究了潮流计算节点的分类方法,并基于前推回代原理建立了一种计及逆变器传输特性的确定性潮流计算模型。在该确定性潮流算法基础上,进一步提出了考虑间歇性微电源随机特征的微电网随机潮流计算方法,为微电网的分析、评估与优化提供了方法基础。通过算例验证了该方法的有效性。 有效的孤岛检测是确保微电网运行模式可靠与平滑切换的基础。传统分布式发电的主动式与被动式孤岛检测方法已不再适用于微电网工况,而必须发展新的检测技术。通过发展谐波负序无功电流的检测技术,本文提出了一种基于谐波电流畸变率与间歇性无功电流扰动的的混合式孤岛检测方法,可快速无盲区地识别出微电网的孤岛现象,且不影响微电网的电能质量。通过仿真算例佐证了上述方法的可靠性与准确性。 对微电源输出特性的底层控制是实现微电网优化控制的基础,而微电网负荷及故障的不对称特征会严重影响微电源逆变器的电流控制特性。针对微电网并网运行和独立运行两种不同模式,对微电源逆变器外环控制器采用PQ控制方法和V/f方法;在α-β坐标系下通过正交变换建立了微电源逆变器的动态数学模型,实现微电源内环控制器的电流控制,进而提出一种自适应离散滑模变结构电流解耦控制方法,提高微电源逆变器的电流跟踪性能。文中给出了解耦控制的实施方案,并结合仿真算例对该方法的有效性进行了验证。 储能装置可为微电网提供频率与电压的稳定支撑,也是提高微电网电能质量的重要技术手段。通过分析典型风力发电单元并网对微电网电压稳定性的影响,指出因风速变化引起的有功与无功波动是导致微电网电压失稳的根本原因,继而提出了基于储能拓扑支撑机理的微电网电压稳定控制策略,并通过仿真算例验证了该策略的正确性和可靠性。为提高微电网的电能质量,研究了储能型补偿装置的技术方案,采用ip-iq法和P-q法相结合的谐波与无功电流检测方法,实现对微电网任意工况下谐波和无功的有效补偿。进一步简化,基于电源端输出电流的直接跟踪控制,提出一种用于微电网谐波与无功补偿的新方法,可获得更好的补偿效果,物理上易于实现且可靠性高。基于微电网实验平台,验证了方法的有效性。 上述研究工作与成果,对发展微电网关键技术具有重要参考价值。


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