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微电网功率协调控制关键技术研究

周小平  
【摘要】:微电网是在可再生能源发电基础上新兴的前沿技术,作为“互联网+”智慧能源的重要支撑技术,可有效提高电力系统的安全性和可靠性,促进可再生能源的接入和就地消纳,从而提升可再生能源的利用效率。但是,单个微电网普遍存在工作容量有限,抗扰动能力弱等缺点,再加上可再生能源输出功率的间歇性和负荷的多变性,在可再生能源高渗透率工况下,如何实现微电网的功率协调控制、改善微电网的供电电能质量、提高微电网供电可靠性仍存在诸多技术难题,亟待突破。本文在国家自然科学基金重点项目“微电网多逆变器并联及电能质量控制方法研究”、国家自然科学基金面上项目“微网多逆变器并联谐振与环流抑制理论研究”,湖南省研究生科研创新项目“微电网群集系统的关键技术研究”等资助下,在双向储能变换器的二次纹波电流均衡抑制技术、单相-三相交流混合微电网的功率协调控制技术、交直流混合微电网的自主功率协调控制技术、微网群的自主能量协调控制技术等方面开展了研究,解决了多微电网组网运行条件下的功率协调控制关键技术难题,实现了微电网集群安全稳定运行,为微电网集群运行的示范与推广提供理论依据与实践指导。主要技术创新点如下:1、针对交流负载大规模接入直流微电网会通过逆变器引入大量的二次纹波电流到直流母线上,进而通过双向储能变换器传导至储能系统侧,严重影响储能电池的寿命,提出了一种双向储能变换器的二次纹波电流均衡抑制技术,通过带通滤波器在二倍基频处引入虚拟阻抗,以改善对二次纹波电流的均衡控制;此外,由于增加了双向储能变换器在二倍基频处的等效输出阻抗,二次纹波电流将大部分从滤波电容回流,使得二次纹波电流不能或者很少一部分可以传导至储能系统侧,从而有效降低二次纹波电流对储能系统的负面影响。仿真与实验结果都证明了该控制策略的有效性和合理性。2、针对传统单相-三相混合微电网孤岛运行时易出现电压波动、三相功率不平衡等问题,提出了一种单相-三相混合微电网结构及其功率协调控制方法,该结构主要包括功率共享单元、储能单元以及单、三相微电网。并针对功率共享单元提出了功率协调控制方法,在三相功率不平衡时,可以协调混合微电网各相进行功率交换,从而抑制三相功率不平衡;在可再生能源出力或者负荷发生突变时,可快速提供有功和无功支撑,从而抑制混合微电网的电压波动。通过储能单元稳定功率共享单元直流侧的母线电压,从而实现对混合微电网功率波动的缓冲。仿真与实验结果都证明了所提方法的合理性和有效性。3、针对交直流混合微电网中多双向接口变换器并联运行的功率均分控制与功率协调控制难题,提出了一种适用于交直流混合微电网的自主功率协调控制策略,通过在传统的下垂控制中引入与直流微电网母线电压相关的调节量,从而有效地实现了对混合微电网两侧的功率协调控制和各双向接口变换器之间的功率均分控制。此外,为了抑制交直流混合微电网系统的功率波动,在直流微电网中加入储能系统,并针对储能系统提出了一种自主功率分频协调控制策略,通过在储能系统的功率交换方程中加入低通或高通滤波器,使得蓄电池与超级电容对系统不同频率的功率波动分别进行响应。仿真与实验结果都证明了所提方法的合理性和有效性。4、针对微网群内多子网的能量互济以及功率协调交换控制难题,提出了一种微网群架构及其自主协调控制策略,该架构主要包括交、直流子网、功率交换单元和能量池。功率交换单元主要用于协调微网群内各子网与能量池进行功率交换,使得各子网实现能量互济,并维持各子网母线电压及频率的稳定;能量池主要用于维持直流链电压的稳定运行,并实现对功率交换单元所需交换净功率的合理分配。此外,针对功率交换单元和能量池分别提出了基于自适应功率交换系数的功率协调控制方法和分层协调控制方法,有效地实现了微网群的自主协调控制。仿真与实验结果都证明了所提微网群架构及其自主协调控制策略的有效性。


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